Белки и контроль экспрессии генов

Один из основных путей адаптации организмов к изменяющимся условиям окружающей среды — регуля щя экспрессии генов. Этот процесс, детально изученный для бактерий и вирусов, заключается в специфическом взаимодействии определенных белков с различными участками ДНК, расположенными рядом с сайтами инициации транскрипции. Такие взаимодействия могут характеризоваться как позитивным (положительным), так и негативным (отрицательным) влиянием на уровень транскрипции. В эукариотических клетках используются и другие механизмы регуляции транскрипции. В контроле экспрессии генов могут участвовать амплификация, генные перестройки, переключение классов и посттранскрипционные модификации. [c.109]

Контроль экспрессии генов обсуждается в гл. 10. Здесь мы рассмотрим только вопрос о том. каким образом белок связывается с ДНК. Все до сих пор описанные сайт-специфические ДНК-связывающие белки узнают свою последовательность с внешней стороны молекулы и ассоциируют с ДНК, не влияя на спаренные основания. Это оказывается возможным благодаря тому, что части каждой нуклеотидной пары расположены в двух отдельных бороздках - большой ш малой (рис. 9-8, А). В большой бороздке каждая из четырех возможных пар (А-Т, Т-А, С-С или С-С) однозначно узнается по специфическому расположению выступающих атомов, малая бороздка менее информативна в этом [c.101]

Регуляция ферментативной активности путем фосфорилирования и дефосфорилирования в известной мере аналогична регуляции по принципу обратной связи. Оба типа регуляции обеспечивают быстрое изменение потока метаболитов в ответ на тот или иной физиологический сигнал и в том и в другом случае экспрессия генов не затрагивается. При обоих типах регуляции действие направлено на ферменты начальных этапов многостадийной цепи метаболических реакций, чаще всего принадлежащих одному пути биосинтеза, причем не на каталитические, а на аллостерические центры. Однако ингибирование по принципу обратной связи направлено избирательно на один фермент и не зависит от гормональной или нервной регуляции. Напротив, регуляция ферментов млекопитающих путем фосфорилирования— дефосфорилирования распространяется на несколько белков, осуществляется при участии АТР или других нуклеозидтрифосфатов и находится под прямым нервным и гормональным контролем. [c.110]

Наша главная задача состояла в том, чтобы раскрыть сущность и глубину экспериментальных подходов науки, которая бьша названа молекулярной генетикой, применительно к эукариотическим организмам. Чтобы решить эту задачу, а также облегчить понимание материала читателями, обладающими ограниченным объемом знаний по биохимии, клеточной биологии и генетике, мы постарались изложить основы этих направлений биологии двумя способами. Во-первых, в гл. 1, 2 и 3 суммирована наиболее важная информация о структуре ДНК, РНК и белков о различных клеточных процессах, протекающих с участием ДНК (репликация, репарация и рекомбинация) об основных механизмах транскрипции, трансляции и контроле экспрессии генов. Читатели, хорошо ориентирующиеся в данных вопросах, могут пропустить эти главы. Во-вторых, во введениях к частям I, II и III даны исторические экскурсы и общий взгляд на проблемы, изложенные в главах, составляющих эти части. В них не говорится детально о том, как были открыты и доказаны те или иные положения, а делается попытка объяснить, как на основе различных исследований в области биохимии, генетики, микробиологии, клеточной и эволюционной биологии бьш выстроен интеллектуальный каркас современной биологии. Так, во введении, предваряющем гл. 1, 2 и 3, прослеживается исторический путь, приведший нас к современному взгляду на наследственность. Мы знакомимся с концепцией гена, трансмиссией и сегрегацией генов, с логическим переходом от первичного картирования генетических детерминант к точной локализации генов на хромосоме, с идентификацией генов как дискретных участков молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты и информационными взаимоотношениями между ДНК, РНК и белками. [c.6]

Синхронная индукция всех трех белков реализуется через синтез одной общей полицистронной мРНК. Обычно в отсутствие индуктора уровень транскрипции генов la очень невелик и в клетке имеются лишь очень малые количества Р-галактозидазы и пермеазы. В то же время удается легко отобрать мутанты (так называемые конститутивные мутанты), которые и в отсутствие индуктора продуцируют большие количества этих белков, такие же, как нормальные клетки в условиях индукции. Все эти конститутивные мутанты содержат мутации вблизи гена Z и на достаточном удалении от генов Y н А. Как показал комплементационный анализ, такие мутанты можно разбить на два класса I " (не-индуцибельные) и 0° (операторно-конститутивные). С использованием элементов F la или конъюгативных мерозигот (см. гл. 8) можно получить частичные диплоиды, включающие такие мутации. Фенотипические проявления частичных диплоидов этого типа свидетельствуют, что мутации I и О оказывают принципиально различное влияние на синтез Р-галактозидазы. Из перечисленных в таблице 15.1 частичных диплоидов два первых характеризуются нормальным индуцибельным фенотипом, что указывает на рецессивный характер мутации 1 . Ген I осуществляет нормальный контроль экспрессии гена Z в случае обоих частично диплоидных генотипов независимо от того, находится ли ген Z на той же хромосоме, что и I, или на другой. В случае двух по- [c.173]

Мембраны, окружающие ядра эукариотических клеток, защищают связанный с ДНК тонкий механизм контроля от многих происходящих в цитоплазме химических изменений. Кроме того, они позволяют пространственно разобщить две ключевые стадии экспрессии генов 1) синтез РНК по матрице ДНК (транскрипцию ДНК) и 2) использование этих последовательностей РНК для синтеза определенных белков (трансляцию РНК). В прокариотических клетках нет такой компартментации и трансляция РНК с образованием белка происходит по мере образования РНК при транскрипции, начинаясь раньще, чем завершился синтез РНК. У эукариот, напротив (за исключением митохондрий и хлоропластов, которые в этом отнощении, как и в других, ближе к бактериям), указанные этапы пути от гена к белку строго разобщены транскрипция происходит в ядре, трансляция - в цитоплазме. РНК, прежде чем включиться в процессы синтеза белка, должна покинуть ядро. Для этого, находясь в ядре, РНК претерпевает сложный процесс созревания (процессинг), в ходе которого одни части молекулы РНК удаляются, а другие модифицируются. [c.41]

Ряд локусов у Е. соИ (а также у других бактерий) подвержен позитивному контролю, при котором для их экспрессии необходима высокая концентрация циклического АМР. Действие этого нуклеотида состоит в активации белка БАК (САР) или, как его еще называют, RP -фактора. (Окончательный выбор названия еще не сделан.) Этот белок, имеющий важное значение для транскрипции тех промоторов, которые он контролирует, представляет собою димер с мол. массой 45000 дальтон. В гл. 15 мы более подробно обсудим роль этого белка в координации экспрессии генов. [c.148]

При изучении модели, изображенной на рис. 37.2, можно обратить внимание на наличие в структуре ДНК большой и малой бороздок, закрученных вокруг оси молекулы параллельно фосфодиэфирному остову. В этих бороздках белки могут специфически взаимодействовать с определенными атомами нуклеиновых оснований, а значит, и узнавать конкретные нуклеотидные последовательности, не нарушая комплементарных взаимодействий в структуре двойной спирали. Как будет показано в гл. 39 и 41, именно за счет таких взаимодействий регуляторные белки могут осуществлять контроль экспрессии генов. [c.56]

Размножение нормальных клеток регулируется ингибирующими и стимулирующими молекулами, которые являются соответственно продуктами генов-супрессоров опухолевого роста и протоонкогенов. Проявление раковых свойств у клетки может быть результатом как потери или инактивации обеих клеточных копий гена-супрессора, так и амплификации или гиперактивации одной из двух копий протоонкогена Наследуемые нарушения пролиферативного контроля могут быть вызваны также внедрением в клетку чужеродного вирусного генетического материала. Ретровирусы могут сами становиться онкогенными, захватывая копию клеточного протоонкогена клетки-хозяина и превращая его в онкоген они могут также создавать онкоген в клетке, действуя как инсерционный мутаген и внедряясь в ее геном рядом с протоонкогеном. Хотя полагают, что большинство онкологических заболеваний у человека вызывается не вирусами, обнаруживаемые в опухолевой ДНК мутации часто затрагивают те же протоонкогены, что и найденные при изучении ретро-вирусов. Способы превращения протоонкогенов в онкогены в опухолях у человека включают точковые мутации, амплификацию генов, а также хромосомные транслокации, которые могут привести к нарушению контроля экспрессии этого протоонкогена или к его соединению с другим геном с последующим синтезом нового белка. Подобно этому, гены-супрессоры опухолевого роста могут быть функционально утеряны в результате мутаций самого разного характера люди, унаследовавшие от родителей делецию или дефектную копию одного из таких генов, могут проявить выраженную предрасположенность к определенному типу рака, что демонстрирует пример с ретинобластомой. Молекулярнобиологический анализ опухолевых клеток от больных, страдающих одной из наиболее распространенных форм рака, выявил сложный и неоднородный спектр генетических повреждений, включая и активацию онкогенов и потерю генов-супрессоров опухолевого роста. Эти данные являются отражением случайного характера эволюционного процесса, в ходе которого возникает рак, и говорят о том, что каждая злокачественная опухоль, с молекулярной точки зрения уникальна. [c.481]

Типичная организация транскрипционной единицы РНК-полимеразы II показана на рис. 16.8. О существовании интронов, разделяющих смысловые участки многих генов, кодирующих белки эукариот, уже говорилось в гл. 11. Созревание первичных РНК-транскриптов, включающее удаление интронов (сплайсинг) с образованием цитоплазматических мРНК, может служить в качестве еще одного уровня контроля экспрессии генов. Было обнаружено также, что возможность альтернативного сплайсинга позволяет расширить кодирующий потенциал данной транскрипционной единицы. [c.216]

Для генов, которые находятся под позитивным контролем, экспрессия возможна только в присутствии активного регуляторного белка. Каким образом это достигается Существует множество различных систем позитивного контроля. Системы, действующие на инициирование транскрипции определенных оперонов, яв- [c.188]

Г ены, содержащие гомеобокс, как правило, кодируют белки, локализованные в клеточных ядрах, что нреднолагает их прямое участие в контроле экспрессии генов. Кроме того, последовательность аминокислот, образующая гомеобокс, вероятно, позволяет белкам дрозофилы, которые ее содержат, связываться со специфическими участками ДНК, функционирующими как энхансеры и сайленсеры (разд. 10.2.7) генной экснрессии, в том числе экспрессии других содержащих гомеобокс геиов. [c.131]

Основная роль большинства фитогормонов в растительной клетке заключается в контроле экспрессии генов [Кулаева, 1978]. Для реализации этой функции гормон должен связаться с белком-рецептором и в виде гормонорецепторных комплексов транслироваться в ядро. В ядре эти [c.101]

На примере /ас-репрессора, как на модели, было изучено такое важное явление, как специфическое связывание регуляторного белка с регуляторной областью ДНК. Этот феномен лежит в основе практически всех систем контроля экспрессии генов. Из всей ДНК Е. oli, состоящей из 3,210 п. н., /ас-репрессор узнает и прочно связывается только с одной операторной последовательностью, имеющей длину лишь 24 п.н. (рис. 15.10). Операторная последовательность включает симметричный палиндромный участок протяженностью 16 п.н. Палинд-ромными называют последовательности, которые по каждой из цепей (с соблюдением полярности) считываются одинаково как слева направо, так и справа налево. [c.177]

Количество синтезируемого в растениях протоксина попытались увеличить, осуществив экспрессию полностью измененного гена протоксина под контролем промотора гена малой субъединицы рибулозобисфосфат-карбоксила-зы, помещенного после хлоропластной сигнальной последовательности этого фермента, таким образом, чтобы сверхпродуцируемый протоксин был локализован в хлоропластах. Эта стратегия привела к радикальному повышению уровня экспрессии гена протоксина, так что на долю протоксина стало приходиться до 1% всех белков листа. В другом эксперименте ген протоксина вводили непосредственно в хлоропластную ДНК растения-хозяина. Это дает следующие преимущества. Во-первых, вводимый ген не нужно модифицировать, поскольку транскрипционный и трансляционный аппараты хлоропластов относятся к прокариотическому типу. Во-вторых, на одну клетку приходится много хлоропластов, а на один хлоропласт - много копий хлоропластной ДНК, поэтому ген протоксина присутствует в больщом числе копий, и эффективность его экспрессии повышается. В-третьих, хлоропласты передаются только через [c.392]

Иногда создается впечатление, что для контроля выражения (экспрессии) гена в той или другой ситуации используется каждый из возможных мезанизмов. При всем разнообразии механизмов контроля их объединяет то общее, что регуляция во всех случаях осуществляется взаимодействием регуляторного белка с последовательностью нуклеиновой кислоты, часто имеющей двойную симметрию. В этой главе мы рассмотрим некоторые другие примеры взаимодействий такого рода с точки зрения их объединения в системы, контролирующие отдельные опероны. Часто контроль осуществляется при участии сходных механизмов, оперирующих слегка отличным способом, и способ установления связи между ними варьирует от случая к случаю. [c.188]

А, транскрипция которой находилась под контролем промотора вируса саркомы Рауса или ци-томегаловируса. Хотя уровень экспрессии гена нуклеопротеина был настолько низок, что не поддавался регистрации, через 2 нед после иммунизации в крови мышей обнаруживались антитела к нему. Выживаемость иммунизированных мышей оказалась значительно выше, чем мышей из контрольной группы (рис. 11.5). Более того, они были нечувствительны и к другому штамму вируса гриппа. Такая перекрестная защита не вырабатывается при введении традиционных противогриппозных вакцин, полученных на основе поверхностных антигенов вируса, и поэтому каждая вакцина специфична лишь к одному штамму вируса. Более того, традиционные вакцины сохраняют свою эффективность только до тех пор, пока остаются неизмененными поверхностные антигены. К сожалению, для генов поверхностных антигенов характерна высокая частота мутаций, что приводит к появлению существенно различающихся штаммов вируса. Кбровые же белки, такие как нуклепротеин, относительно стабильны и активируют иммунную систему по другому механизму, чем поверхностные антигены. [c.233]

Регуляторный ген trpR репрессируется своим собственным продуктом-ггр-репрессо ром. Следовательно, белок-репрессор действует, снижая и свой собственный синтез. Такой цикл может служить примером аутогенного контроля. Мы увидим, что подобные циклы весьма распространены в регуляторных и других генах и могут осуществлять как негативный, так и позитивный контроль. Наиболее распространен негативный аутогенный контроль в этом случае белок ингибирует свой собственный синтез, так что его содержание в клетке саморегулируется. В тех случаях, когда содержание данного белка становится слишком высоким, дальнейшее образование репрессора предотвращается, так как белок подавляет транскрипцию своего собственного гена. Если же содержание репрессора падает, белок оказывается не способным подавлять свой собственный синтез в результате возобновляется транскрипция, содержание белка восстанавливается. (В случае позитивного аутогенного контроля белок способствует своему собственному синтезу как будет видно в гл. 16, этот тип связи обеспечивает включение/выключение экспрессии генов.) [c.196]

Как и у других фагов, в случае фага лямбда для экспрессии поздних генов, кодирующих компоненты фаговой частицы, необходимы дополнительные регуляторные механизмы. Такой контроль осуществляется геном Q, относящимся к задержанно ранним генам. Продукт этого гена pQ является еще одним белком-антитерминатором, позволяющим РНК-полимеразе, инициирующей транскрипцию на позднем промоторе Pr, преодолевать терминатор, располагающийся между этим промотором и поздними генами. Так, наличие белков-антитерминаторов с различной специфичностью позволяет осуществить последовательную экспрессию фаговых генов. [c.169]

В эукариотических клетках ДНК-гираза не обнаружена, а эукариотические ДНК топоизомеразы типов 1 и 11 снимают напряжение, вызванное суперспирализацией. а не усиливают его (см. разд. 5.3.10). Вот почему большая часть ДНК в эукариотических клетках не напряжена. Тем не менее при инициации транскрипции ДНК происходит раскручивание спирали (см. рис. 9-65). Более того, продвижение молекулы РНК-полимеразы (а также других белков) вдоль ДНК приводит к появлению в ее молекуле положительного напряжения перед ферментом и отрицательного за ним (рис. 10-42). Вследствие подобного топологического изменения, событие, происшедшее в единственном сайте ДНК, может привести к возникновению сил, действующих по всей петле хроматина. Остается неясным, приводит ли подобное воздействие к запуску дальнейших событий, что было бы необходимо, если бы топологические изменения действительно имели отношение к контролю экспрессии у эукариотических генов. [c.214]

Гены, находящиеся под негативным контролем, экспрессируются при условии, что они не выключены взаимодействием белка-репрессора с соответствующим регуляторным сайтом. Любое действие, создающее помехи для экспрессии генов, может обеспечить негативный контроль, но существует единообразие в этих механизмах белок-репрессор либо связывается с ДНК, предотвращая инициирование транскрипции ферментом РНК-полимеразой, либо связывается с мРНК, предотвращая инициирование трансляции рибосомами. [c.188]

У многоклеточных организмов дифференцировка клеток происходит в результате экспрессии разных генов одного и того же генома, хотя типы клеток на удивление мало отличаются друг от друга по содержанию белков. Экспрессия больщинства генов контролируется на уровне транскрипции, что не исключает существенной роли посттранскрипциоиного контроля. Контроль на уровне транскрипции зависит от регуляторных белков, связывающихся с определенными последовательностями ДНК. В результате присоединения таких белков соответствующие гены либо включаются (позитивный контроль) либо выключаются (негативный контроль). Гены высших эукариот обычно регулируются путем комбинационного воздействия нескольких белков-регуляторов, осуществляющих позитивный и негативный контроль. Главные регуляторные белки играют в системе регуляции активности генов особую роль благодаря тому, что они влияют на активность сразу многих генов например, экспрессия гена туо D1 может превратить фибробласт в миобласт. [c.183]

Экспрессия генов контролируется на самых разнообразных уровнях, включая инициацию транскрипции или трансляции, процессинг, транспорт или распад мРНК либо белка. Экспрессия одного и того же гена может регулироваться на одном или нескольких уровнях, что затрудняет исследования определенного контролирующего элемента. Как же тогда изучать отдельные элементы механизма, под контролем которого находится ген Точное слияние исследуемых генов с индикаторными представляет собой изящный метод, позволяющий упростить эту задачу. Например, для определения роли транскрипционного контроля необходимо удалить большинство или все последовательности, кодирующие белок, включая специфические сигналы для пост-трансляционной модификации, и заместить их последовательностями хорошо изученного индикаторного гена. [c.363]

