Взаимодействия молекул репрессора

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]

Три операторных участка Ор,, 0( о, О , несколько отличаются по нуклеотидной последовательности. Отличается и сродство репрессора к этим участкам. Однако картина распределения молекул репрессора на трех операторных участках зависит не только от относительного сродства репрессора к. каждому из этих участков, взятых по отдельности, но и от взаимодействия между димерами репрессора, присоединившимися к соседни.м участка.м. Наибольшим [c.146]

Описанный выше двойной механизм индукции и репрессии делает возможным взаимодействие между цитоплазмой и ядром для обеспечения тонкой регуляции метаболизма клетки. В случае какого-либо простого метаболического пути исходный субстрат и конечный продукт могут играть роль соответственно индуктора и репрессора. Благодаря этому клетка может синтезировать фермент в таком количестве, которое необходимо в данное время для поддержания количества конечного продукта на нужном уровне. Такой способ регуляции метаболизма чрезвычайно экономичен. Отрицательная обратная связь, осуществляемая путем инактивации первого фермента в результате его связывания с конечным продуктом, быстро блокирует данный метаболический путь, но не препятствует синтезу других ферментов. В модели, предложенной Жакобом и Моно, конечный продукт, присоединяясь к молекуле ре- [c.179]

Две цепи, показанные на рис. 1.6 и называемые мономерами, ассоциируют с образованием димеров (рис. 1.7). Димер формируется главным образом за счет контактов между карбокси-концевыми доменами амино-концевые домены вносят лишь небольшой вклад в это взаимодействие. В лизогенной клетке примерно 95% молекул репрессора ассоциированы в димеры (рис. 1.8). [c.27]

Рис. 1.16 показывает также, что при повышении концентрации репрессора заполняются не только 0 1 и Од2, но и 0 3. Как было сказано выше, в результате связывания репрессора с 0 3 промотор Рдм выключается. Участок 0 3 связывает репрессор слабее, чем Of 2, хотя собственное сродство этих двух участков к репрессору примерно одинаково и приблизительно в 10 раз ниже, чем участка 0 1. Связывание репрессора с 0 2 облегчается благодаря взаимодействию с другой молекулой репрессора, сидящей на О,, 1, тогда как с Од 3 репрессор связывается независимо. [c.31]

Рис 1 18 Взаимодействие между молекулами репрессора, связанными с участками Og2 и OgЗ Если 0 1 несет мутацию, исключающую связывание с ним репрессора, то репрессор, находящийся на 0 2, может свободно взаимодействовать с другой молекулой репрессора, связанной с 0 3 Это взаимодействие увеличивает сродство репрессора к Og2 и 0 3 примерно в 5 раз по сравнению с его сродством к этим участкам по отдельности. [c.33]

Если мы правильно описали взаимодействие димеров репрессора на участках 0 1 и 0 2, то можно предположить, что в отсутствие репрессора на участке 0 1 репрессор на 0 2 наклонится влево и будет взаимодействовать с молекулой репрессора на 0 3. Действительно, если участок 0 1 изменен или делетирован, так что с ним не может связаться репрессор, то димеры на 0 2 и 0 3 взаимодействуют между собой. В этом случае димеры репрессора заполняют участки Or2 и 0 3 одновременно, как показано на рис. 1.18. [c.33]

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]

Как уже говорилось в гл. 1, 1-репрессор связывается с матрицей кооперативно. Если бы Х-оператор состоял только из участка 0 1 или 0 2, концентрация репрессора, характерная для лизогенных клеток, обеспечивала бы заполнение этих двух участков лишь на 90 и на 10% соответственно. Однако взаимодействие между соседними связанными молекулами репрессора, энергия которого достигает по оценкам —2 ккал/моль, повышает уровень заполнения 0 1 и 0 2 в лизогенных клетках до величины более 99%. [c.140]

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]

На первый взгляд кажется, что в такой массе мутантов и фенотипов невозможно разобраться. Однако большинство схем, объясняющих экспрессию генов, было получено именно на основании подобных генетических данных. (Лишь потом предсказанные взаимодействия молекул проверяли биохимическими методами и уточняли все подробности.) Среди генетических данных, приведенных в табл. 10-3, имеются три важные подсказки, помогающие построить всю схему регуляции. В том, что касается типа спаривания М, обнаружено следующее. У мутантов М1 происходит экспрессия как М-специфических, так и Р-специфических генов. Это позволяет предположить, что продукт гена М1 может быть репрессором Р-специфических генов. В клетках, принадлежащих к типу спаривания F, при мутации [c.417]

По Моно и Жакобу, репрессор — аллостерический белок. Его молекула имеет два специфических участка один из них соединяется с метаболитом и находится с ним в типично кодовых отношениях, а другой настроен на оператор, причем связывание того или иного метаболита может усилить или ослабить взаимодействие с оператором, вызывая эффекты репрессии или, наоборот, индукции. Таким путем разнообразные кодовые воздействия метаболита на репрессор выражаются включением или торможением сложной биохимической машины. Индукторы чаще включают катаболические (т. е. разлагающие) системы, а репрессоры регулируют анаболические (т. е. синтезирующие) механизмы. [c.190]

Два оператора имеется в галактозном опероне. Один из них располагается в районе —60 п. н. промотора, другой — в районе -г55 (рис. 92). Показано, что связывание репрессора с операторами ие мешает связыванию БАК и РНК-полимеразы с промотором. Поскольку для эффективной репрессии нужны оба оператора, пред-лолагается, что молекулы репрессора, расположенные на операторах, взаимодействуют друг с другом, образуя петлю ДНК- Такая конформация каким-то образом мешает инициации транскрипции. [c.151]

Стедует отметить, что кооперативность взаимодействия репрессоров с операторными участками может проявляться и в том случае, если сконструировать молекулы ДНК, в которых операторные участки удалены друг от друга. Предполагается, что и в этом случае две молекулы репрессора непосредственно контактируют между собой своими С-концевыми доменами, в результате чего ДНК образует петлю. Такие петли легко образуются, когда операторы разделены целым числом витков спирали. В этом случае молекулы репрессора располагаются по одной стороне ДНК, так что для образования петли ДНК нужно только изогнуть (рис. 89). Если расстояние между операторами составляет 2,5 или 3,5 витка спирали, образование петли затруднено, так как молекулы репрессора оказываются на разных сторонах ДНК. Поэтому для образования петли ДНК нужно не только изогнуть, но и закрутить или раскрутить на 180°. Энергия, затрачиваемая на это, весьма ощ тима. [c.147]

Какова природа вещества (апорепрессора), синтез которого контролируется геном I Недавние эксперименты показали, что Ьас-репрессор представляет собой белок, способный специфически взаимодействовать с Ьас-онераторным участком в ДНК. Функция репрессора заключается в блокировании транскрипции. Удаление ренрессора (обычно в результате взаимодействия с индуктором) инициирует транскрипцию. Участок, служащий началом координированного синтеза т-РНК, расположен рядом с операторным участком и носит название промотора (р) В результате мутации гена I образуются мутантные репрессоры различных типов I"-штаммы либо вообще не синтезируют ас-ренрессора, либо синтезируют дефектный репрессор, не способный блокировать транскрипцию ас-оперона 1 -штаммы синтезируют молекулы репрессора, не способные эффективно взаимодействовать с индуктором, вследствие чего в этих клетках Ьас-оперон выключен всегда — как в отсутствие индуктора, так и в его присутствии наконец, [ -штаммы синтезируют репрессор, которому для соединения с оператором необходим индуктор. У этих штаммов ферменты -оперона синтезируются в отсутствие индуктора, а введение индуктора в среду ингибирует их синтез. [c.537]

Первый пример относится к хорошо изученному явлению синтеза в микробной клетке фермента — га-лактозидазы, который расщепляет лактозу (молочный сахар), поглощаемую клеткой из окружающей среды. Когда в среде, окружающей клетку, нет лактозы, тогда клетке фермент галактозидаза пе нун ен, и репрессор, вырабатываемый цистроном-регулятором, взаимодействует с цистроном-оператором, запирая его, В результате этого структурные цистроны не вырабатывают информационной РНК, которая является матрицей для синтеза белка-фермента галактозидазы и последняя благодаря этому не синтезируется клеткой. Но как только в окружающей среде появляется лактоза, ее молекулы, проникая в клетку, взаимодействуют с репрессором и таким путем связывают, инактивируют его. Цистрон-оператор, освобождаясь от репрессора, способствует структурным цистронам синтезировать информационную РНК, и в рибосомах начинается синтез фермента галактозидазы. При этом цистрон-регулятор продолжает работать, образуя все новые п новые порции репрессора. Однако он весь связывается лактозой, и пока лактоза присутствует в среде, синтез галактозидазы происходит непрерывно. Когда в среде запасы лактозы исчерпываются (и, следовательно, необходимость в галактозидазе исчезает), репрессор освобождается и сейчас же связывается с цистроном-оператором, благодаря чему структурные цистроны пере- [c.93]

Свойства репрессоров. Репрессор — это аллостериче-ский белок. Репрессоры могут быть неактивными и могут активироваться путем взаимодействия с соответствующим корепрессором, принимая конформацию, позволяющую осуществляться реакции с оператором,— репрессия фермента. Репрессоры могут образовываться и в активной форме. Тогда действие соответствующего индуктора заключается в таком изменении молекул репрессора, при котором разрушается их связь с оператором,— индукция фермента. Г ены ферментов, синтез которых не зависит от регуляции (конститутивные ферменты), вообще не имеют репрессора, или же он биологически неактивен. Выделенные до настоящего времени репрессоры (из бактерий) представляют собой кислые белки с молекулярной массой в пределах 30 ООО... 150 ООО. В клетке одновременно присутствуют приблизительно 5—10 молекул репрессора. Репрессоры связываются только с двухцепочечной спиралью ДНК, но не с одноцепочечной, денатурированной ДНК. До сйх пор до конца не выяснен механизм распознавания репрессором соответствующего оператора. [c.388]

Как влияют малые молекулы индуктора на такого рода взаимодействие Белок-репрессор имеет очень высокое сродство к оператору. В отсутствие индуктора он связывается с ним таким образом, что прилегающие структурные гены не могут быть транскрибированы. Однако индуктор способен присоединяться к репрессору, образуя комплекс репрессор индуктор, который более не связывается с оператором. Основной характер такого взаимодействия определяется наличием в белке-репрессо-ре двух участков связывания, один из которых предназначен для индуктора, а другой-для оператора. При связывании индуктора с определенным участком конформация белка изменяется, что оказывает влияние на активность другого участка. Такой тип взаимоотношений получил название аллостерический контроль. В результате при добавлении индуктора репрессор превращается в форму, которая отделяется от оператора. Затем РНК-полимераза может инициировать транскрипцию структурных генов. [c.178]

Подводя итоги, можно отметить, что для регуляции экспрессии la -оперона используются два типа контролирующих факторов, каждый из которых в свою очередь находится под влиянием условий среды. Взаимодействие репрессор—оператор можно назвать регуляцией по принципу все или ничего . В клетке присутствует всего лищь около 10 молекул репрессора, которые быстро инактивируются даже при низких концентрациях индуктора-производного лактозы. Система взаимодействия комплекса САР—сАМР с соответствующим центром связывания дает возможность более плавно регулировать частоту инициации транскрипции. При низкой концентрации сАМР эта частота невелика, поскольку большинство молекул белка-активатора САР неактивны. При повыщенном уровне сАМР значительная доля белка существует в форме комплекса САР—сАМР, заметно повышающего частоту инициации транскрипции генов оперона. [c.183]

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]

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]

В последнее время удалось выделить жъ Е. oli и очистить белок-репрессор р-галактозидазы. В настоящее время интенсивно изучается механизм взаимодействия белка-репрессора с ДПК (с геном 0 и с молекулами индуктора. Эти исследования особенно важны потому, что речь идет о первом изолированном белке-ре-прессоре и, несомненно, о прототипе многих подобных схем регуляции генов, по крайней мере у микроорганизмов. [c.52]

В индуцируемом опероне ген-регулятор кодирует активный реп-рессор (около 10 молекул на клетку), который блокирует транскрипцию, взаимодействуя с операторным участком ДНК и препятствуя продвижению №КП. Индуктор, представляющий собой исходный субстрат данного метаболического пути или близкое к нему соединение (например, аллолактоза в случае /ас-оперона), способен взаимодействовать с репрессором и инактивировать его, освобождая таким образом операторный участок ДНК. В результате РНКП начинает транскрипцию данного оперона. Эти события отражены в схеме (рис. 28а). [c.74]

Почему репрессор, сидяпщй на 0 2, помогает полимеразе связаться с но не помогает другой молекуле репрессора связаться с 0 3 Ответ на этот вопрос дает рис. 1.16 и более подробно-рис. 1.17. Во взаимодействии соседних димеров репрессора друг с другом участвуют карбокси-концевые домены. Когда димер репрессора, сидяпщй на участке 0 2, взаимодействует с другим димером на 0 1, он уже не способен взаимодействовать с димером на 0 3. [c.31]

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]

Идея его состояла в том, чтобы заменить аминокислотные остатки, расположенные на наружной стороне узнающей спирали репрессора 434, остатками, которые занимают аналогичные положения в другом репрессоре - фага Р22, инфицирующего Salmonella. При этом аминокислотные остатки на внутренней стороне спирали оставались прежними. Что считают наружной, а что внутренней сторонами узнающей спирали, разъяснено в гл. 2. Мы надеялись, что гибридная цепочка аминокислот образует а-спиральный участок, который займет нормальное положение относительно остальной части молекулы репрессора 434 и будет взаимодействовать с оператором фага Р22, но не фага 434. Обычные репрессоры фагов Р22 и 434 не обладают никаким сродством к чужим операторам ни in vitro, ни in vivo. Операторный участок Р22 имеет длину 22 пары оснований последовательность участка Or 1 фага Р22 представлена вместе с последовательностью оператора 434 на рис. 4.25. [c.120]

Примером является модель управления синтезом фермента, предложенная Гудвином [12 1. В этой схеме регулирующий ген производит мРНК, взаимодействующую с рибосомами с образованием молекул фермента, которые катализируют некоторую реакцию. Одним из продуктов этой реакции является репрессор (понятие ре-прессора см. в [13 ]), поступающий назад к регулирующему гену и подавляющий его кинетическую активность (см. также [14 ]). — Прим. перев. [c.352]

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]

Для включения и выключения разных оперонов в ходе эволюции сформировалось множество регуляторных систем. Например, с операторной областью может быть связан регуляторный белок, называемый репрессором он мешает перемещению РНК-полимеразы вдоль молекулы ДНК, и транскрипция блокируется (рис. 3.20), Однако если с репрессором свяжется некое низкомолекулярное вещество (эффектор), то его конформация изменится таким образом, что его связывание с операторной областью станет невозможным, и транскрипция возобновится. Обычно эффектор разрушается клеточными ферментами. Когда его концентрация снижается, репрессор связывается с операторным участком, и транскрипция вновь прекращается. Операторный участок специфичен для каждого оперона, а эффектор взаимодействует только с определеннь репрессором. [c.42]

Механизм репрессии конечным продуктом на уровне транскрипции стал проясняться с 50-х гг. XX в. Большой вклад в это внесли работы Ф. Жакоба и Ж. Моно. Было показано, что наряду со структурными генами, кодирующими синтез ферментов, в бактериальном геноме существуют специальные регуляторные гены. Один из них — ген-регулятор (ген К), функция которого заключается в регуляции процесса транскрипции структурного гена (или генов). Ген-регулятор кодирует синтез специфического аллосте-рического белка-репрессора, имеющего два центра связывания один узнает определенную последовательность нуклеотидов на участке ДНК, называемом оператором (ген О), другой — взаимодействует с эффектором. Ген-оператор расположен рядом со структурным геном (генами) и служит местом связывания репрессора. В отличие от операторных генов гены-регуляторы расположены на некотором расстоянии от структурных генов (продукты регуляторных генов — репрессоры являются свободно диффундирующими белковыми молекулами). [c.119]

Для такой регуляции нужно, чтобы к ДНК из других частей клетки поступали определенные сигналы. Сигнальные вещества, или молекулы-эффекторы, представляют собой низкомолекулярные соединения, такие как сахара или их производные, аминокислоты или нуклеотиды. Поскольку такие эффекторы не могут вступать в прямое взаимодействие с ДНК, посредником для каждого из них служит определенный регуляторный белок. Если эффектор присутствует в клетке в высокой концентрации, то в результате специфического присоединения к регуляторному белку он изменяет его конформацию и тем самым-его способность связываться с ДНК. Регуляторный белок, который связывается с ДНК в отсутствие эффектора (индуктора), называют репрессором. Если же белок связывается с ДНК в присутствии эффектора (корепрессора), его называют апорепрессором. [c.481]

Участки ДНК, к которым присоединяются регуляторные белки,-это не сами структурные гены, а непосредственно прилегающие к ним области, называемые промоторами и операторами. Промотор представляет собой последовательность оснований, распознаваемую ДНК-зависимой РНК-полимеразой он служит местом связывания РНК-полимеразы, и от него начинается транскрипция. С промотором связаны и гены, экспрессия которых не подвержена регуляции. Промоторы регулируемых генов могут изменять свои свойства в результате связывания регуляторных белков. Оператор представляет собой нуклеотидную последовательность, расположенную между промотором и структурными генами. Он тоже взаимодействует с регуляторным белком-репрессором, от которого зависит, будет ли подавлена транскрипция или она произойдет. Промотор, оператор и структурные гены образуют оперон. Опероном называют группу функционально связанных между собой генов. Белки, кодируемые генами одного оперона,-это, как правило, ферменты, катализирующие разные этапы одного метаболического пути. Транскрипция генов оперона ведет к синтезу одной общей (полицистронной) молекулы мРНК. [c.481]

Молекулярные основы взаимодействия между промотором и РНК-полимеразой пока что не выяснены. Однако, как отмечалось в гл. XVI, можно думать, что в ходе присоединения фермент должен узнавать какие то специфические особенности структуры двойной спирали ДНК и что из трех разных субъединиц, входящих в молекулу фермента, в процессе узнавания участвует, по-видимому, 0-субъединица. Таким образом, нынешние представления о количественном контроле гетерокаталитической функции заключаются в том, что транскрипция каждого гена зависит от го гена-промотора. Последовательность оснований в промоторе определяет, с какой частотой молекулы РНК-полимеразы будут к нему присоединяться, и, следовательно, задает максимальную скорость, с которой может происходить транскрипция данного гена. Для некоторых генов, таких, как /ас1, эта максимальная скорость всегда равна действительной скорости транскрипции. Однако для других генов, таких, как la Z, Y, А, максимальная скорость транскрипции достигается только тогда, когда их ген-оператор находится в открытом, т. е. свободном от репрессора, состоянии. Закрытие оператора предотвращает либо присоединение молекул РНК-полимеразы к промотору, либо их дальнейшее продвижение вдоль ДНК-матрицы, что приводит к снижению скорости выражения соответствующих генов. [c.491]

Белок-репрессор имеет два типа связывающих сайтов, которые (как мы уже видели) взаимодействуют, обеспечивая его способность контролировать выражение генов в ответ на условия окружающей среды. Репрессор непосредственно узнает специфическую нуклеотидную последовательность оператора. Он связывается также с малой молекулой индуктора и вследствие этого теряет способность связываться с операторной ДНК. В субъединице репрессора могут быть идентифицированы два типа участков связывания. Для идентификации используют мутации в гене lad, которые инактивируют репрессор. Их возможная взаимосвязь in vivo зависит от мультимерной структуры репрессора. [c.184]

Как позитивный, так и негативный контроль могут быть использованы для достижения эффекта индукции или репрессии путем использования соответствующих взаимодействий между регуляторным белком и малой молекулой индуктора или корепрессора. На рис. 15.1 показаны четыре простых типа контролирующих систем. Индукция достигается, если индуктор инактивирует репрессорный белок или активирует белок-апоиндуктор. Репрессия осуществляется в том случае, если корепрессор активирует белок-репрессор или инактивирует белок-апоиндуктор. [c.189]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология