big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Регуляция генной активности

Любая клетка живого организма принципиально равнозначна другим клеткам этого же организма в отношении количества генетической информации и характеристик генов. Но тем не менее в любом дифференцированном организме клетки совершенно неравнозначны по своему фенотипу (под фенотипом понимается не только внешняя форма клеток, но и совокупность биохимических реакций, совершаемых в этой клетке). Отсюда следует признать, что при реализации генетической программы происходит неодинаковое включение тех или иных генов в разных клетках.

Эта функциональная неравнозначность клеток и связанные с ней репрессия и активация генов давно привлекали внимание генетиков, но до недавнего времени никто не мог предложить реального механизма контроля за генной активностью.

Первые попытки объяснить проблему регуляции генной активности были связаны с изучением гистонных белков. Еще супруги Стэдман в своих пионерских работах по изучению гисто-нов высказывали мысль, что именно гистоны могут выполнять роль контролеров активности генов. Эта догадка получила некоторое косвенное подтверждение в более поздних работах Давида Боннера, Ру—Чи—Хуанга, Тсьо и др.

Комплекс данных, говорящих в пользу этой гипотезы, в настоящее время довольно обширен, и вряд ли предположение о регуляторной роли гистонов окажется только предположением.

В то же время все больше данных говорит о том, что регуляция генной активности — гораздо более сложный процесс, нежели простое взаимодействие участков генов с молекулами хромосомных белков. Об этом в первую очередь свидетельствуют эксперименты по регуляции генов у микроорганизмов.

Прежде всего следует указать, что в 1960—1962 гг. в лаборатории Р. Б. Хесина — Лурье удалось доказать неравнозначность генов фаговой хромосомы. Было показано, что можно разделить гены фага Т2 на ранние, работа которых происходила в первые минуты после заражения бактериальной клетки, и поздние гены, начинавшие синтезировать и-РНК после завершения работы ранних генов.

Четкая координированность действия генов и своеобразная иерархия генов была доказана Франсуа Жакобом и Жаком Моно в 1961 г. Они доказали, что гены бактерий можно разделить на два различных типа: структурные гены, дающие информацию о синтезе определенных ферментных белков, и регуляторные гены, следящие за включением и выключением структурных генов. По мысли Жакоба и Моно, регуляторные гены должны были синтезировать особые молекулы репрессоров, которые, соединяясь с другими генами регуляторной системы — генами-операторами, управляли бы работой последних. Тем самым Жакоб и Моно разделили гены регуляторной системы на два типа: гены-регуляторы и гены-операторы. В экспериментах с кишечной палочкой Жакоб и Моно смогли дать принципиальное доказательство существованию этих генов. По их данным ген-регулятор находится на некотором отдалении от структурных генов, управляемых им, а ген-оператор непосредственно примыкает к блоку структурных генов. Авторы ввели новое понятие в генетике, определив блок структурных генов и управляющие ими регуляторные гены как единую структуру — оперон.

Таким образом, схема взаимодействия гена-регулятора, гена-оператора и структурных генов может быть представлена следующим образом: ген-регулятор синтезирует особое вещество — репрессор. Последний может воздействовать на операторный ген и выключать (или в некоторых случаях включать) его. Активность репрессора зависит от того, находятся ли в клетке в достаточном количестве регуляторные метаболиты. При включении гена-оператора последние дают команду структурным генам, и те, в свою очередь, начинают синтезировать молекулы информационных РНК, которые затем подвергаются считыванию в рибосомах. Процесс заканчивается синтезом специфических ферментных белков.

В последнее время на фаге лямбда Марком Пташне и на клетках кишечной палочки Бенно Мюллер—Хиллом было показано, что репрессор является белковой молекулой.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.