Регуляция транскрипции у бактерий: краткая информация
В 1961 г. французские ученые Ф. Жакоб , А. Львов и Ж. Моно опубликовали результаты своих исследований по регуляции белкового синтеза у бактерий. За эту работу, признанную теперь классической, они были удостоены Нобелевской премии. Известно, что пока в питательную среду, в которой живут бактерии, не добавлен сахар, в клетке нет ферментов, необходимых для его расщепления. Бактерия не тратит энергию АТФ на синтез белков, ненужных ей в данный момент. Однако через несколько секунд после добавления сахара в клетке синтезируются все ферменты, последовательно превращающие его в продукт, необходимый для жизнедеятельности бактерии. Вместо сахара может быть другое соединение, появление которого в клетке "включает" синтез ферментов, расщепляющих его до конечного продукта. Соединения, которые в клетке подвергаются действию ферментов, называются субстратами.
Ферменты, участвующие в одной цепи превращения субстрата в конечный продукт, закодированы в расположенных друг за другом генах одного оперона. Между этими генами, называемыми структурными (так как они определяют структуру ферментов), и промотором - посадочной площадкой для РНК-полимеразы есть особый участок ДНК - оператор . Он так называется потому, что именно с него начинается операция - синтез и-РНК. С оператором взаимодействует специальный белок репрессор (подавитель). Пока репрессор сидит на операторе, РНК-полимераза не может сдвинуться с места и начать синтез и-РНК ( рис. 50 ). Когда в клетку попадает субстрат А, для расщепления которого нужны ферменты Ф1, Ф2, ФЗ, закодированные в структурных генах, одна из молекул субстрата связывается с репрессором, мешающим считывать информацию об этих ферментах. Репрессор, связанный молекулой субстрата, теряет способность взаимодействовать с оператором, отходит от него и освобождает дорогу РНК-полимеразе . РНК-полимераза синтезирует и РНК, которая обеспечивает на рибосомах синтез ферментов, расщепляющих субстрат А ( рис. 51 ). Как только последняя молекула субстрата А будет преобразована в конечный продукт, освобожденный репрессор возвратится на оператор и закроет путь полимеразе. Транскрипция и трансляция прекращаются. И-РНК и ферменты, выполнив функции, расщепляются соответственно до нуклеотидов и аминокислот.
Другой оперон, содержащий группу генов, в которых закодированы ферменты для расщепления субстрата Б, остается закрытым до поступления в клетку молекул этого субстрата. В ряде случаев конечные продукты одних цепей превращений могут служить субстратами для новых биохимических конвейеров. Не каждый оперон имеет несколько структурных генов, есть опероны, содержащие лишь один ген. Количество структурных генов в опероне зависит от сложности биохимических превращений того или иного субстрата.
См. "Транскрипция у мезофильных и термофильных бактерий".
