Молекулярная биология, избранные разделы - Ашмарин И.П.
Скачать (прямая ссылка):
мРНК.
Lac-оперон кодирует прежде всего структуру р-галактози-дазы — энзима, состоящего из четырех одинаковых субъединиц по 135000 дальтон, катализирующего расщепление р-галактозидов и в том числе лактозы. Его цистрон — г — имеет размер 1,26 мкм 3700 пар нуклеотидов, что хорошо соответствует примерному числу кодируемых аминокислот в мономере р-галактозидазы. Далее следует цистрон у, кодирующий пермеазу (М-протеин)—энзим небольшого молекулярного веса — 31 000, не имеющий четвертичной структуры и катализирующий проникновение лактозы внутрь клетки из среды культивирования. И в этом случае имеется удов-
Ген-регулятор
ex.
о
ь
о
S
о
Оч
с
о,
о
н
со
о,
а>
е
О
Цистрон р-галактозидазы
Цистрон
пермеазы
(М-протеин)
Цистрон
тиогалактозид-
трансацетилазы
ч-----0,38
Р I о
<------410------->
0,27-10е
-3700-
-2,5*10»
1,26-
а(х)
-> Направление транскрипции
-860-
ч—0,6-10е-
0,30-
Схема 15.
Структура Lac-onepona Е. coli.
-900-
-0,6-10«
-0,30-
Пар основании
Дальтон ДНК
Микрон
«
\
I ЖППЖИГИПИ II 1|
V)
к ¦¦ %
Рис. 48. Электронные микрофотографии Lac-оперона Е. coli.
а — на стадии, когда Lcc-оперон связан концами с одноцепочечными ДНК фагов, использованными для выделения, и б — чистый Lac-оперон (Shapiro
et al., 1969).
летворительное соответствие размера цистрона — 0,30 мкм, 860 нуклеотидных пар — и числа аминокислот в пермеазе. Третий, последний цистрон — а(х) —кодирует структуру одного из энзимов, ответственных за превращение образующейся галактозы,— тио-галактозид-трансацетилазы. Он состоит из двух субъединиц по 32 000 дальтон. При использованном Shapiro и сотр. методе выделения Lac-оперона этот цистрон не входил в выделяемый фрагмент.
Меньшей по величине оказалась зона промотора-оператора — 0,14 мкм, 410 нуклеотидных пар. Точное соотношение участков промотора и оператора пока неизвестно; видимо, размер последнего составляет 25—40 нуклеотидов.
К промоторному концу Ьас-оперона примыкает цистрон i — регуляторный ген. Его функции мы рассмотрим позже, но здесь необходимо подчеркнуть, что непосредственное соседство Lac-оперона со своим регуляторным геном является частным случаем. Вообще такое соседство не является обязательным для систем регуляции, и во многих случаях ген-регулятор располагается на других участках хромосомы, а в принципе может находиться и на других хромосомах данной клетки.
Транскрипция оперона происходит в одном направлении — от промотора к структурным цистронам, причем считывается лишь одна из цепей ДНК. У вирусов нередко встречается ситуация, когда на разных участках ДНК транскрибируются разные цепи. Это связано, видимо, с особенностями регуляции у этих существ. Известны лишь немногие случаи, когда можно предположить транскрипцию обеих цепей в одном и том же участке. Один из них — транскрипция гена С\ фага X — интересен тем, что выявлено существование двух операторов, находящихся на противоположных концах этого участка хромосомы, обеспечивающих считывание в двух направлениях разных цепей ДНК, причем существует участок, в котором на определенной стадии развития фага транскрибируются обе комплементарные цепи, и мРНК, синтезированная на этом участке, может образовать двухцепочечную структуру (Geiduschek, Haselkorn, 1970).
Иллюстрируя структуру бактериальных оперонов, нельзя ограничиться примером Lac-оперона. Так, число цистронов, входящих в состав оперонов, может быть гораздо большим, превышая иногда десять. Кодируемые ими ферменты образуют сложные энзиматические системы, обеспечивающие целые циклы метаболических реакций. Таков, например, гистидиновый оперон Salm. typhi-muriun, состоящий из десяти структурных цистронов и обеспечивающий синтез всех десяти энзимов, необходимых для образования L-гистидина из фосфорибозилпирофосфата и АМФ. Оперон (схема 16) интересен также для иллюстрации того обстоятельства, что порядок расположения цистронов часто не совпадает с порядком реакций данного метаболического цикла. Видимо, на эволюционных процессах, установивших этот порядок, отразились многие другие обстоятельства ( например, различия в стабильности самих энзимов и связанная с этим необходимость первооче-
редного «обновления» наиболее лабильных из них и т. п.). У бактерий описаны, наконец, случаи, когда отдельные энзимы, участвующие в данном метаболическом цикле, кодируются вне соответствующего оперона или, вообще, все ферменты одного метаболического цикла не объединены в один оперон, а диспергированы
Схема 16. Гистидиновый оперон Salm. typhimurium — по Эймсу и Хартману, 1967 (Фриб-ФФ— фосфорибозилпирофосфат, АПК.—
амидоимидазолкарбоксамид).
по разным участкам хромосомы (например, энзимы синтеза аргинина у Е. coli). Эти находки немногочисленны, причем они не должны вызывать удивления. Видимо, так могут кодироваться энзимы, участвующие одновременно в нескольких разных метаболических циклах. '
