Регуляция генов у бактерий

Как и в прошлых главах, начнем с обычных био систем, другими словами с микробов, при исследовании которых этот вопрос в первый раз был поставлен. Исследования велись в большей степени в 1950-х и 1960-х годах, в главном в парижском Институте Пастера; опыты проводили французские ученые Франсуа Жако, Жак Моно и некие южноамериканские спецы Регуляция генов у бактерий, прибывшие в Париж для совместной работы. 1-ые опыты касались одной увлекательной особенности Е. coli, обитающей в кишечном тракте млекопитающих. Понятно, что млекопитающие, в особенности на первых порах жизни, потребляют много молока, а основной сахар молока — лактоза. Как следует, в процессе долгой эволюции бактерии приспособились жить в среде Регуляция генов у бактерий с лактозой, и у микробов Е. coli имеются ферменты для ее переработки. Но так как уровень лактозы в среде не всегда схож, то у микробов должен существовать некий механизм для определения присутствия лактозы. Е. coli — отлично приспособленный организм, и метаболизм лактозы в нем отлично отрегулирован. Лактоза представляет собой двойную молекулу сахара Регуляция генов у бактерий (дисахарид), состоящую из обычных Сахаров — галактозы и глюкозы. На первой стадии метаболизма фермент в-галактозидаза расщепляет дисахарид на составные части, которые клеточка может перерабатывать на следующих стадиях. Если растить Е. coli в среде без лактозы, то бактерии произведут маленькое количество в-галактозидазы. Если же добавить в Регуляция генов у бактерий культуру лактозу, то через 3—5 минут в клеточках можно следить значительные конфигурации: они начинают производить фермент в 1000 раз резвее прежнего, и только один этот фермент может составить несколько процентов от общей массы бактерии. Стоит удалить лактозу (с помощью фильтров либо центрифугирования), как здесь же в течение нескольких минут создание ферментов понижается Регуляция генов у бактерий до начального уровня.

Для исследования этого механизма Моно с сотрудниками использовали ставший традиционным способ мутационного анализа. Они отбирали мутантов, не способных перерабатывать лактозу, и нашли несколько мутантов с дефектной в-галактозидазой, которых окрестили мутантами lacZ. Выяснилось, что эти мутанты создают обычный фермент, но, все же, не могут расти в Регуляция генов у бактерий среде с лактозой. У их оказался дефектный белок галактозидпер-меаза, который доставляет галактозу через клеточную мембрану вовнутрь клеточки. Мутанты с дефектной галактозидпермеазой получили заглавие lacY. Картирование показало, что гены lacZ и lacY, нареченные так по мутантам, размещаются рядом вместе.

У более увлекательных мутантов наблюдался недостаток в регуляторной системе, потому они Регуляция генов у бактерий не могли начинать либо останавливать экспрессию генов lac. Мутанты, нареченные lacI, сразу производили в-галактозидазу и пермеазу и не имели средств их контроля. Броско, что ген lacIрасположен рядом с генами Z и Y.

Следующие опыты позволили узнать механизм контроля. Сначала, следует уяснить, что экспрессия гена предполагает его транскрипцию — синтез Регуляция генов у бактерий матричной РНК.Вспомним, что транскрипцию производит большой фермент РНК-полимераза, которая начинает транскрипцию с определенного места, примыкающего к кодирующему региону и именуемого промотором. Для генов lacZ и lacY промотором служит маленький участок меж I и Z. Полимераза движется и производит РНК-транскрипт в определенном направлении: нередко молвят Регуляция генов у бактерий, что чтение гена происходит сверху вниз. В таком случае промотор размещен выше гена lacZ. Ген lacI, который сейчас именуют геном-регулятором, кодирует белок lac-penpeccop. Это аллостеричес-кий белок (см. с. 281), который имеет два центра связывания и потому может присоединяться к двум различным молекулам. Один центр специфичен для маленькой последовательности ДНК Регуляция генов у бактерий, именуемой оператором, которая размещается меж промотором и геном lacZ. В отсутствие лактозы репрессор связывается с оператором, заблокируя транскрипцию, потому гены Z и Yоказываются невыраженными.

Не считая того, у белка-репрессора имеется центр связывания с лактозой, потому если в среде есть лактоза, она связывается с репрессором, вследствие чего репрессор Регуляция генов у бактерий немного изменяет свою форму и уже не может связываться с оператором. Потому репрессор отсоединяется от оператора, позволяя производить транскрипцию генов Z и Y.

Таким макаром, гены Z и У выражаются вместе. Такие гены, контролируемые одним оператором, именуются опероном.

Геном микробов насчитывает многие виды оперонов, которые регулируются по-разному. К примеру, регуляция Регуляция генов у бактерий генов биосинтеза, кодирующих ферменты для производства таких клеточных компонент, как аминокислоты, происходит по другой схеме, обратной описанной. Представим, что клеточка находится в среде, богатой всеми необходимыми аминокислотами. Если регуляция генов клеточки происходит верно, то она должна закончить растрачивать лишнюю энергию на создание лишних материалов. Гены биосинтеза Регуляция генов у бактерий ферментов также образуют опероны, но их регулируют другие виды бел-ков-репрессоров, которые связываются с оператором (и тем заблокируют транскрипцию генов) только при наличии излишка аминокислот. К примеру,

синтез гистидина кодируется огромным блоком генов, который регулируется одним оператором и репрессором. Этот репрессор связывается с оператором и предутверждает транскрипцию генов Регуляция генов у бактерий исключительно в том случае, когда в клеточке имеется излишек гистидина. Если концентрация гистидина миниатюризируется, молекулы гистидина отсоединяются от молекул репрессора. Репрессор больше не может связываться с оператором, потому с оперона опять можно производить транскрипцию.


regulyaciya-aktivnosti-genov-lac-operon-bakterii-ecoli.html
regulyaciya-deyatelnosti-sensornih-sistem.html
regulyaciya-dihaniya-i-krovoobrasheniya.html