РНК-полимеразы комплексы с промоторами ДНК

Закрытый комплекс может обратимо превращаться в открытый комплекс, в котором РНК-полимераза расплетает примерно один виток двойной спирали ДНК в районе стартовой точки — нуклеотида, с которого начинается комплементарное копирование матрицы. В открытом комплексе связь РНК-полимеразы с промотором становится значительно более прочной, чем в закрытом. [c.138]

Простейший механизм репрессии заключается в стерическом блокировании репрессором присоединения РНК-полимеразы к промотору. Такой механизм имеет место в тех промоторах, в которых участок связывания репрессора перекрывается с участком связывания РНК-полимеразы. Простейший механизм активации заключается в том. что белок-активатор присоединяется к промотору рядом с РНК-полимеразой и за счет непосредственного контакта с ней облегчает образование открытого промоторного комплекса. Дискуссионными являются механизмы действия тех белков-регуляторов, которые присоединяются к ДНК на значительном расстоянии от РНК поли-меразы. Ниже рассмотрено несколько наиболее хорошо изученных примеров, иллюстрирующих различные принципы регуляции промоторов. [c.144]

Оказавшись на промоторе, РНК-полимераза образует с ним так называемый закрытый промоторный комплекс, в котором ДНК сохраняет двуспиральную структуру, В закрытом комплексе РНК-полимераза еще не способна к синтезу РНК. Этот комплекс нестабилен и легко диссоциирует при повышении ионной силы. [c.138]

Область промотора расположена между 2-геном и оператором и выполняет две функции. Остатки с 53 по 84 образуют участок связывания комплекса, образуемого белком катаболитным активатором гена (САР) и цикло-АМР. Когда бактерия испытывает недостаток в продуктах метаболизма, образующихся из глюкозы, уровень содержания цикло-АМР повышается. В результате этого уровень связывания комплекса цикло-АМР-САР с областью промотора возрастает и неизвестным образом облегчается связывание РНК полимеразы с соседней областью (см. рис. 22.5.1). Таким образом, положительный контроль проявляет свое влияние путем увеличения частоты, с которой РНК-полимераза запирает область промотора, когда бактерия становится голодна [c.204]

Особенности этих типов связывания указывают на то, что РНК-полимераза может находить промоторы методом проб и ошибок, как это показано на рис. 10.2. Любой не работающий в данный момент в клетке минимальный фермент скорее всего существует в форме закрытых слабых комплексов, поскольку образование таких комплексов происходит быстро, а распад-медленно. (К сожалению, точно не известно, какая часть молекул свободных РНК-полимераз клетки существует в форме минимального фермента и какая представлена голоферментом.) Голо( рмент очень быстро ассоциирует со слабыми участками связывания и также быстро отделяется от них. Таким образом, продвигаясь вдоль молекулы ДНК, голофермент образует и разрушает ряд закрытых комплексов до тех пор, пока в процессе поиска (случайно) не натолкнется на промотор. Тогда в результате узнавания специфической последовательности он может прочно связаться с ДНК в нужном участке и образовать открытый комплекс. [c.134]

Для понимания механизмов взаимодействия РНК-полимеразы с промоторами и с белками регуляторами важно знать пространственную структуру их комплексов с ДНК. К сожалению, в настоящее время почти ничего не известно о деталя.ч пространственной структуры РНК-полимеразы и. s частности, о структуре.ее участков, азаимодействуюши с ДНК. Приблизительное [c.142]

Для эффективной экспрессии генов необходимо не только, чтобы репрессор был инактивирован индуктором, но также реализовался и специфич. положит, сигнал включения, к-рый опосредуется Р. б., работающими в паре с циклич. аденозинмонофосфатом (цАМФ). Последний связывается со специфическими Р. б. (т.наз. САР-белок-активатор ката-болитных генов, или белковый активатор катаболизма-БАК). Это димер с мол. м. 45 тыс. После связывания с цАМФ он приобретает способность присоединяться к специфич. участкам на ДНК, резко увеличивая эффективность транскрипции генов соответствующего оперона. При этом САР не влияет на скорость роста цепи мРНК, а контролирует стадию инициации транскрипции-присоединение РНК-полимеразы к промотору. В противоположность реп-рессору САР (в комплексе с цАМФ) облегчает связывание РНК-полимеразы с ДНК и делает акты инициации транс-кр1шции более частыми. Участок присоединения САР к ДНК примыкает непосредственно к промотору со стороны, противоположной той, где локализован оператор. [c.218]

Позитивную регуляцщо (напр., 1ас-оперона E. oli) можно описать упрощенной схемой при понижении концентрации глюкозы (осн. источника углерода) увеличивается концентрация цАМФ, к-рый связывается с САР, а образовавшийся комплекс-с 1ас-промотором. В результате стимулируется связывание РНК-полимеразы с промотором и возрастает скорость транскрипции генов, к-рые кодируют ферменты, позволяющие клетке переключаться на использование др. источника углерода-лактозы. Существуют и др. специальные Р. б. (напр., белок С), функционирование к-рых описывается более сложной схемой они контролируют узкий спектр генов и могут выступать в роли как репрессоров, так и активаторов. [c.218]

У бактерий молекула РНК-поли.меразы состоит из двух ко.мпонен-тов минимальной РНК-поли.меразы, или кор -фер.мента (от англ. ore — сердцевина), содержащего все каталитические центры, участвующие в синтезе РНК, и а-субъединицы, необходимой для правильного присоединения фермента к промотору и отделяющейся от РНК-полимеразы после начала синтеза РНК. Мини.мальная РНК-полимераза состоит из четырех субъединиц двух идентичных а-субъ-единиц и неидентичных - и -субъединиц. В - и -субъединицах имеется по одному ато.му Zn. У Е. oli а-субъединица состоит из 329 аминокислотных остатков (уИ .=36,51 кД), — из 1342 (150,62 кДа), a — из 1407 (155,16 кДа). Размеры этих субъединиц у других бактерий примерно такие же. Сильно вытянутые - и -субъединицы имеют длину около 24,0 нм (что соответствует 70 п. н. в ДНК) и ширину примерно 40 нм. Эти субъединицы контактируют с ДНК в комплексе РНК-полимеразы с промотором и несут в себе каталитические центры. [c.135]

Как это осуществляется Изучение механизма катаболитной репрессии обнаружило, что этот тип регуляции тесно связан с внутриклеточным уровнем циклического АМФ (цАМФ), который в этом процессе функционирует в качестве эффектора. Он образует комплекс с аллостерическим белком — катаболитным активатором, не активным в свободном состоянии. Этот комплекс, присоединившись к определенному участку на промоторе, обеспечивает возможность связывания РНК-полимеразы с промотором и инициацию транскрипции. Количество образующегося комплекса определяется концентрацией цАМФ, которая уменьшается при увеличении содержания глюкозы в среде. Таким образом, глюкоза вызывает изменение внутриклеточной концентрации цАМФ. Это соединение обнаружено в клетках всех прокариот. Его единственная функция — регуляторная. Циклический АМФ образуется из АТФ в реакции, катализируемой аденилатциклазой, связанной с ЦПМ [c.122]

Почти с самого начала изучения триптофанового оперона было известно, что помимо комплекса промотор— оператор в регуляции участвует еще и другой сайт. Его существование впервые было обнаружено в результате наблюдений, показавших, что делетирование последовательности, расположенной между оператором и кодирующей областью trpE, приводит к повышенной экспрессии структурных генов. Этот эффект не зависит от репрессии возрастают как базальный, так и дерепрессированный уровни транскрипции. Следовательно, происходящие при этом события совершаются после того, как РНК-полимераза покинула промотор (независимо от условий, существующих в момент инициирования транскрипции). [c.191]

В представленных последовательностях промоторов Е. соН, наиболее часто используемых в генно-инженерных конструкциях для экспрессии в этих клетках, отмечены различия (выделены курсивом), которые оказывают влияние на эффективность использования промотора РНК-полимеразой ( силу промотора). В конечном счете, сила промотора определяется легкостью образования так называемого открытого комплекса между РНК-по-лимеразой и промотором, в котором происходит стабильное локальное расплетение цепей ДНК, что необходимо для инициации транскрипции. Естественно, легкость такой ферментативной денатурации ДНК зависит от первичной структуры окружающих этот участок последовательностей нуклеотидов. Консенсусная последо- [c.107]

Однако остается открытым вопрос, достаточно ли простого связывания РНК-полимеразы с промотором для локального расхождения цепей вблизи сайта инициации синтеза РНК или РНК-полимераза расплетает спираль в стартовом сайте. Независимо от механизма образование открытого промотор-ного комплекса позволяет РНК-полимеразе осуше-ствить спаривание первого и второго рибонуклеозид-трифосфатов с матричной цепью и катализировать образование первой фосфодиэфирной связи. [c.123]

Следующая стадия, инициация, требует наличия субстратов РНК-полимеразы, нуклеозидтрифосфатов и заключается в образовании первых нескольких звеньев цепи РНК- Первый нуклеотид входит в состав цепи, сохраняя свою трифосфатную группу, а последующие присоединяются к 3 -ОН-группе предыдущего с освобождением пиро юсфата. На стадии инициацни РНК-продукт связан с матрицей и РНК-полн.меразой непрочно и с высокой вероятностью может освобождаться из комплекса. В этом случае РНК-полимераза, не покидая промотора, снова инициирует РНК- Такой синтез ДИ-, три- и более длинных олигонуклеотидов называют абортивной инициацией в противоположность продуктивной (т.е. завершающейся образованием полноценного РНК-продукта) инициации. Когда РНК-продукт достигает критической длины (от 3 до 9 нуклеотидов на разных промоторах), абортивная инициация полностью прекращается, транскрибирующий комплекс стабилизируется и уже не распадается до тех пор, пока синтез. молекулы РНК не будет доведен до конца. Примерно в этот же мо.мент, который считается концом инициации и началом элонгации, ог РНК-полимеразы отделяется а-субъединица. [c.138]

Белки, осуществляющие негативную регуляиию, называются репрессорами.. Места их связывания на ДНК называются операторами. Способность многих репрессоров связываться со своими операторами зависит от низкомолекуляриых лигандов — эффекторов. Эффекторы, снижающие сродство репрессора к оператору, называются индукторами. В отсутствие индуктора репрессор связывается с оператором и мешает РНК-полимеразе начинать синтез РНК с промотора (промотор репрессирован). В комплексе с индуктором репрессор теряет способность связываться с оператором, в результате чего промотор активируется (индуцируется). Другие реп-рессоры, наоборот, могут связываться с оператором только в комплексе с эффектором (который в этом случае называется корепрес-сором). В присутствии корепрессора промотор неактивен (репрессирован), в отсутствие корепрессора активируется (дерепресси-руется). [c.142]

Исходный специфический комплекс полимераза — промотор называют закрытым комплексом, так как считается, что основания в цеп ДНК остаются все еще спаренными. Постулируется, что закрытый комплекс находится в равновесии с открытым комплексом, готовым к началу синтеза мРНК переход закрытого комплекса сопровождается значительными конформационными изменениями [39, 40]. В открытом комплексе водородные связи между комплементарными основаниями ДНК-матрицы уже разрушены и основания матрицы доступны для спаривания с поступающими рибонуклеозидтрифосфатами. [c.207]

Еще раз вернувшись к рис. 15-4, Л, обратим внимание на последовательность GAAATGTGAAAT (в нижней цепи). В этой последовательности нет участков с локальной симметрией, однако есть дважды повторяющийся пентамер GAAAT. Находясь в центре гипотетичного участка связывания с полимеразой, он может играть роль распознающей области промотора. Асимметричность строения может быть нужна для связывания белка, функция которого состоит в продвижении в определенном направлении. Кроме того, этот участок обогащен АТ-парами, и, следовательно, спираль раскрывается в этом месте легче, чем в участках, богатых G -парами (гл. 2, разд. Г, 6). Таким образом, местом присоединения РНК-полимеразы в процессе образования открытого комплекса может служить именно этот участок [39]. [c.207]

Связывание РНК-по]шмеразы с промотором включает по крайней мере два этапа. На первом РНК-полимераза образует с промотором закрытый комплекс, в к-ром ДНК сохраняет двухспиральную структуру, а РНК-полимераза еще не способна начать синтез РНК. На втором закрытый комплекс превращается в открытый, в к-ром РНК-полиме-раза расплетает примерно один виток двойной спирали ДНК в районе стартовой точки-нуклеотида, с к-рого начинается комплементарное когшрование матрицы. [c.619]

При наличии субстратов РНК-полимераза в открытом комплексе осуществляет иншдиацию. Первый нуклеотид (обычно это аденозин- или гуанозинтрифосфат) входит в состав цепи целиком, а последующие присоединяются к группе З -ОН предыдущего нуклеотида с образованием фосфодиэфирной связи и освобождением пирофосфата (см. Нуклеиновые кис.юты). На стадии инициации образующаяся РНК связана с матрицей и ферментом непрочно и может отделиться от комплекса. В этом случае РНК-полимераза, не покидая промотора, снова инициирует РНК (такой синтез коротких рибонуклеотидов наз. абортивным). Стадия ини- [c.619]

Установлено, что катаболитная репрессия опосредуется действием специального белка-активатора катаболитных генов (БАК). Об отсутствии глюкозы в среде срппализйрует цАМФ. Лишь при дефиците глюкозы формируется комплекс цАМФ и ВАК, абсолютно необходимый для связывания РНК-полимеразы с зоной промотора и начала транскрипции генов. В присутствга глюкозы концентрация цАМФ недостаточна для образования комплекса. Уровень цАМФ в клетке является функцией активности адени-латциклазы, синтез которой подавляется в присутствии глюкозы [c.38]

Регулируемые терминаторы бактерий называют аттенюаторами (ослабителями). Впервые обнаружен и лучше других изучен аттенюатор триптофанового оперона Е. соИ. Этот оперон состоит из пяти генов, кодирующих ферменты биосинтеза триптофана. Регуляцию осуществляют две системы, чувствующие потребность клетки в триптофане. Первая система влияет на эффективность инициации на промоторе оперона. Репрессор триптофанового оперона в комплексе с триптофаном присоединяется к оператору, расположенному перед стартовой точкой транскрипции в районе —10 , и стерически препятствует РНК-полимеразе присоединяться к промотору. Таким образом, при избытке триптофана оперон репрессирован. В отсутствие триптофана репрессор теряет способность связываться с оператором, в результате чего оперон индуцируется. Эту систему дополняет регуляция в аттенюаторе, расгГоложенном на расстоянии 180 п. н. от стартовой точки транскрипции внутри <оидерной последовательности, предшествующей инициирующе.му кодону первого структурного гена. В условиях избытка триптофана лишь одна из десяти молекул РНК-полимеразы, начавших синтез РНК на триптофановом промоторе, преодолевает этот терминатор и переходит в область структурных генов. При уменьшении количества триптофана доля молекул РНК-полимеразы, преодолевающих аттенюатор, возрастает. [c.158]

РНК-полимераза Е. oli изучена наиболее подробно. Это олигомерный фермент, состоящий из двух одинаковых а-субъединиц (мол. масса 36000), двух разных ( j и Р,)-субъединиц (мол. масса соответственно 151000 и 155000), (D-субъединицы (мол. масса 11000) и а-субъединицы общая мол. масса фермента около 390000. Считают, что функция а-субъединицы (а-фактор)—узнавание определенного участка на матрице ДНК, названного промотором, к которому присоединяется РНК-полимераза. В результате образуется так называемый открытый комплекс фермента с ДНК двухцепочечная структура ДНК раскрывается ( плавится ). Далее на одной из нитей ДНК, как на матрице, синтезируется мРНК синтез заканчивается в определенной точке в конце гена или прерывается под действием особых белков. Другим субъединицам фермента приписывают функцию инициации биосинтеза РНК (а-субъединицам) и основную каталитическую функцию (связывание субстратов и элонгация синтеза) — -субъединицам. Кроме того, открыт ряд белков, принимающих участие в механизме синтеза РНК в клетке. В частности, исследуется природа репрессорных белков и белка-терминатора (р-фактора). Последний обладает способностью обратимо связываться с терминирующими участками ДНК (так называемые стоп-сигналы транскрипции), выключая действие РНК-иолимеразы. При отсутствии этого белка образуются исключительно длинные цепи РНК. [c.489]

При появлении в среде лактозы или другого индуктора последний связывается с репрессором, образуя прочный комплекс. В результате репрессор отделяется от ДНК, освобождая промотор для взаимодействия с РНК-полимеразой. Однако в случае 1ас-оперона удаление репрессора оказывается недостаточным для того, чтобы началась эффективная транскрипция. В системе участвует еще одии регуляторный элемент, который активирует транскрипцию. Активация происходит за счет взаимодействия комплекса цикло-АМР-свя-зывающего белка САР (от англ. atabolite a tivator protein) и 3 , 5 -цикло-АМР с участком ДНК, также примыкающим к промотору, но со стороны, противоположной оператору (рис. 236, й). Такой тип регуляции называется позитивным. [c.415]

Рис. 29-27. А. Регуляторные участки ia -onepo-на. САР-участок промотора способен связывать САР лишь в том случае, если он находится в комплексе с сАМР, РНК-полимераза мо,-жет попасть в участок первоначального связывания только при условии, если САР-участок занят. Репрессор взаимодействует с оператором лишь в отсутствие индуктора. Б. Три структурных гена Z, у и а ас-оперона транскрибируются при условии, что в среде нет глюкозы, а присутствует лактоза. В этом случае оператор свободен от репрессора и комплекс САР-сАМР соединяется с промотором, позволяя РНК-полимеразе попасть в участок первоначального связывания, спуститься к инициирующему кодону и начать транскрибировать три структурных гена. В. Если глюкозы в среде много, то сАМР не образуется и САР поэтому не в состоянии связаться с промотором. В этих условиях РНК-полимераза не может получить доступ к промотору и /ос-гены не транскрибируются.

Рис. 29-28. Структура промотор-операторной области /вс-оперона Е. oli. Показана нуклеотидная последовательность обеих цепей ДНК, начиная с последних 15 оснований регуляторного (i) гена и кончая первыми девятью основаниями гена г. Видно, что промотор перекрывает оператор. Участок связывания комплекса САР-сАМР состоит приблизительно из 38 оснований, а участок первоначального связывания РНК-полимеразы-приблизительно из 40 оснований. Участок связывания /ас-репрессора в операторе содержит около 28 пар оснований и характеризуется симметрией второго порядка.

Продукты транскрипции представляют собой дискретные молекулы, имеющие предопределенные 5 -и З -концы. Из этого следует, что инициирование и терминирование транскрипции должны происходить в определенных сайтах ДНК. Инициация предполагает образование комплекса между РНК-полимеразой и ДНК в участке, расположенном вблизи нуклеотида, с которого начинается транскрипция. Последовательность ДНК, необходимая для образования этого комплекса, называется промотором. Промотор может включать в себя как последовательности, непосредственно связывающиеся с инициирующим комплексом, так и те, которые прилегают к этому участку. (Распознавание этих последовательностей необходимо для инициации, но они не являются частью стабильного сайта связывания.) То место, с которого начинается включение первого нуклеотида в синтезирующийся транскрипт, называется стартовой точкой. [c.132]

Поскольку РНК-полимеразе необходимо нарушить структуру ДНК, образование открытых комплексов и транскрипция быстрее протекают на отрицательно су-перспирализованной кольцевой ДНК, чем на линейной. То напряжение, которое возникает в двойной спирали в результате суперспирализации, облегчает расплетание двух цепей. Это может иметь важное значение для инициирования транскрипции по крайней мере на некоторых промоторах (гл. 11). Поскольку образование промоторов предполагает разделение цепей ДНК, то открытый комплекс между голоферментом и ДНК менее стабилен в условиях низкой температуры и высокой ионной силы, тог- [c.134]

Смотреть страницы где упоминается термин РНК-полимеразы комплексы с промоторами ДНК: [c.135] [c.139] [c.139] [c.188] [c.123] [c.365] [c.366] [c.38] [c.158] [c.162] [c.251] [c.205] [c.162] [c.251] [c.79] [c.429] [c.458] [c.472] [c.959]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология