Опероны биосинтеза аминокислот

Рис. 15.10. Последовательности лидерных пептидов оперонов, контролирующих биосинтез аминокислот, содержат множество кодонов для аминокислот, регулирующих оперон.

Бактериальные опероны, ответственные за биосинтез аминокислот, часто обладают дополнительной системой контроля экспрессии, основанной па преждевременной терминации транскрипции. Этот процесс, называемый аттенуацией, функционирует независимо от промоторно — операторной системы регуляции экспрессии. Аттенуация используется для регуляции экспрессии в ответ на воздействие различных физиологических факторов. Процесс регуляции на основе аттенуации включает начало трансляции, остановку рибосомы и переключение альтернативных вариантов вторичной структуры РНК, один из которых формирует терминатор транскрипции, а другой — препятствует образованию терминатор-ной структуры. У Е. соИ объектами аттенуации являются опероны триптофана, фенилаланина, гистидина, треонина, лейцина, изолейцина и валина. [c.118]

Опероны биосинтеза аминокислот [c.194]

Известно, что у сальмонелл, например, структурные гены для 10 ферментов биосинтеза аминокислоты гистидина сцеплены в одном опероне. Подобное сцепление функционально связанных генов, как мы уже знаем, характерно для бактерий. [c.290]

Насколько широко используется явление аттенуации в качестве регуляторного механизма выражения бактериальных оперонов Оно используется по крайней мере в шести оперонах, кодирующих ферменты, связанные с биосинтезом аминокислот. Следовательно, обратная связь между содержанием аминокислот, необходимых для белкового синтеза, и образованием ферментов, возможно, имеет общий характер. [c.194]

Рис. 15.23. Аминокислотные последовательности лидерных полипептидов, предсказанные на основании нуклеотидных последовательностей пяти оперонов биосинтеза аминокислот Е. oli и S. typhimurium.

Накопление Г в клетках бактерий характеризует их стрессовое состояние, вызванное ухудшением условий роста, и инициирует перестройку метаболизма бактерий, необходимую для адаптации клеток к дефициту аминокислот и др источников питания При зтом подавляется синтез рнбосомных и тРНК, транскрипция генов, кодирующих структуру рибосомных белков и белковых факторов трансляции, транспорт углеводов, синтез липидов и дыхание Одновременно усиливается транскрипция оперонов, ответственных за биосинтез аминокислот, и ускоряется распад клеточных белков [c.618]

Интенсивность транскрипции определенных структурных генов может зависеть от эффективности ее терминации и, в частности, от того, как часто РНК-полимераза прекращает синтез РНК, не дойдя до этих генов. Сравнительно недавно обнаружено, что во многих оперонах Е. соН, контролирующих биосинтез аминокислот, между промотором и первым структурным геном имеется терминирующая последовательность и в определенных условиях происходит образование терминирующего сигнала, ослабляющего интенсивность транскрипции (рис. 3). Это явление [c.24]

Синтез рибосомных РНК строго скоординирован с синтезом рибосомных белков так, что в клетках в заметных количествах не обнаруживается ни свободных рибосомных РНК, ни свободных рибосомных белков. Скорость образования рибосом регулируется в быстро растущих на богатых питательных средах культурах эта скорость высокая, в медленно растущих на бедных средах — низкая. Механизмы координированной регуляции синтеза компонентов, рибосом отличаются большой сложностью и изучены еще недостаточно. Здесь будет рассмотрен только один элемент этой регуляции, основанной на взаимодействии с РНК-полимеразой низкомолекулярного эффектора гуанозинтетрафосфата. Этот нуклеотид синтезируется на рибосомах в условиях аминокислотного голодания клеток. Накопление гуанозинтетрафосфата в голодающих по аминокислотам клеткам приводит к значительному замедлению синтеза рибосомных РНК и мРНК рибосомных белков и может стимулировать транскрипцию оперонов биосинтеза аминокислот. [c.154]

ТИД из 14 аминокислот, в числе которых-два соседних остатка триптофана. Само по себе это достаточно примечательно, поскольку частота встречаемости триптофана в белках обычно составляет 1 на 100 аминокислотных остатков. Вторая особенность заключается в присутствии последовательностей, которые могут формировать три взаимоисключающих варианта вторичной структуры, показанные на рис. 15.21 и 15.22. Одна из щпилечных структур очень напоминает структуру терминатора. Обе эти особенности были обнаружены также в структуре других оперонов биосинтеза аминокислот при анализе последовательности со-ответствуюпщх лидерных транскриптов. Каждый из этих транскриптов кодирует небольщой полипептид, содержащий несколько аминокислотных остатков-продуктов биосинтеза, направляемого данным оперо-ном (рис. 15.23). Последовательность каждого из них может формировать три взаимоисключающих варианта вторичной структуры, один из которых напоминает структуру терминатора. Эти наблюдения привели к формулировке модели аттенуации, основанной на представлении [c.197]

Данная модель аттенуации применима и к другим оперонам биосинтеза аминокислот. В каждом случае определенные кодоны располагаются в лидерном транскрипте таким образом, что задержка рибосомы, связанная с нехваткой соответствующих аминокислот, так влияет на вторичную структуру образующегося транскрипта, что формирование терминаторной петли становится невозможным. [c.198]

По-видимому, избыток аминокислоты, синтез которой контролирует оперон, приводит к накоплению соответствующей амино-ацил-тРНК, что обеспечивает трансляцию лидерной иРНК, и рибосома, двигаясь вдоль матрицы, разрушает вторичную структуру аттенюатора, делая доступным сигнал терминации транскрипции для у-фактора РНК-полимеразы (см. гл. 15). Транскрипция прекращается. Если же аминокислоты не хватает, то трансляция лидера невозможна, и сигнал терминации транскрипции становится недоступным ц-фактору. Тогда транскрипция продолжается за аттенюатор и образуется целая молекула иРНК оперона. Таким образом, показана тесная связь транскрипции и трансляции в процессе регуляции оперонов биосинтеза аминокислот. [c.419]

В настоящее время известны еще два оперона биосинтеза аминокислот у Е. соН, содержащих аттенюаторные участки. Фенилала-ниновый оперон и гистидин о вьтй оперон, подобно три пто фановому оперону, содержат регулируемые участки терминации перед первым геном, кодирующим фермент. И в этих случаях лидерная область перед участком терминации транслируется. Удивительна последовательность аминокислот в лидерном пептиде фенилаланинового оперона 7 из 15 остатков-фенилаланины (рис. 28.15). Еще поразительнее лидерный нентид гистидинового оперона он содержит семь остатков гистидина подряд. Очевидно, что эти лидерные мРНК предназна- [c.120]

Кроме того, некоторые опероны биосинтеза аминокислот, в том числе /у -оперон, находятся под контролем аттенюаторов. Если конечный продукт биосинтеза - аминокислота - имеется в изобилии,транскрипция в аттенюаторном участке прекращается. Для аттенюации необходима трансляция лидерной мРНК. Регуляция широкого спектра генов осуществляется циклическим АМР, который связывается с особым белком (БАК). Этот комплекс взаимодействует с промоторными участками нескольких ин-дуцибельных оперонов и стимулирует инициирование транскрипции. Концентрация циклического АМР повышается только при недостатке глюкозы. Таким образом, глюкоза косвенно подавляет синтез различных ферментов катаболизма. [c.125]

Единицы транскрипции (транскриптоны). Синтез РНК молекулами РНК-полимераз ш vivo начинается в определенных местах ДНК, называемых промоторами, и завершается на особых регуляторных последовательностях - терминаторах. Последовательности нуклеотидов ДНК, заключенные между промоторами и терминаторами, называют транскрипционными единицами, или транскриптонами. В пределах каждого транскриптона транскрибируется только одна цепь ДНК, которая получила название значащей или матричной. Термины транскрипционная единица или транскриптон по смыслу близки термину ген , но они не всегда совпадают. Так, транскрипционные единицы прокариот, как правило, заключают в себе генетическую информацию нескольких генов и называются оперонами. Продуктами транскрипции оперонов являются полицистронные мРНК, при трансляции которых рибосомами образуется несколько белков. Белки, кодируемые полицистронными мРНК, обычно функционально связаны друг с другом и обеспечивают протекание какого-либо метаболического процесса, например, биосинтеза определенной аминокислоты или утилизацию углеводов в качестве источника углерода. Организация генов в виде оперонов облег- [c.30]

Bom случае репрессор включает транскрипцию, во втором он ее выключает. Это взаимодействие в свою очередь контролируется аллостерическим взаимодействием с низкомолекулярным соединением, играющим регуляторную роль. Негативный апорепрессор может, например, инактивироваться под действием индуктора или активироваться под действием корепрессора. Следовательно, индукп ия и дерепрессия как формально, так и в смысле механизма, по существу, эквивалентны. Индукция и репрессия ферментов у микроорганизмов — широко распространенные явления. Из шести указанных выше оперонов три, относящиеся к обмену сахаров, индуцируются субстратами ферментов или структурными аналогами этих субстратов (как это и следует ожидать исходя из приведенных выше определений) опероны, контролирующие биосинтез аминокислот, репрессируются самими этими аминокислотами. [c.536]

Оперены биосинтеза аминокислот. У Е. соИ и S. typhimurium весь путь биосинтеза гистидина контролируют девять тесно сцепленных генов (рис. 16.7), регулируемых по оперонной схеме. При индукции, которая происходит, когда в клетке истощается запас свободного гистидина, все девять генов His-оперона транскрибируются на одну молекулу и РНК размером около 10 ООО нуклеотидов. Появление избытка гистидина приводит к репрессии His-оперона. [c.418]

Сходная систе.ма рег>ляции в аттенюаторе испадьзуется в опе-ронах, отвечающих за синтез других аминокислот у . соИ. В лндер-ных РНК этих оперонов закодированы специфические пептиды, включающие по нескольку остатков той а.мннокислоты, биосинтез [c.159]

Сходная система рег ляции в аттенюаторе испачьзуется в опе-ронах, отвечающих за синтез других аминокислот у Е. oli. В лидер-иых РНК этих оперонов закодированы специфические пептиды, включающие по нескапьку остатков той аминокислоты, биосинтез [c.159]

Другой пример сильного взаимодействия белка с ДНК—регуляция оперона белком-репрессором. Наиболее изученным примером является 1ас-оперон Е. соИ [25]. Ген-регулятор кодирует синтез белка 1ас-репрессора, который затем связывается с соседним оператором. Связывание с белком-репрессором малой молекулы— индуктора, например изопропилтио-р- )-галактопиранозида, вызывает диссоциацию репрессора с операторного участка. Последующая транскрипция трех соседних генов оперона приводит к биосинтезу трех ферментов — Р-галактозидазы, галактозопермеазы и тиогалактозидтрансацетилазы. 1ас-Репрессор представляет собой тетрамерный белок, состоящий из идентичных субъединиц по 347 аминокислот каждая. Сродство репрессора к последовательности ДНК оператора зависит от ионной силы константа диссоциации в клетке, вероятно, менее 10 " моль/л . Структура участка связывания ДНК в 1ас-репрессоре до сих пор не выяснена, однако удаление трипсином 59 остатков с Л -конца и 20 остатков с С-конца предотвращает связывание. Несколько больше известно об участке связывания индуктора. Измерения флуоресценции показывают, что находящийся в участке связывания индуктора остаток триптофана при связывании перемещается в менее полярное окружение. Изучение изменения флуоресценции методом остановленного потока показывает, что процесс связывания проходит в две стадии. Быстрая начальная стадия подчиняется, как и ожидалось, кинетике второго порядка. Более медленная стадия мономолекулярна и, по- [c.569]

Конечно, совсем по-иному должно обстоять дело с конститутивными ферментами, разлагающими глюкозу. Эта ферментная система работает очень интенсивно, и концентрация ферментов должна здесь постоянно поддерживаться на очень высоком уровне. Тем не менее она не бывает слишком высокой. Возможности регуляции здесь следующие. Во-первых, индуктор и корепрессор могут быть родственны друг другу, т. е. либо индуктор возникает из корепрессора (или наоборот), либо индуктор и корепрессор образуются одновременно, на одной предшествующей стадии. Во-вторых, между индуктором и корепрессором может устанавливаться постоянное количественное соотношение (нечто подобное известно в органической химии), которое как раз таково, чтобы отдача информации опероном все время держалась на постоянном (высоком) уровне. Однако все это, собственно говоря, домыслы, лишенные экспериментального подтверждения. Возможно, в действительности все выглядит совершенно иначе. Но одно кажется совершенно ясным наше разделение ферментов на регулируемые и нерегулируемые (конститутивные) не вполне правильно. Лучше было бы говорить о ферментах, концентрация которых стабильно поддерживается на каком-то постоянном, весьма низком (нанример, ферменты биосинтеза коферментов) или высоком уровне (например, ферменты разложения глюкозы), и о ферментах, концентрация которых может сильно варьировать, т. е. быть очень высокой или нулевой в зависимости от требований (синтез аминокислот — регуляция посредством репрессии распад лактозы — регуляция посредством индукции). Поскольку нам важно, чтобы читатель хорошо усвоил принцип регуляции, попробуем кратко резюмировать все то, что мы рассказали. Итак, регуляция осуществляется посредством репрессоров, имеющих двойную (аллостерия) специфичность во-нервых, в отношении генов-операторов, находящихся в геноме, и, во-вторых, в отношении определенных малых молекул (корепрес-соров или индукторов), находящихся в цитоплазме. К. Брэш в своей книге Классическая и молекулярная генетика так хорошо описал все эти механизмы, что лучше всего привести здесь его собственные слова [c.287]

Биосинтез определенных аминокислот из более простых соединений в большинстве случаев осушествляется в ходе последовательных ферментативных реакций, и гены, кодирующие синтез соответствующих ферментов, у бактерий обычно сгруппированы в одном опероне. Например, гистидиновый оперон, в котором локализованы гены для ферментов, катализирующих последовательные стадии синтеза гистидина у Salmonella, содержит гены для десяти ферментов, каждый из которых катализирует одну из реакций, ведущих к образованию гистидина. Аналогично, аргининовый оперон Е. соИ содержит гены для восьми ферментов, которые в совокупности катализируют цепь реакций превращения глутамата в аргинин. Репрессия, вызванная аминокислотой, как и следует ожидать, предотвращает образование всех кодируемых данным опероном ферментов. [c.68]

На рис. 41.12 представлены аминокислотные последовательности лидерных пептидов, предсказанные по соответствующим нуклеотидным последовательностям, для нескольких других оперонов Е, oli и Salmonella typhimurium. Из рисунка видно, что в лидирующей последовательности существенно превалирует именно та аминокислота, ферменты биосинтеза которой кодируются данным опероном. [c.119]

После открытия у бактерий Ф. Жакобом и Ж. Моно оперонов возник вопрос универсальна ли подобная организация генетического материала Генетический анализ у эукариот (в частности, у их простейших представителей — дрожжей и нейроспоры) показал, что гены, контролирующие различные этапы одного и того же пути метаболизма, как правило, случайно разбросаны по всему геному и обычно не образуют скоплений, напоминающих опероны бактерий (рис. 19.2). Было найдено несколько исключений, привлекших пристальное внимание. Например, компактный участок генетического материала у грибов контролирует три реакции в биосинтезе гистидина. Сходная ситуация (также у грибов) обнаружена при изучении генетического контроля биосинтеза ароматических аминокислот — триптофана, тирозина, фенилаланина, а также жирных кислот. Может быть, в этих и некоторых других случаях наблюдается некий атавизм — пример оперонов, не типичных для эукариот [c.479]

На рис. 5.1 показан путь биосинтеза L-трео-нина из аспарагиновой кислоты, из которой помимо треонина образуются изолейцин, лизин и метионин, составляющие аспарагиновое семейство аминокислот. В биосинтезе треонина участвуют четыре фермента, три из которых детерминируются генами треонинового оперона (i/гг-оперон). Реакция превращения аспартил- [c.167]

Уже отмечалось, что с помощью аналога триптофана (5-метилтринтофана) можно получить устойчивые к ингибирующему действию триптофана мутанты, характеризующиеся повышенной продукцией данной аминокислоты. У некоторых из этих мутантов нарушен процесс ретроингибирования антранилатсинтетазы у других -координированно дерепрессированы ферменты пути биосинтеза триптофана (т. е. ферменты трипто фанового оперона). Генетический анализ показал, что у таких мутантов поврежден ген-регулятор. [c.25]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология