Транскрипция у прлокариот

1) заснований на репресії, що змінює ефективність ініціації транскрипції в промоторі.

Репресія триптофанового оперону.

Транскрипція trp-оперону блокується, коли репрессор зв'язується з послідовністю trp-оператора. Ген trp R, який кодує білок репрессорний мовляв. масою 58 000 Да, знаходиться далеко від trp-оперону. Для того щоб trp R-білок міг зв'язатися з оператором і діяти як репрессор, він повинен утворити комплекс з триптофаном. Оскільки рівень експресії trpR дуже низький і не залежить від триптофану, концентрація активного репрессора відображає концентрацію внутрішньоклітинного триптофану.

Нуклеотидні послідовності trp-оператора і промотора перекриваються (прозрачка 11, 2), тому зв'язування комплексу репрессор-триптофан з оператором перешкоджає правильному взаємодії РНК-полімерази з промотором. За цих умов транскрипція оперона не здійснюється і ферменти біосинтезу не утворюються. У відсутність триптофану не відбувається і зв'язування репрессора з оператором, що дозволяє РНК-полімеразі без перешкод ініціювати транскрипцію на промоторі і. синтезувати мРНК.

2) називається аттенуаціей і регулює транскрипцію за допомогою сигналу термінації транскрипції, розташованого між промотором і початком першого структурного гена (прозрачка 10, 3).

Аттенуація експресії триптофанового оперону.

Регуляція роботи триптофанового оперона за допомогою аттенуаціі здійснюється за участю послідовності, що знаходиться на відстані приблизно 100-140 пар підстав від початку транскрипції (прозрачка 10). Цей так званий лідерних сегмент, trpL, містить аттенуаторную послідовність, яка змушує РНК-полімеразу перервати транскрипцію якраз перед початком trp Е-гена з відділенням фрагмента РНК довжиною 141 нуклеотид-trp-лидерной мРНК. Подібна термінація відбувається при рівнях триптофану в клітинах від середнього до високого. При низькому рівні триптофану термінація транскрипції в межах аттенуаторной послідовності значною мірою блокується, і транскрипція проходить через термінатор з утворенням повнорозмірною мРНК trp-оперону.

Механізм регуляції термінації транскрипції в аттенуаторе за допомогою зміни вмісту триптофану.

Відповідь на це питання було отримано після того, як визначили нуклеотидну послідовність аттенуатора і встановили, що на аттенуацію впливає трансляція, що йде одночасно з транскрипцією. Ділянка з перших 145 нуклеотидів транскрипту trp-оперону містить три незвичайних по нуклеотидної послідовності сегмента (прозрачка 12). Один з них кодує короткий поліпептид з 14 амінокислот, дві з яких є тандемними триптофанового залишками. Два інших містять інвертовані повтори, через що відбувається внутрішньомолекулярні спарювання основ РНК-транскрипту та освіта двох альтернативних шпилькових структур (прозрачка 13). Одна з цих структур, у якій спарені сегменти 1 і 2, 3 та 4 відповідно, опосередковує ρ-незалежну терминацию транскрипції на ділянці з декількох розташованих підряд за четвертим сегментом залишків урацилу (розд. 3.2.г). Інша шпилькова структура, в якій сегменти 2 і 3 спарені, а 1 і 4 залишаються одноланцюжковий, дозволяє транскрипції дійти до кінця оперону.

Яка саме шпилькова структура утворюється при транскрипції аттенуаторного ділянки - залежить від того, транслюється чи рибосомами повна послідовність, що кодує поліпептид довжиною 14 амінокислот. Якщо синтез лідерного поліпептиду ініціюється в кодоні AUG (прозрачка 12), то рибосоми транслюють наступні 13 кодонів за умови, що є всі необхідні аміноацил-тРНК. При нестачі триптофану-тРНК рибосоми зупиняються, коли доходять до тандемних ТРИПТОФАНОВИХ кодонів. Якщо рибосоми зупиняються в одному з ТРИПТОФАНОВИХ кодонів, розташованих в аттенуаторном сегменті 1, то послідовності сегментів 2 і 3 вільно злучаються і утворюють шпилькову структуру, а сегмент 4 залишається одноланцюговим (прозрачка 14). Ця структура не перешкоджає продовженню транскрипції з утворенням повнорозмірною trp-мРНК. довжиною 7000 нуклеотидів. Якщо триптофану-тРНК є в кількості, достатній для трансляції тандемних ТРИПТОФАНОВИХ кодонів, то рибосоми рухаються до термінаторного кодону лідерного пептиду і, оскільки сегмент 2 асоційований з рибо-сомою, сегменти 3 і 4 утворюють шпильку - структуру, що сприяє термінації транскрипції.

Таким чином, аттенуатор дозволяє РНК-полімеразі опосередковано «відчути» концентрацію триптофану-тРНК через розташування рибосоми. Можливість трансляції короткої кодує послідовності в лидерной сегменті визначає вторинну структуру транскрипту і, отже, вибір між термінації і прочитанням послідовності. Наявність достатньої кількості триптофану-тРНК стимулює терминацию транскрипції, при її недоліку транскрипція проходить весь оперон.

Сумарний ефект аттенуаціі і репресії

Аттенуація і репресія разом сприяють оптимальної експресії trp-оперону. При надлишку триптофану завдяки репресії блокується ініціація синтезу мРНК. Зниження концентрації триптофану призводить до зменшення вмісту функціонального комплексу репрессор - триптофан, і транскрипція поновлюється. Однак при концентрації триптофану, що допускає ініціацію транскрипції, кількості триптофану-тРНК ще цілком достатньо для того, щоб в межах лідерного ділянки в основному відбувалася термінація транскрипції; отже, в таких умовах рівень експресії оперона ще дуже низький. У міру зниження концентрації триптофану репресія повністю знімається: якщо концентрація триптофану-тРНК стає нижче рівня, необхідного для продовження синтезу, то термінація аттенуіруется, а trp-мРНК і ферменти починають синтезуватися з більшою швидкістю. Таким чином, експресія оперона досягає максимуму у відсутність репресії і при максимальній аттенуаціі термінації; експресія мінімальна при майже повній репресії оперона і відсутності аттенуаціі термінації.

Аттенуація як загальний механізм

Аттенуація використовується при регуляції експресії багатьох генів і Оперон як у Е.соli, так і в інших організмів. Оперон, що кодує дев'ять ферментів, які беруть участь у біосинтезі гістидину, регулюється виключно за допомогою аттенуаціі; аттенуатором служить поліпептид-кодує послідовність з шістьма тандемними гистидинового кодонами. У Оперон, функціонування яких залежить від змісту певних амінокислот - треоніну і ізолейцин (або лейцину), валіну та ізолейцину, - лідерних ділянку буквально «напханий» кодонами для цих амінокислот. Антітермінація, тобто ослаблена термінація, не вимагає сполучення трансляції і транскрипції. Вона може здійснюватися деякими білками, що допускають експресію особливих кластерів генів тільки після того, як синтезовані білки, які б аттенуаціі.

http://ua-referat.com