Кооперативное связывание репрессора

Кооперативное связывание репрессора [c.31]

Каждая из двух частей операторного палиндрома связывается с одной из четырех субъединиц тетрамерного репрессора. Взаимодействие с репрессором является кооперативным-связывание одной субъединицы усиливает связывание другой. Расположение обеих пар, образуемых четырьмя субъединицами репрессора, характеризуется симметрией второго порядка. Таким образом, каждая пара может кооперативно связываться с палиндромным участком (рис. 15.10). [c.177]

Генетические свидетельства в пользу кооперативного характера связывания репрессора были получены при изучении некоторых мута- [c.177]

Такой читатель заметит, например, что нам пришлось выдумать изображения мономеров и димеров интактного репрессора. Действительно ли мономер похож на гантель Правильно ли мы изобразили, как димеры репрессора наклоняются , соприкасаясь с другими димерами и обеспечивая тем самым кооперативность связывания Можно ли объяснить гибкостью цепочки, соединяющей домены репрессора, следующий довольно странный факт при изменении расстояния между соседними участками связывания в 0 и 0 на несколько пар оснований энергия взаимодействия между димерами репрессора почти не изменяется ( — 2 ккал/моль) Эти вопросы представляют особый интерес в свете совершенно неожиданного открытия, изложенного в приложении 3 репрессоры кооперативно связываются с операторными участками, искусственно разделенными шестью витками двойной спирали, причем энергия взаимодействия примерно такая же, как и в случае близко расположенных участков.Мы предполагаем, что взаимодействия между ДНК-связывающими регуляторными белками играют важную роль в регуляции генов у всех организмов, и нам предстоит узнать много нового о механизмах этих взаимодействий. [c.129]

Кривые, приведенные на рис А.1, иллюстрируют увеличение эффективности связывания репрессора за счет кооперативного связывания с двумя участками. При построении кривых предполагалось, что энергия связывания репрессора с единичным участком составляет — 10 ккал/моль, а при связывании с соседними участками энергия взаимодействия молекул репрессора составляет примерно —2 ккал/моль Из рисунка следует, что в рамках кооперативной модели для заполнения 99% мест связывания необходимо примерно в 30 раз меньше репрессора, чем при некооперативном связывании. Для заполнения 99,9% мест в случае одного участка необходимо примерно в 100 раз [c.139]

Если сайт 1 оказывается неактивным (в результате мутации), тогда репрессор кооперативно связывается с сайтами 2 и 3. Следовательно, связывание в сайте 2 облегчает связывание другого димера в сайте 3. Такое взаимодействие происходит непосредственно между димерами репрессора, а не через конформационные изменения в ДНК. Вероятно, область коннектора первого репрессора таким образом ориентирует С-концевые области димера, что они контактируют с С-концевыми областями второго димера (который поэтому лежит в таком положении, что не может способствовать присоединению третьего димера). [c.216]

Следует отметить, что, поскольку именно оператор Ок 2 должен быть занят репрессором-димером, чтобы способствовать связыванию РНК-полимеразы с промотором Рм, может оказаться, что кооперативная зависимость от димера, первоначально связывающегося с Ок 1, играет важную роль в поддержании аутогенного цикла. У мутантов, утративших активность Ок 1, один димер репрессора, связанный оператором с Ок 2, может подавить инициирование транскрипции в промоторе Рк, но стимулировать ее в промоторе Рм- Сайт Ок2 только на одну пару оснований расположен ближе к стартовой точке [c.216]

Описанные нами белок-белковые взаимодействия представляют собой пример кооперативности. Так, молекулы репрессора кооперативно связываются с 0 1 и 0 2. Поскольку димеры репрессора взаимодействуют друг с другом на 0 1 и 0 2 или на Or2 и Or3, мы говорим об альтернативной попарной кооперативности участков связывания. [c.33]