С учетом вышеперечисленных механизмов удалось получить мутантные миниплазмидные производные плазмиды R1 с нарушенным контролем числа копий. Такие миниплазмиды обладают температурочувствительными репликонами, которые при 30°С обеспечивают их существование в виде 20-50 копий на клетку, а при повышении температуры сверх пермиссивной и инкубации клеток на питательной среде в течение 2-3 ч количество плазмидной ДНК достигает 70% от суммарной клеточной ДНК [99]. Векторы, сконструированные на основе таких плазмид, способны обеспечивать очень высокий уровень экспрессии рекомбинантных белков, гены которых клонированы с их помощью. Повышение числа внутриклеточных копий плазмид в ряде случаев может быть достигнуто и другим распространенным способом. Как уже упоминалось, репликация многих плазмид, в том числе olEl, не требует синтеза белков, кодируемых их генами, тогда как контроль числа копий зависит от синтеза плазмидных макромолекул. Инкубация клеток, содержащих такие плазмиды, с [c.70]

Транскрипция каждого гена контролируется его регуляторной областью, расположенной вблизи сайта, с которого начинается транскрипция в направлении от 5 - к З -концу. Эта область представляет собой участок двойной спирали ДНК и комплементарно связанные с ним регуляторные пептиды. Иными словами, регуляторные области генов представляют собой нуклеопротеиновые комплексы (НПК). В состав НПК входят белки двух типов репрессоры (они предотвращают транскрипцию гена) и факторы транскрипции, которые включают транскрипцию (Ja ob, Monod, 1961). Эти белки осуществляют контроль за экспрессией генов и синтезом белков, необходимых клетке на данном этапе существования, не расплетая двойной спирали ДНК. Как оказалось, для пептидных факторов транскрипции (ФТ) нет необходимости внедряться во внутренние области двойной спирали, так как на ее внешнюю поверхность экспонированы протон-донорные, протон-акцепторные и гидрофобные группы каждой пары оснований. [c.145]

В разд. 6.6 и 6.7 Описаны методики, предназначенные для выявления локализации химерного белка в органелле, а также тканеспецифической экспрессии гена N. -npt-ll (последовательность, кодирующая транзитный пептид МС, соединенный с геном npt-II, и регулируемая промотором гена МС). Для убедительности доказательства того, что транзитный пептид МС РБФК/0 способен доставить NPT-П в хлоропласты, необходимо показать, что зрелая (протеолитически расщепленная) NPT-П содержится только внутри хлоропластов растений, экспрессирующих химерный ген МС-пр/-П. Кроме того, необходимо убедиться в том, что и NPT-И, лишенная транзитного пеитида, например синтезированная под контролем промотора гена nos, обычно ие поступает в хлоропласты. [c.343]

Использование системы репрессии-дерепрессии, чувствительной к температуре, в ряде случаев более технологично по сравнению с химической индукцией по двум обстоятельствам во-первых, это менее дорогой способ индукции во-вторых, для системы фага X характерна более высокая степень репрессии генов, находящихся под ее контролем, и, соответственно, более низкий базальный уровень их экспрессии. Такой фактор становится решающим при клонировании и получении экспрессии генов, белковые продукты которых токсичны для клетки-хозяина. Однако, несмотря на технологичность системы репрессии-дерепрессии, чувствительной к температуре, сверхпродукция рекомбинантных белков, особенно эукариотических, часто сопровождается внутриклеточным образованием их нерастворимых агрегатов, что в [c.109]

Смотреть страницы где упоминается термин Белки и контроль экспрессии генов: [c.132] [c.197] [c.197] [c.235] [c.199] [c.622] [c.122] [c.111] [c.151] [c.269] [c.956] [c.441] [c.463] [c.139] [c.194] [c.207] [c.102] [c.116] [c.136] [c.178]

Молекулярная биология клетки Сборник задач (1994) -- [ c.158 , c.159 , c.160 , c.161 , c.162 , c.163 , c.164 , c.165 , c.166 , c.167 , c.168 , c.169 , c.170 , c.171 , c.172 , c.173 , c.174 , c.175 , c.176 , c.177 , c.178 , c.179 , c.180 , c.181 , c.182 , c.183 , c.184 , c.185 , c.186 , c.187 , c.188 , c.189 , c.190 , c.191 ]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология