Молекулярная биология, избранные разделы - Ашмарин И.П.
Скачать (прямая ссылка):
1971, и др.)* Каков именно механизм этих изменений матрицы, пока не ясно. Очевидно, однако, что комплекс ЦАМБ—ЦРБ — это универсальный активатор для многих бактериальных оперонов. Особенно демонстративно его роль показана для Lac- и Gal-оперонов кишечной палочки.
Концентрация цАМФ в бактериальной клетке регулируется, с одной стороны, энзимом аденилциклазой, образующим цАМФ из АТФ с освобождением пирофосфата, а с другой стороны, фос-фодиэстеразой, превращающей цАМФ в обычный АМФ. Аденил-циклаза бактерий локализована в мембранах, но легко от них отделяется. Каким именно образом различные метаболиты активируют аденилциклазу, пока неясно. По-видимому, эффект определяется аллостерическими изменениями энзима.
Кроме действия цАМФ на уровне транскрипции, отмечалось и влияние его на трансляцию. Однако эти данные пока противоречивы (Jost, Rickenberg, 1971; Immken, Apirion, 1972).
Системы с участием цАМФ интересны в том отношении, что в отличие от других форм регуляции у бактерий они вне всякого сомнения существуют и у высших организмов в качестве составной части механизмов гормональной регуляции.
В последнее время накапливается все больше данных, свидетельствующих об особой роли в общей неспецифической регуляции транскрипции своеобразных небелковых факторов — гуанозин-тетра- и гуанозинпентафосфатов — ффГфф и фффГфф. Показано их главным образом ингибирующее действие на матричный синтез РНК (особенно метаболически стабильной РНК). В то же время показано стимулирующее действие ффГфф на синтез ряда энзимов ((3-галактозидазы, рибулокиназы и др.), особенно в присутствии цАМФ (De Crombrugghe et al., 1973). Имеются указания, что они специфически связываются внерибосомными факторами трансляции EF-Tu и EF-Ts, описанными в главе IV, и являются продуктом «холостых» циклов трансляции (Haseltine et al., 1972; Rigby, 1972). Возможно, это служит одним из путей взаимного влияния трансляции и транскрипции. Так, если рибосомы «свободны», то указанные факторы связывают ффГфф и транскрипция разрешается. Если же, напротив, рибосомы «нагружены» (или «перегружены»), то факторы EF-T в свою очередь заняты, не могут взаимодействовать с ффГфф, и последний тормозит транскрипцию. В частности, усиленное образование ффГфф и общее торможение транскрипции возникает, когда бактерии помещаются в среду, лишенную тех или иных незаменимых аминокислот,— так называемый stringent response — реакция на недостаток средств (Gallant et al., 1972).
Имеются указания и на возможность снижения общей скорости транскрипции под влиянием тРНК (Bremer et al., 1966). Смысл такого регулирования состоял бы в том, что при дефиците аминокислот и израсходовании аминоацил-тРНК интенсивный синтез мРНК не нужен. Пока, однако, неясно, насколько переносимы эти данные с модельных систем на ситуации in vivo. Описанная выше система с участием гуанозин-полифосфатов лучше обоснована в эксперименте.
Довольно разнообразны, но пока наименее определенны, данные о механизмах регуляции синтеза белка у бактерий на уровне трансляции. То обстоятельство, что высокоэффективные системы такого типа существуют, не вызывает сомнения. Вполне очевиден их смысл, — быстрота регуляции на уровне трансляции должна быть, в общем, значительно выше. Ярким примером такой регуляции является подавление триптофаном скорости образования энзима триптофансинтетазы Е. coli в 50—160 раз, в то время как скорость образования соответствующей мРНК снижается лишь в несколько раз (Lavelte, DeHauwer, 1970).
Предлагался ряд гипотез о механизмах регуляции на этом уровне. Так, исходя из данных о способности конечных продуктов метаболических циклов взаимодействовать с рядом энзимов «своего» оперона, полагают, что они связываются с еще недост-
роенной полипептидной цепочкой соответствующего энзима на рибосоме (Cline, Bock, 1966). При этом можно представить себе и торможение трансляции, и ее активацию.
К наиболее общим механизмам регуляции на уровне трансляции можно было бы отнести контроль образования формилметио-нил-тРНК, от которой зависит инициация синтеза полипептида. В самом деле, остановка синтеза белка именно на этой стадии более экономична, нежели в процессе элонгации или терминации, так как тогда не происходило бы образования неполноценных или неотделяемых от рибосом полипептидов. Можно a priori представить себе следующие пути контроля образования ф-мет-тРНК: подавление соответствующей аминоацилсинтетазы, подавление синтеза тРНКфмет (при транскрипции или последующей «достройке»), подавление формилирования мет-тРНК. К сожалению, пока нет экспериментальных данных, доказывающих существование этих путей контроля. Вместе с тем, изучение таких ингибиторов синтеза белка, как гидроксиламин, показывает, что наиболее уязвимым для него звеном служит именно процесс формилирования мет-тРНК на стадии превращений фолевой кислоты (Nixon, Вег-tino, 1970).
Неоднократно выдвигались предположения о возможности регулирования in vivo синтеза ряда белков за счет варьирования образования некоторых дефицитных изоакцепторных тРНК. Однако применительно к бактериям даже косвенные аргументы, подтверждающие такую возможность, немногочисленны. Большее развитие получила эта гипотеза применительно к многоклеточным организмам и будет рассмотрена в следующем разделе.