Действие Сго проще, чем действие репрессора. Как показано на рис. 1.22, димеры Сго связываются независимо (не кооперативно) с тремя участками Or. В отличие от репрессора Сго-белок со строго негативной регуляцией. Главная особенность функционирования Сго состоит в том, что три участка Or по сродству к нему располагаются в обратном порядке по сравнению с таковым для репрессора. На рис. 1.23 показано, что первая синтезированная молекула Сго связывается с Or3. Это препятствует связыванию полимеразы с Pr, и подавляет дальнейший синтез репрессора. К этому моменту переключатель генов сработал и начался литический цикл. [c.37]

Две кривые на рис. 1.25, одна из которых описывает реальную кооперативную систему с участием Л-репрессора, а другая-некооперативную систему с одним участком связывания, напоминают кривые, описывающие поведение молекул - переносчиков кислорода-гемоглобина и миоглобина. Гемоглобин переносит кислород от легких к тканям, а миоглобин способствует переносу кислорода в мышечной ткани. Парциальное давление кислорода в тканях всего примерно в 5 раз ниже, чем в легких тем не менее гемоглобин эффективно связывает кислород в легких и высвобождает его в тканях. Кривая зависимости связывания кислорода с гемоглобином от давления кислорода напоминает черную кривую на рис. 1.25, отвечающую высокой кооперативности. Четыре субъединицы гемоглобина, каждая из которых связывает одну молекулу кислорода, работают кооперативно, и поэтому связывание весьма чувствительно к концентрации кислорода. Связывание [c.39]

Сродство выделенных N-концевых доменов к трем участкам 0 соответствует сродству полного репрессора к каждому из этих участков по отдельности. Другими словами, удаление С-концевого домена никак не сказывается на способности репрессора различать эти три участка, но полностью лишает его кооперативности, которая наблюдается при связывании димеров с соседними участками. Энергия взаимодействия между димерами репрессора, связанными с ДНК, составляет примерно-2 ккал/моль. [c.108]

Можно было бы думать, что в результате мутации 0 1 увеличивается сродство репрессора к 0 3, однако на самом деле наблюдаемый эффект объясняется альтернативной попарной кооперативностью При связывании с 0 1 репрессор взаимодействует кооперативно с 0 2 и ОкЗ, поэтому 0 3 оказывается заполненным при такой концентрации репрессора, при которой он был еще свободен в составе оператора [c.112]

Благодаря кооперативности фактически увеличивается отношение эффективностей специфического и неспецифического связывания. Вероятность связывания двух молекул репрессора на соседних неспецифических участках пренебрежимо мала, поскольку таких участков очень много. В случае фага X два связанных с ДНК димера репрессора взаимодействуют слабо и ДНК-белковые комплексы легко диссоциируют. В других случаях между связанными с ДНК белками могут возникать более прочные связи, и в них может участвовать несколько разных белков. Такие взаимодействия обеспечат образование весьма стабильных комплексов даже при условии, что сродство изолированных белковых молекул к ДНК сходно со сродством А,-репрессора к его оператору. Один из примеров такого рода рассмотрен в приложении 3. [c.140]

Представим себе два операторных участка, один из которых обладает меньшим сродством к репрессору, чем другой (например, OrI и Or2), и разделенных пятью или шестью витками спирали (имеется в виду расстояние между центрами операторных участков). Репрессор кооперативно связывается с этими участками-точно так же, как и в случае, когда они находятся на обычном расстоянии в два витка. Другими словами, сродство к участку слабого связывания увеличивается, если в составе той же ДНК имеется участок сильного связывания. Как и в случае, когда участки сближены, выделенные N-концевые домены связываются некооперативно. [c.147]

Внимательное рассмотрение кривых на рис 4 21 позволяет видеть результат кооперативного связывания репрессора с соседними участками Например, хотя связывание репрессора только с Оц2 активирует и подавляет Р , для такой акшвации и репрессии в случае мутантных 0 1 и 0 3 требуется больше репрессора Объясняется это тем, что мутация сграняет вспомогательный кооперативный эффект репрессору приходится связываться с Оц2 без поддержки со стороны репрессора, связанного с 0 1 [c.111]

Исходное событие при установлении лизогении-это связывание репрессора с Ol 1 и Or 1. Связывание в первых сайтах будет быстро способствовать кооперативному связыванию другого димера репрессора с операторами Ol2 и Or 2. Это выключит синтез белка Сго и включит синтез репрессора с использованием промотора Рм- [c.219]

Большинство генетических процессов зависит от взаимодействия между молекулами белков, которые одновременно связываются с близлежащими сайтами ДНК. В простейшем случае два сайт-специфических белка, участки связывания которых частично или полностью перекрываются, конкурируют друг с другом за место на спирали ДНК (рис. 9-15, А). Например, белок-репрессор может подавлять транскрипцию гена, блокируя связывание активирующего белка с ДНК. Однако белки могут и помогать друх другу более прочно удерживаться на ДНК. Такое кооперативное связывание может происходить как между двумя различными молекулами белка (рис, 9-15, Б), так и между двумя копиями молекул одного типа. В последнем случае белки, как правило, связываются по типу все или ничего и образуют на ДНК кластеры При повышении концентрации этих белков, их связывание с ДНК резко возрастает (рис. 9-15, В). В качестве примера кооперативно связывающихся белков такого типа можно привести спираль-дестабилизируюгций белок, белок гее А (гл. 5) и гистон Н1. [c.106]

В лизогенной бактерии, содержащей фаг X в состоянии профага, Х-репрессор связывается преимущественно с OrI, и при этом за счет кооперативных взаимодействий способствует связыванию другой димерной молекулы репрессора с участком Or2 (рис. 41.8). Из трех участков оператора наименьщим сродством к репрессору характеризуется участок Or3. Связывание репрессора с OrI приводит к двум основным эффектам. Во-первых, РНК-полимераза не может связаться с правонанравленным промотором, и, следовательно, сго-ген не экспрессируется. Во-вторых, как сказано выше, репрессорный димер, связавшись с 0 1, усиливает связывание другого ди- [c.115]

Несмотря на некоторые различия в деталях, следующие положения справедливы для всех трех фагов Правый оператор содержит три участка связывания репрессора, два из которых, OrI и Or2, заняты репрессором в состоянии лизогении В этом состоянии играют важную роль кооперативные взаимодействия между соседними димерами репрессора Мономеры репрессоров состоят из двух структурных доменов и находятся в равновесии с димерами, которые связываются с ДНК Димеры репрессора, занимающие участки OrI и Or2, выключают транскрипцию с Pr и включают транскрипцию с RM При индукции УФ-облучением репрессор расщепляется и тем самым инактивируется, после этого первым синтезируется белок Сго с промотора Pr Сго прежде всего связывается с Or3, чтобы выключить синтез репрессора, а затем-с OrI и Or2, чтобы снизить уровень транскрипции ранних генов литического цикла Тот факт, что все эти явления широко распространены, свидетельствует об их исключительной роли в механизме переключения [c.41]

ДИКОГО типа. Как и следовало ожидать, этот эксперименг показывает также, что при связывании репрессора с 0 2 и 0 3 происходит выключение Р . При этом требуется меньше репрессора, чем если интактным остается только 0 3, благодаря вспомогательному действию кооперативного связывания с Оя2 и 0,3. [c.113]

Рис 4 22 Альтернативная попарная кооперативность m vivo Эксперимент аналогичен представленному на рис 4 21, но здесь исследовано влияние на активность промоторов Р и Pg Up 1 связывания репрессора с 0 2 и О З [c.113]

Доля времени, в течение которого оператор бывает связан с репрессором, определяется двумя факторами сродством репрессора к оператору и концентрацией репрессора, доступного для взаимодействия с оператором. При данном уровне сродства чем выше концентрация репрессора, тем выше степень заполнения оператора. Количество свободного репрессора в клетке может значительно уменьшаться за счет его взаимодействия с неоператорными участками. Один из способов увеличения эффективности специфического связывания репрессора состоит в том, чтобы вместо одного операторного участка использовать два или более участков, с которыми репрессор связывается кооперативно. [c.134]

Эксперименты с А-репрессором позволяют предположить, что димеры связываются кооперативно с двумя удаленными друг от друга участками, ДНК изгибается и С-концевые домены сближаются (рис. А.З). Картина нуклеазного расщепления ДНК между двумя участками при связывании репрессоров указывает, что молекула приобретает плавный изгиб. Репрессоры не могут взаимодействовать, если они расположены на противоположных сторонах спирали, например разделены 4,5 или 5,5 витками. По нашему мнению, это связано с тем, что энергия, необходимая для изгибания ДНК до соприкосновения димеров, в этом случае слишком велика. [c.147]

В лизогенной бактерии, содержащей фаг 1 в состоянии профага, )t-penpe op связывается преимущественно с OrI, и при этом за счет кооперативных взаимодействий способствует связыванию другой димерной молекулы репрессора с участком 0 2 (рис. [c.115]

Во-вторых, димеры кооперативно связываются с соседними участками оператора. Основное проявление этой кооперативности состоит в том, что димер репрессора, находятцийся на OrI, способствует связыванию другого димера с 0 2. [c.38]

Весьма показательно рассмотреть гипотетический переключатель генов, лишенный кооперативности. Например, если бы Or содержал лишь один участок связывания, 0 2, то система могла бы работать, но регуляция была бы грубой. Ведь если этот участок связывал бы димер репрессора настолько прочно, чтобы обеспечить 1000-кратную репрессию при лизогении, то индукция происходила бы с низкой эффективностью. Для запуска литического цикла пришлось бы инактивировать более 99% молекул репрессора, а это очень трудно осуществить. [c.39]

Таким образом, свойства Х,-репрессора дают ответ на вопрос, интересующий исследователей в области onojrarnn развития каким образом сравнительно небольшое изменение концентрации регуляторного белка способно надежно переключать экспрессию генов Кооперативность во взаимодействии мономеров репрессора, т. е. связывание димера с каждым участком, а также кооперативное взаимодействие между димерами на ДНК многократно усиливают действие уменьшения концентрации мономеров репрессора. Кроме того, тот факт, что репрессор стимулирует транскрипцию своего соб-ствешюго гена, осуществляя позитивную регуляцию, означает, что при падении концентрации репрессора эффективность синтеза его новых молекул также понизится. После того как концентрация репрессора упадет до критического уровня, первые молекулы новообразованного белка Сго окончательно подавят синтез репрессора и начнется литический цикл. [c.39]

Рис 4 18 Сродство участков оператора к интактному репрессору Числа указывают относительное количество димера репрессора, необходимое для защиты соответствующего участка до уровня, составляющего половину от максимального в экспериментах по ДНКазному футпринтингу Таким образом, эти числа пропорциональны константам диссоциации. Сродство соседствующих и искусственно разделенных сайтов различно (кооперативное и некооперативное связывание соответственно). Если вместо интактного репрессора использовать N-концевой домен, никакой разницы между кооперативным и некооперативным связыванием не наблюдается, [c.107]

Конаентрация репрессора, М Рис А I Чтобы заполнить одиночные операторные участки на 99% необходимо в 30 раз больше репрессора, чем для заполнения двойного оператора, с которым репрессор связывается кооперативно Ести продолжить приведенные кривые, то мы увидим что для заполнения на 99,9% потребуется уже в 100 раз ботьше репрессора При построении кривых предполагалось, что сродство репрессора к каждому операторному участку при независимом связывании состав тяет — 10 ккал/моль и энергия взаимодействия между двумя связанными репрессорами в случае оператора, состоящего из двух участков, достигает — 2 ккат/моль Ести же представить себе систему из двух участков связывания, в которой энергия взаимодействия составляет — 5 ккал/ моль то по сравнению с первой системой количество репрессора, необходимое для заполнения 99 и 99,9% участков, будет еще в 40 и 100 раз ниже соответственно Модель с двумя участками, использованная в данном случае, примерно соответствует заполнению операторных участков 0 2 и Or3 фага X (в отсутствие функционального OrI), а модель с одним участком заполнению одиночного участка Or3 (Кривая дтя модели с двумя участками построена для случая заполнения одного из них, но, поскольку участки заполняются практически одновременно, эго мало влияет на форму кривой ) Кривые были построены С Джонсоном (см работу A kers et al, 1982) [c.139]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология