Страница 132

Репрессия метаболических и транспортных генов в ага-опероне осуществляется продуктом (белком) гена ara С. Этот белок является позитивным регулятором. В то же время белок гена ага С может и репрессировать экспрессию этих генов. Таким образом, этот белок существует в двух состояниях — индуцирующем и репрессирующем, индуцируя или репрессируя инициацию транскрипции (начало синтеза мРНК) арабинозного оперона. Индуцирующим свойством белок ага С обладает в присутствии арабинозы, позитивно действуя на один сайт, репрессирующим — в отсутствие этого углевода, действуя негативно на другой сайт (рис. 150).

Индукция арабинозного оперона происходит в присутствии цАМФ и белка CRP, являющегося рецептором для цАМФ. Главная роль этого белка заключается в позволении индукции арабинозного оперона только в отсутствие глюкозы. Это получило название катаболитной репрессии.

Опероноподобная организация генетического контроля действия генов показана у фага лямбда, вируса иммунодефицита человека и многих других микроорганизмов.

Считают, что в геноме эукариотических клеток содержится 10 000-50 000 генов-регуляторов. Регулирующие белки, синтезируемые под контролем этих генов, связываются со специфическими последовательностями ДНК вблизи регулируемых генов.

Для некоторых организмов — эукариотов (например, дрожжей) также характерна опероновая организация функционально связанных генов.

Рассмотрение вопроса о регуляции действия генов у организмов на более высокой ступени эволюционной лестницы показывает, что здесь отмечается еще большее усложнение и разнообразие в контроле. Изучение генов, контролирующих синтез 5S-PHK у южноафриканской жабы Xenopus показало, что в овоцитах гены, кодирующие 5S-PHK, экспрессируются лишь в период развития овоци-тов, тогда как ядерные гены соматических клеток, кодирующие синтез 5S-PHK, экспрессируются как в овоцитах, так и в клетках эмбрионов. Установлено также, что синтез 5S-PHK стимулируется белковыми факторами TFA, TFB и TFC. Два последних фактора используются также в транскрипции других генов.

В случае большинства эукариотов считают, что у них нет опе-роноподобной организации генетического контроля действия генов, т. е. эукариотические гены регулируются индивидуально, транс-крибируясь в моноцистронные мРНК, либо эукариотические гены регулируются частично полицистронно, частично моноцистронно. В пользу второго предположения свидетельствуют данные об обнаружении у нематоды С. elegans генов, организованных в опероны. У организма этого вида процессинг полицистронной мРНК в моно-цистронную мРНК происходит до трансляции.

Считают, что генетический контроль синтеза белков у прокари-отов и у эукариотов осуществляется как на уровне транскрипции (частота синтеза мРНК, процессинг мРНК, транспорт мРНК из ядра, стабильность мРНК), так и на уровне трансляции (частота трансляций, регуляции синтеза белковых факторов, ответственных за инициацию, элонгацию и терминацию полипептидной цепи). Считают также, что у эукариотов в генетической регуляции имеет значение структура хроматина, которая блокирует доступ специфических активирующих белков (активаторов) к промоторам. В клетках эукариотов установлен специфический комплекс, который обеспечивает АТФ-зависимое разрушение нуклеосом, позволяя при этом активаторам связываться с нуклеосомным стержнем, что ведет к транскрипции. С другой стороны, установлено, что синтез некоторых ферментов интенсифицируется под влиянием стероид-ных гормонов. Контроль может осуществляться и после трансляции (контроль протеолиза).

Вопросы для обсуждения

1. Что вы понимаете под действием генов и каковы продукты действия генов? Назовите первичные и вторичные продукты действия генов.

2. Дайте определение экспрессивности и пенетрантности генов. Приведите примеры этих свойств генов.

3. Что закодировано в молекулах ДНК?

4. Каковы структура и свойства генетического кода?

б. Что позволяет считать генетический код универсальным?

6. Что вы знаете о разных типах РНК и о тРНК?

7. В состав бактериальной рибосомы диаметром 23 нм входит 35% белка. Сколько белковых молекул м. м. 17 300 может содержаться в ри-босоме, если предположить, что на долю белков приходится 36% объема рибосомы?

8. Что вы знаете о митохондриальном генетическом коде?

9. В чем заключаются различия между ядерным и митохондриаль-ным генетическими кодами?

10. Каково происхождение генетического кода?

11. Один из сегментов молекулы мРНК имеет последовательность УГААГЦГГАУУЦГЦ. В результате мутации шестой слева Ц оказался замененным на У. Как это скажется на полипептиде?

12. Какова разница между индукцией и репрессией ферментов?

13. В чем заключается концепция оперона и каково ее значение в понимании механизмов действия генов?

14. На каких уровнях реализации генетической информации осуществляется генетический контроль экспрессии генов?

15. Чем определяются трудности в изучении генетической регуляции действия генов у эукариот?

16. Сколько типов РНК участвует в биосинтезе белков и что известно о нуклеотидном составе, химических и физических свойствах РНК каждого типа?

17. В научной литературе имеются данные о том, что 7-метил-гуано-зин-б'-монофосфат ингибирует синтез белков в бесклеточной системе, происходящей из ретикулоцитов. Известно также, что на 5'-конце многих молекул мРНК эукариотических клеток имеется 7-метилгуанозин. Известно также, что если удалить эту группу из мРНК (химическим путем) вируса везикулярного стоматита, то это не предотвращает трансляцию в бесклеточной ретикулоцитной системе. Можете ли вы объяснить значение этих данных?

18. Какое влияние оказывает на регуляцию триптофанового оперона увеличение длины РНК-полимеразы?

Литература

Дубинин Н. П. Генетика. Кишинев: Штиинца. 1985. 533 стр.