A->B->C->D

Чтобы исходное вещество А превратилось в конечный продукт D, необходимы ферменты Е^1,2,3. Если это неразветвленный процесс, то синтез этих ферментов кодируется одним опероном.

Установлено, что при отсутствии вещества А репрессор связан с геном-оператором и синтез белков-ферментов Е^1,2,3 не идет. При появлении метаболитов возможны два варианта:

1) индукция синтеза ферментов. Исходное вещество А, подле­жащее превращениям, понижает сродство репрессора к гену-оператору. В результате РНК-полимераза осуществляет синтез мРНК. Затем синтезируются белки-ферменты Е^1,2,3. Они обеспечи­вают превращения вещества А в D;

2) репрессия синтеза ферментов. Конечные продукты реакции (их называют корепрессоры) повышают сродство репрессора к гену-оператору. Это приводит к блокировке гена-оператора, и матричный синтез мРНК прекращается, что сопровождается подавлением синтеза белков Е^1,2,3.

 

Регуляция синтеза белков в клетках эукариот намного сложнее, так как:

· не характерна прямая субстратная регуляция, так как опероны (транскриптоны) имеют обширные регуляторные зоны;

· структурные гены разбросаны по геному;

· в ядрах дифференцированных клеток эукариот большинство генов находится в репрессированном состоя­нии;

· все структурные гены делят у эукариот на три группы — гены, функционирующие во всех клетках организма, в тканях одного типа, и специализированных клетках одного типа;

· пространственное раз­деление процессов — транскрипция в ядре, трансляция в рибосомах.

 

 

В молекуле ДНК-матрицы имеется особый участок — промотор, — с которого РНК-полимераза начинает синтез РНК, а также участок, сигна­лизирующий о завершении процесса. На стадии транскрипции действуют некоторые тонкие механизмы регуляции белкового синтеза. Существует два вида воздействия на белковый синтез: репрессия (подавление) и индукция (yсиление) его. Как уже отмечалось, в молекулах ДНК содержат регуляторные гены. Они кодируют аминокислотную последовательность специфических белков — репрессоров, многие из которых являются гистонами. Репрессор в обычном порядке синтезируется в рибосомах и затем связывается с молекулой ДНК на так называемом акцепторном участке, расположенном непосредственно рядом со структурными генами. Такое связывание мешает РНК-полимеразе синтезировать и-РНК на поверхности структурного гена. В молекуле репрессора есть особый центр связывания с ДНК, пространственная структура которого может меняться в зависимости от внешних воздействий. Если в клетке появляется вещество-индуктор, то, присоединяясь в репрессору, оно так изменяет структру этого центра, что связывание становится невозможным и РНК-полимераза начинает синтезировать и-РНК на структурных генах (рис. 74). Имеются сведения об индукции белкового синтеза гормонами. Таким действием обладают некоторые стероидные гормоны надпочечников, тироксин и ряд других. Во многих случаях белки-репрессоры теряют способность подавлять синтез и-РНК, образуя соединения с фосфорной кис­лой. Мощными активаторами фосфорилирования репрессорных белков являются ц-АМФ и ц-ГМФ.

-

 

Схема действия индуктора

 

В некоторых случаях репрессор сам по себе мало активен. Для подавления белкового синтеза ему нужен корепрессор. Это метаболит, присоединение которого к репрессору изменяет структуру центра связывания так, что репрессор становится способным реагировать с акцепторным участком ДНК и тормозить синтез и-РНК на структурных генах (рис. 75).

 

Схема действия корепрессора