Регуляция синтеза белка

Прокариоты и эукариоты способны осуществлять дифференциальную регуляцию экспрессии генов. Контроль осуществляется за тем, каким генам экспрессироваться, а каким – нет, а также регулируется уровень экспрессии различных генов. Регулироваться может какой-то один или несколько отдельных этапов считывания генетической информации при биосинтезе белка.

Регуляция синтеза белка у прокариот. Общую теорию регуляции синтеза белка разработали французские ученые, лауреаты Нобелевской премии Ф. Жакоб и Ж. Моно. Сущность этой теории сводится к «выключению» и «включению» генов как функциональных единиц (рис. 23).

Согласно теории Ф. Жакоба и Ж. Моно, в биосинтезе белка у бактерий (E. сoli) участвуют, по крайней мере, три типа генов: структурные, ген-регулятор и ген-оператор. Синтез мРНК на структурных генах молекулы ДНК непосредственно контролируется определенным участком, называемым геном-оператором. Ген-оператор локализован на крайнем отрезке структурного гена (структурных генов), регулируемого им. «Считывание» генетического кода, т.е. формирование мРНК, начинается с промотора – участка ДНК, расположенного рядом с геном-оператором и являющегося точкой инициации для синтеза мРНК. Синтезированную молекулу мРНК, кодирующую синтез нескольких разных белков, называют полицистронным (полигенным) транскриптом. Координированный одним оператором одиночный ген или группа генов образует оперон. Деятельность оперона находится под контролирующим влиянием гена-регулятора. Структурные гены и ген-регулятор расположены в разных участках цепи ДНК, поэтому связь между ними осуществляется при помощи белка-репрессора. Репрессор имеет сродство к гену-оператору и обратимо связывается с ним в комплекс. Образование такого комплекса приводит к блокированию синтеза мРНК и, следовательно, синтеза белка (т.е. функция гена-герулятора состоит в том, чтобы через белок-репрессор прекращать (запрещать) деятельность структурных генов, синтезирующих мРНК). Репрессор, кроме того, обладает способностью строго специфично связываться с определенными низкомолекулярными веществами, называемыми индукторами, или эффекторами. Если такой индуктор соединяется с репрессором, то последний теряет способность связываться с геном-оператором, который, таким образом выходит из под контроля гена-регулятора, и начинается синтез мРНК.

Эукариотические клетки обладают более сложными механизмами регуляции белкового синтеза, так как процессы транскрипции и трансляции разделены не только пространственно ядерной биомембраной, но и во времени. Эта регуляция базируется минимум на шести уровнях сложных биологических процессов, определяющих скорость синтеза и распада генетического продукта (рис. 24).

Для большинства экариотических клеток, как и клеток прокариот, стадия инициации транскрипции является основной. Тем не менее, имеются существенные различия: во-первых, место транскрипции (в ядре) и трансляции (в цитоплазме); во-вторых, активирование транскрипции у эукариот связано с множеством сложных изменений структуры хроматина в транскрибируемой области; в-третьих, в эукариотических клетках положительные регуляторные механизмы превалируют над отрицательными.

Рис.24. Регуляция экспрессии гена у эукариот

Вопросы и задачи

1. Чем определяется биологическая ценность белков?

2. Какие ферменты катализируют разрыв пептидных связей?

3. Как используются всосавшиеся аминокислоты?

4. Напишите реакцию трансаминирования между аспрагиновой и

a-кетоглутаровой кислотами, дайте название фермента.

5. Назовите пути связывания и обезвреживания аммиака в организме.

6. В каком органе синтезируется мочевина?

7. Что такое генетический код и каковы его свойства?

8. Охарактеризуйте этапы синтеза белка.

9. Как осуществляется контроль регуляции синтеза белка?

Рекомендуемая литература

1. Березов Т.Т., Коровкин Б.Ф. Биологическая химия: Учебник. – М.: Медицина, 1998. – 704 с.

2. Глик Б., Пастернак Дж. Молекулярная биотехнология. Принципы и применение. – Пер. с англ. – М.: Мир, 2002. – 589 с.

3. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика: Учеб. пособие. – Новосибирск: Изд-во Новосиб. ун-та: Сиб. унив. изд-во, 2002. – 459 с.

4. Коничев А.С. Молекулярная биология: Учеб. для студ. пед. вузов/ А.С. Коничев, Г.А. Севастьянова. – М.: Изд. центр «Академия», 2003. – 400 с.

5. Максимов Г.В., Степанов В.И., Василенко В.Л. Сборник задач по генетике: Учеб. пособие. – М.: Вузовская книга, 2001. – 136 с.

6. Сингер М., Берг П. Гены и геномы: В 2 т. – Т. 1. – Пер. с англ. – М.: Мир, 1998. – 373 с.

7. Эллиот В. Биохимия и молекулярная биология / В. Эллиот, Д. Эллиот; Под ред. А.И. Арчакова, М.П. Кирпичникова, А.Е. Медведева, В.П. Скулачева. – Пер. с англ. О.В. Добрыниной, И.С. Севериной, Е.Д. Скоцеляс и др. – М.: МАИК «Наука/ Интерпериодика», 2002. – 446 с.