Молекулярная биология, избранные разделы - Ашмарин И.П.
Скачать (прямая ссылка):
10 И. П. Ашмарин
Глава VII РЕГУЛЯЦИЯ БИОСИНТЕЗА БЕЛКА
Даже у наиболее просто устроенных живых существ геном, как правило, не функционирует целиком. В зависимости от фазы развития клетки и условий существования включается лишь часть генома. Это обеспечивает наиболее эффективное, целенаправленное использование ресурсов организма, позволяет избежать затрат энергии и пластических материалов на синтез соединений, не нужных в данный период или в данный момент. Синтез ненужных соединений может быть не только невыгодным с точки зрения «экономики» организма, но даже вредным, так как они могут вступать в конкурентные отношения с соединениями, обеспечивающими нормальное протекание очередной фазы развития. Многообразные системы регуляции синтеза белков существуют уже у вирусов и бактерий. Что же касается многоклеточных организмов, то у них в процессе эволюции выработались механизмы разделения функций между разными группами клеток, между тканями. При этом уже недостаточно кратковременного выключения части генома, а необходимо такое стойкое ограничение его функций, которое передавалось бы потомству клеток в пределах данной ткани. Часть генома, остающаяся активной, должна обеспечить выполнение клеткой специальных функций данной ткани, обеспечить ее существование и взаимодействие с другими клетками организма. Альтернативой наследуемого ограничения функций генома клетки является специализация посредством простого исключения части генома. Однако этот путь не описан для высших организмов, и пока трудно судить о причинах, по которым он остался неиспользованным.
Отличительной чертой механизмов наследования у клеток той или иной ткани является то, что, наряду с сохранением всего запаса генетической информации целого организма, во всех клеточных генерациях используется только строго определенная часть генома. Наследуется, таким образом, не только геном, но и система, ограничивающая часть его функций. Это отражает термин «эпигеномная («послегеномная», «надгеномная») наследственность» (Ю. М. Оленов, 1970). Очевидно, сколь сложными должны быть системы регуляции биосинтеза белка в уже дифференцировавшейся клетке и особенно по ходу онтогенеза, когда из единичной клетки формируется все разнообразие тканей организма.
Перечень факторов, прямо или косвенно воздействующих на синтез белка, очень велик. Многие из них можно квалифицировать
как регуляторные. Мы ограничим задачу этой главы кратким обзором данных и гипотез о системах регуляции на следующих уровнях: 1) транскрипции; 2) последующих реакциях, необходимых для завершения образования мРНК и ее переноса к рибосомам; 3) трансляции и 4) синтезе аминоацил-тРНК. Пока еще далеко до создания полной картины регуляции, и поэтому неизбежна некоторая фрагментарность изложения соответствующих материалов.
Прежде, чем обратиться к рассмотрению отдельных наиболее изученных систем регуляции, кратко остановимся на общем вопросе, который является ключевым для понимания большинства из них. Имеется в виду характерное свойство мессенджер-РНК — их относительная нестабильность in vivo и в искусственных системах, наиболее приближенных к условиям клетки. Подавление синтеза или транспорта мРНК может вызвать подавление синтеза белка только в результате деградации ранее синтезированной мРНК. Чем больше скорость распада мРНК, тем более динамичной будет регуляция, тем быстрее синтез белка будет реагировать на изменения транскрипции, а также на те или иные воздействия в интервале от транскрипции до присоединения мРНК к рибосомам. У бактерий мРНК распадается очень быстро — продолжительность ее полужизни составляет минуты или десятки минут. По-видимому, это средний показатель, стабильность разных бактериальных мРНК неодинакова. Однако эти различия не столь велики, как у многоклеточных организмов. В некоторых узкоспециализированных тканях и клетках животных — ретикулоцитах, плазмоцитах, железах внутренней секреции и т. п.— продолжительность полужизни отдельных мРНК очень значительна, превышая 10 ч и достигая иногда многих суток (Miller, 1964; Ney et al., 1966; В. И. Мазуров, 1966, и др.). Возможно, эти мРНК обеспечивают синтез белков, концентрация которых не требует динамичной регуляции. Можно также допустить (ниже мы познакомимся с соответствующими экспериментальными данными), что у высших организмов существует особая форма регуляции, основой которой является воздействие на скорость деградации РНК* Наряду с долгоживущими мРНК, показано наличие в тканях многоклеточных и относительно быстрораспадающихся мРНК. Однако и у последних сроки полужизни мРНК больше, чем у бактерий, и измеряются обычно часами (Pitot et al., 1966; Reeder, Bell, 1965; Tobey et al., 1966, и др.). Наиболее быстро распадающейся (и в то же время наиболее быстро переходящей из ядра в цитоплазму) мРНК многоклеточных является, видимо, мРНК гистонов, появляющаяся и функционирующая лишь в короткий период S-фазы клеточного цикла (Schochetman, Perry, 1972).
Теперь обратимся к системам регуляции синтеза белка сначала у наиболее примитивных организмов.
