Лысак В.В. Микробиология

Подождите немного. Документ загружается.

259

β-галактозидазы. При наличии в среде глюкозы резко снижается ко-

личество цАМФ. Это явление называют катаболитной репрессией.

Оно наблюдается и в тех случаях, когда вместо лактозы используется

какой-то другой углевод. Катаболитная репрессия глюкозой может

быть снята, если в среду добавить цАМФ. Образуется комплекс

цАМФ с БАК и РНК-полимераза присоединяется к промотору, а далее

идет синтез ферментов катаболизма лактозы, даже в присутствии

глюкозы.

Кроме индуцибельных оперонов, управляющих катаболизмом уг-

леводов, у бактерий имеются и репрессибельные опероны. Это оперо-

ны, ответственные за синтез аминокислот аргинина, гистидина и трип-

тофана. Максимальная транскрипция структурных генов этих

оперонов достигается только в отсутствии в клетке конечных продук-

тов или эффекторов этих биосинтетических путей. Такие эффекторы,

которыми являются конечные продукты называют корепрессорами, а

соответствующие регуляторные белки – апорепрессорами. Синтез

ферментов репрессибельного оперона включается посредством дере-

прессии.

Разберем строение триптофанового оперона E.coli (рис. 82). Он со-

держит пять структурных генов, ответственных за синтез пяти фер-

ментов, участвующих в превращении хоризмовой кислоты в трипто-

фан, а также промоторно-операторную область. Ген-регулятор (traR)

расположен на хромосоме далеко от оперона. Он ответственен за син-

тез регуляторного белка – апорепрессора, который неактивен в сво-

бодном состоянии. Он не может связываться с оператором и неспосо-

бен таким образом, препятствовать началу транскрипции.

Когда конечный продукт метаболического пути триптофан накап-

ливается выше определенного уровня, он взаимодействует с апоре-

прессором и активирует его. Активированный апорепрессор (апоре-

прессор + корепрессор) присоединяется к оператору и подавляет

транскрипцию структурных генов триптофанового оперона. Синтез

триптофана прекращается.

260

Рис. 82. Работа триптофанового оперона бактерий E.coli:

А – нет триптофана; Б – избыток триптофана

Установлено, что отсутствие активированного репрессора вызыва-

ет примерно 70-кратное увеличение актов инициации транскрипции.

Но, даже в условиях репрессии структурные гены сохраняют низкий

уровень экспрессии. Для того, чтобы ещё более понизить уровень

транскрипции в присутствии триптофана клетка бактерий E.coli имеет

ещё одно приспособление – это ещё одна область регуляции транс-

крипции, которая называется атенуатором. В условиях избытка трип-

тофана только одна из десяти молекул РНК-полимеразы, начавшая

транскрибирование с промотора, попадает на структурные гены и

продолжает транскрипцию. Таким образом, действие атенуатора про-

является в терминации транскрипции, а сам процесс атенуации клас-

сифицируется как регулируемая терминация транскрипции.

Установлено, что в отличие от репрессии атенуация зависит не от

самой аминокислоты, а от образования триптофанил-тРНК, т.е. от ак-

тивированной аминокислоты, присоединенной к определенной транс-

портной РНК.

Б.

А.

Регуляторный

ген

(

)

Стр

кт

рные гены

O tr

L tr

E tr

D tr

C tr

B tr

иРНК

Апорепрессор

(

неактивный

еп

ессо

р)

Регуляторный

ген

(

)

O tr

L tr

E tr

D tr

C tr

B tr

Структурные гены

Апорепрессор Корепрессор

261

При уменьшении внутриклеточной концентрации триптофана сна-

чала осуществляется дерепрессия, это значит образуется возможность

связывания молекул РНК-полимеразы с промотором Trp-оперона. При

более глубоком голодании снижается уровень триптофанил-тРНК и

возникают условия для преодоления атенуатора.

Таким образом, и в случае индукции путем негативной регуляции

(Lac-оперон) и в случае репрессии синтеза ферментов (Тrp-оперон)

взаимодействие репрессора с оператором приводит к подавлению

процесса транскрипции соответствующих структурных генов. Разли-

чие заключается в том, что при индукции путем негативной регуляции

эффектор (индуктор), взаимодействуя с репрессором, понижает срод-

ство репрессора к оператору, а в случае репрессии эффектор (коре-

прессор) повышает это сродство.