Современная генетика. Том 2 - Айала Ф.
ISBN 5-03-000495-5
Скачать (прямая ссылка):
клетках, содержащих мутантный оператор Ос, не происходит связывания
репрессора, вследствие чего происходит свободная транскрипция с приле-
гающего к оператору Ос промотора. Б. В гетерозиготном частичном диплоиде
(О + /0е) ген 0е проявляется как доминантный. В отсутствие индуктора
транскрипция происходит на хромосоме, содержащей 0е, но не на хромосоме,
содержащей О +. Фенотипическим проявлением как гаплоидных, так и частично
диплоидных клеток, несущих мутантный ген 0е, является конститутивный
синтез фермента.
15. Регуляция экспрессии генов у прокариот
177
сказываются на Р-галактозидазной активности. Такой полярный эффект
nonsense-мутаций, согласно представлениям Жакоба и Моно, указывает на то,
что транскрипция и трансляция полицистронной мРНК происходят в
направлении Z-Y-A, а единственный промоторный участок находится слева от
гена Z. Полярное влияние nonsense-мутаций часто наблюдается для оперонов,
транскрибируемых с образованием полици-стронных мРНК. Механизм реализации
полярного влияния nonsense-мутаций в одном гене на экспрессию примыкающих
к нему генов дикого типа будет рассмотрен нами несколько позже.
На сегодняшний день оперонная теория получила весьма детальное
экспериментальное подтверждение. Удалось выделить репрессор в чистом виде
и показать, таким образом, что он действительно имеет белковую природу.
Была определена аминокислотная последовательность белка-репрессора,
которая, как оказалось, полностью совпадает с последовательностью,
предсказанной на основании определения нуклеотидной последовательности
гена I. Была также установлена нуклеотидная последовательность
регуляторных участков lac-оперона, промоторного и операторного (рис.
15.9), локализованы мутации в этих участках. Показано, что очищенный
репрессор в отсутствие индуктора действительно связывается с
изолированным операторным фрагментом ДНК. Репрессор также связывается с
индуктором, при этом происходит аллостерическое изменение его
пространственной структуры, приводящее к значительному ослаблению связи
репрессора с операторной областью ДНК.
На примере /ас-репрессора, как на модели, было изучено такое важное^
явление, как специфическое связывание регуляторного белка с регуляторной
областью ДНК. Этот феномен лежит в основе практически всех систем
контроля экспрессии генов. Из всей ДНК Е. coli, состоящей из 3,2106 п.
н., /ас-репрессор узнает и прочно связывается только с одной операторной
последовательностью, имеющей длину лишь 24 п.н. (рис. 15.10). Операторная
последовательность включает симметричный палиндромный участок
протяженностью 16 п.н. Палинд-ромными называют последовательности,
которые по каждой из цепей (с соблюдением полярности) считываются
одинаково как слева направо, так и справа налево.
Активный /ас-репрессор представляет собой тетрамер, построенный из
четырех идентичных полипептидных цепей, кодируемых геном lacl. Каждая
цепь содержит 360 аминокислотных остатков. Реализация двух аспектов
функционирования репрессора-связывание с ДНК и связывание с индуктором-
определяется двумя различными участками структуры цепи. В связывании
тетрамерного репрессора с ДНК основную роль играет N-концевая
последовательность, содержащая около 50 аминокислотных остатков.
Каждая из двух частей операторного палиндрома связывается с одной из
четырех субъединиц тетрамерного репрессора. Взаимодействие с репрессором
является кооперативным-связывание одной субъединицы усиливает связывание
другой. Расположение обеих пар, образуемых четырьмя субъединицами
репрессора, характеризуется симметрией второго порядка. Таким образом,
каждая пара может кооперативно связываться с палиндромным участком (рис.
15.10).
Генетические свидетельства в пользу кооперативного характера связывания
репрессора были получены при изучении некоторых мута-
Хромосома
E.coli
Ген/
САР-сайт
Промотор
Оператор
Ген Z
5 Л 5 5
_иищ_
Защищается
репрессором
г
->мРНК
5'
GCAAACCGGGCAGTGAGCGCAACGCAATTAATGTGACTTAGCTCACTCATTAGGCACCCCAGGCTTTACACTT
TATGCTTCCGGCTCGTATGTTGTGTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACAGGAAACAGCTATGACCAT
G3' 3'
CCTTTCGCCCGTCACTCGCGTTGCGTrAATTACACTCAA*TCGAGTGAGTAATCCGTGGGGTCCGAAATGTGA
AATACGAAGGCCGAGCATACAACACACCTTAACACTCGCCTATTGTTAAAGTGTGTCCTTTGTCGATACTGGT
AC5"
Последовательность
ДНК
Делении
Apia15
--------------------хвыо
I
I
1 -1
I
I /
-40
I
-30
p'la
I
-10
Рис. 15.9. Нуклеотидная последовательность регуляторной области /яс-
оперона Е. coli. По известной аминокислотной последовательности
репрессора и р-галактозидазы можно идентифицировать кодирующие участки
генов / и Z. Идентификация операторного и промоторного участков основана
на локализации последовательностей, которые защищаются от ферментативной
деградации при связывании с репрессором и РНК-полимеразой соответственно.
Делении или точечные мутации, изменяющие ту или иную функцию,
локализуются в определенных участках последовательности, что позволяет
провести дальнейшее соотнесение структуры и функций. Точечные замены в
