Оперон модель

Фиг. 27. Модель оперона для регуляции белкового синтеза.

Рис. 16.7. Модель регуляции лактозиого оперона, активность которого определяется как индуцирующим действием субстрата, так и катаболитной репрессией. Для транскрипции оперона необходимо присоединение САР (сАМР-рецепторно-го белка) к промотору. Оно происходит только в присутствии с АМР. Глюкоза тормозит синтез сАМР и тем самым транскрипцию /ас-оперона.

С помощью этой модели трудно объяснить катаболическую репрессию, т. е. репрессию индуцибельного оперона промежуточными продуктами дыхания или брожения репрессию оперона лактозы глюкозой или продуктами ее диссимиляции. Такого рода репрессия функционирует и при отсутствии репрессора, если наблюдается мутация регулятора. Вероятно репрессирующие метаболиты взаимодействуют с опероном непосредственно, хотя и неясно каким образом. [c.389]

В результате биохимического и генетического изучения белка-репрессора лактозного оперона. репрессора бактериофага лямбда, а также других регуляторных белков у бактерий была сформулирована общая модель регуляции транскрипции у прокариот. Предполагалось, что сайт-специфические белки либо ингибируют, либо стимулируют транскрипцию какого-либо гена, присоединяясь к ДНК рядом с промотором-участком, с которого РНК-полимераза начинает синтез РНК. Считали, что изменение в положении таких регуляторных белков по отношению к ДНК (связывание или отсоединение) включает и выключает гены. [c.183]

Механизм генной регуляции модель Жакоба — Моно. Согласно модели Жакоба — Моно (рис. 11.4), в ДНК существуют наборы нескольких генов ( структурные гены ), объединенных в оперон и подлежащих общей регуляции. Оперон лактозы , например, содержит гены для трех индуцируемых лактозой ферментов — (5-галактозид-пермеазы, Р-галак- [c.387]

Рис. 15.22. Модель аттенуации trp-оперона Е. oli, основанная на представлении об участии рибосомы, синтезирующей лидерный полипептид, в контроле терминации транскрипции. От положения рибосомы зави-

Предложены модели, в соответствии с которыми узнавание осуществляется с помощью а-спиральных участков белка. Предполагается, что боковые радикалы аминокислотных остатков образуют специфические водородные связи с основаниями в широкой бороздке ДНК. Определение трехмерной структуры четырех регуляторных белков (С1- и СКО-репрессоров Х-фага, САР-белка, репрессора триптофанового оперона) показало, что ДНК-связывающие домены этих белков имеют характерный двухспиральный мотив. Предложены модели ДНК-белковых комплексов, согласно которым одна из а-спиралей (аз) находится в широкой бороздке и взаимодействует с основаниями ДНК, в то время как вторая (аг) взаимодействует с сахарофосфатным остовом ДНК и обеспечивает правильную ориентацию спирали а, в комплексе. Предполагаемые геометрии для четырех специфических ДНК-белковых комплексов не являются полностью одинаковыми положение спирали а, в широкой [c.292]

Но они обладают поразительной способностью синтезировать новые ферменты, что позволяет им не просто приспосабливаться к новым условиям, но и извлекать из этого максимальную пользу. Поскольку они являются одноклеточными организмами, они не нуждаются в гормонах и их обмен веществ связан с делением клеток. Когда бактерии не делятся, у них осуществляется как синтез, так и распад белка, однако во время экспоненциального роста имеет место только синтез, но не распад белка. У взрослых многоклеточных организмов ситуация совсем иная. Во многих органах митоз происходит редко, и синтезированный сверх необходимого белок должен быть удален из организма, так что обмен белка в этом случае является обычным и необходимым явлением. Когда бактерии в новых внешних условиях начинают синтезировать новые ферменты, то количество ненужных старых ферментов быстро уменьшается в результате деления клеток. Можно показать, что количество определенных ферментов в различных органах млекопитающего будет меняться в зависимости от состава пищи, но куда более сложно выяснить, происходит ли это в результате увеличения скорости синтеза, или уменьшения скорости распада ферментов, или за счет действия этих обоих ферментов. В случае же бактерий увеличение скорости синтеза фермента в результате индукции или дерепрессии может быть просто и наглядно объяснено с помощью модели оперона. [c.75]

Индукция ферментов — одно из тех явлений, которые подвели Жакоба и Моно [36] к модели оперона, описывающей механизм регулирования транскрипции мРНК с ДНК. За эту работу они получили в 1965 г. Нобелевскую премию. В своем окончательном виде [38—40] гипотеза Жакоба — Моно приведена на рис. 15-3. Оперон представляет [c.201]

Возможные модели. Эймс, Хартман и Мартин предложили простую и очень правдоподобную модель, согласующуюся с большинством имеющихся данных. Согласно этой модели, весь оперон транскрибируется в одну непрерывную полицистронную молекулу т-РНК, причем как транскрипция, так и трансляция начинаются с операторного конца или с какого-то участка, расположенного вблизи этого конца (с промотора ). Этим же участком определяется и место присоединения рибосом. В каждый данный момент т-РНК транслируется одновременно несколькими рибосомами. Когда рибосома достигает конца первого цистрона, она может либо оторваться от матрицы, либо начать транслировать второй цистрон та же ситуация возникает у конца второго цистрона и т. д. [c.538]

Рис. 5.2. Модель позитивной регуляции экспрессии генов ху1-оперонов в плазмиде рУШО (по А. М. Боронин, Т. В, Цой, 1990).

Одна из моделей, описывающая действие БАК, утверждает, что оно состоит в белок-белковом взаимодействии, опосредованном связыванием с ДНК. Незначительного взаимодействия между двумя белками будет достаточно для достижения существенного увеличения сродства РНК-полимеразы к промотору. Геометрия взаимодействия БАК и РНК-полимеразы в случае la - и gal-оперонов, по-видимому, должна быть различной, а в случае ага-оперона необходимо постулировать участие трех белков. [c.148]

Другая возможность состоит в следующем эффект, оказываемый БАК, полностью проявляется в результате его связывания с ДНК. Возможно, что в БАК-зависимых промоторах РНК-полимераза не может осуществлять первоначальное плавление ДНК. Это мог бы сделать БАК таким образом, чтобы расхождение цепей началось от места его связывания и продолжилось бы на соседние участки. С этой моделью согласуются данные о том, что мутации в топоизомеразе , описанные в последнем разделе, устраняют зависимость этих оперонов от БАК, позволяя им функционировать без его помощи. Возможно, что увеличение суперспирализации (и связанное с этим расхождение цепей) представляет собой альтернативу действию БАК. [c.148]

Концепцию, согласно которой два разных класса генов различаются по своим функциям, сформулировали Жакоб и Моно в 1961 г. при создании классической модели оперона. Они определили оперон как полную единицу выражения генов, включающую структурные гены, регуляторный ген (или гены) и контролирующие элементы (сайты действия регуляторных белков). Каждый отдельный оперон может быть охарактеризован системой взаимоотношений между регуляторными белками и их сайтами-мишенями. Это можно рассматривать как регуляторную систему. Первая модель была создана для 1ас-оперона, который до настоящего времени остается наиболее полно охарактеризованным опероном, однако подобные принципы были использованы для создания аналогичных систем в случае других оперонов. [c.178]

Если один и тот же ген экспрессируется при различных обстоятельствах в комбинации с различными другими генами, в его регуляции, по-видимому, участвуют разные элементы. Такую ситуацию обычно рассматривают по аналогии с моделью оперона. Довольно [c.339]

Для интерпретации активирующего действия комплекса САР—-сАМР были предложены две модели. В одной из них предполагается, что САР—сАМР, связанный с ДНК, взаимодействует непосредственно с РНК-полимеразой, что облегчает образование так называемого открытого комплекса фермента с промоторной областью ДНК. При этом исходят из того, что РНК-полимераза сама по себе эффективно образовать такой комплекс не может. Другая модель построена на представлении о том, что САР—сАМР при связывании изменяет структуру самого промотора, который после этого оказывается способным взаимодействовать с РНК-полимеразой. Имеется ряд аргументов в пользу каждой из этих моделей, и не исключено, что активация транскрипции САР-бел-ком в различных оперонах может осуществляться разными способами. [c.183]

Непосредственно по соседству с промотором расположен оператор (о)—место связывания репрессора (R). Когда оператор свободен, транскрипция запускается и, пройдя операторный участок, доходит до генов, детерминирующих синтез трех указанных выше белков. Но если оператор связан с репрессором, транскрипция блокируется. В то время когда была впервые предложена модель оперона, химическая природа репрессора была неизвестна. Сейчас, однако, уже известно, что в некоторых случаях 1репрессорами служат белки. Все хорошо изученные репрессоры представляют собой олигомерные белки, способные подвергаться аллостерическим изменениям. Так, /а/ -репрессор состоит из четырех идентичных субъединиц с мол. весом 37 200, каждая из которых содержит 347 аминокислотных остатков. В каждой субъединице имеется один участок для связывания с оператором и другой (аллостерический) для связывания с эффектором (на рис. 15-3 для простоты вместо четырех субъединиц изображены только две). [c.202]

Модель оперона полностью подтверждена генетическими исследованиями, доказавшими существование гена-регулятора, гена-оператора и их мутаций. Синтез -галактозидазы в Е. olt контролируется так называемым Лак-опероном. На него действует Лак-репрессор — тетрамерный белок с м. м. 150 000. [c.287]

В 1961 году, основываясь на данных, полученных с помощью тщательного генетического и биохимического анализа образования Р-галактозидазы у Е. oli, Ф. Жакоб и Дж. Моно [45] выдвинули концепцию регуляции активности генов, получившую название теории оперона. Эта теория, а также модель ДНК Уотсона — Крика оказались наиболее плодотворными концепциями молекулярной биологии. [c.70]

Вторым указанием на неправильность этой модели явилось открытие полярных мутантов [49, 50], в которых мутация в гене 2 приводит не только к нарушени ю синтеза Р-галактозидазы, но и к падению скоростей синтеза продуктов генов у и X. Это явление полярности, так же как и данные о различных скоростях синтеза продуктов оперона, объяснили Б. Эймс и Р. Мартин [51, 52] с помощью усовершенствованной теории оперона. Цепь мРНК может присоединять несколько рибосом, образуя полисому, [c.72]

Другие авторы пользовались моделью оперона для объяснения изменений концентраций ферментов в организме млекопитающих при разных метаболических состояниях. Г. Вебер и сотрудники [611 показали, что у голодных крыс наблюдалось значительное уменьшение концентраций трех ключевых ферментов гликолиза, а именно ферментов 1, 2 н 3 (фиг. 23). Количества этих ферментов возрастали, ког./щ животных начинали кормить, о/днако если сначала в пищу животных добавляли ингибитор ы биосинтеза белка, то увеличения количества , )ерментов не наблюдалось. Это дает основание ду мать, что увеличение активности трех ферментов — глюко-киназы, фосфофруктокиназы и пируваткиназы — связано с биосинтезом этих ферментов de novo. В отличие от ферментов гликолиза количество ключевых ферментов глюконеогенеза (4, 5, 6, 7 на фиг. 23) у голодных крыс или совсем не менялось, [c.76]

М. Пирас и В. Нокс [59] показали, что молекула апофермента имеет два участка один — каталитический, а другой — для связывания гематина. Они также установили, что некоторые гомологи триптофана, как и сам триптофан, способствуют реакции связывания апофермента с нростети-ческой группой. Более того, аналоги, способствующие этой реакции, оказались эффективными индукторами этого фермента у крыс с удаленными надпочечниками независимо от того, было у этих аналогов сродство к каталитическому участку или нет. Авторы попытались объяснить полученные результаты с помощью модели [60], предложенной ими за двадцать лет до создания модели оперона. Согласно этой модели, считается, что фермент находится в динамическом равновесии со своим предшественником. Субстрат или жестко связанный кофермент, соединяясь с белком, могут повышать его устойчивость к распаду и тем самым увеличивать количество активного фермента. Соответственно равновесие будет смещаться в сторону образования активной формы фермента, потому что синтез фермента продолжается, а распад — нет. В рассматриваемой [c.76]

Ф и г. 240. Первоначальная модель оперона Жакоба и Моно, предложенная для объяснения регуляции генов la Е- all в 1961 г. [c.484]

Модель оперона, предложенная для объяснения механизмов генетического контроля, также позволяет объяснить природу и механизм действия иммунитетного репрессора умеренных фагов. Как было описано в гл. XIV, ген с1 умеренного фага X определяет структуру иммунитетного репрессора, присутствие которого в лизогенных бактериях не только подавляет развитие эндогенного профага X, но и обеспечивает иммунность клетки по отношению к суперинфекции экзогенными фагами Я. Предположение о существовании иммунитетного репрессора фага А, в действительности было высказано на один или два года раньше, чем предположение о репрессоре /ас-оперона, и работа по выяснению природы и механизма действия этих двух очень разных репрессоров развивалась более или менее параллельно. [c.491]

БАК непосредственно связывается с ДНК, и комплекс сАМР БАК ДНК можно выделить для любого промотора, работающего в присутствии этого белка. Получены мутации по /ас-оперону, локализующиеся в сайте связывания, которые делают транскрипцию in vivo независимой от БАК. Эти мутации также предотвращают связывание БАК с ДНК in vitro. В каждом промоторе сайт связывания БАК находится слева от РНК-полимеразного сайта. Во всех БАК-связывающих сайтах можно обнаружить предполагаемую 11-членную среднестатистическую последовательность, содержащую различные отклонения. Но вызывает удивление тот факт, что в ряде промоторов БАК-связывающие сайты располагаются на различном расстоянии от стартовой точки. Это затрудняет создание единой модели действия БАК. [c.148]

В гене агаС были обнаружены как неиндуцибельные, так и конститутивные мутации. Делеции или нонсенс-му-тации вызывают образование неиндуцибельного агаС -типа, который является рецессивным по отношению к агаС. Такая взаимосвязь характерна для системы положительного контроля, в которой агаС кодирует белок, активный только в присутствии арабинозы и необходимый для того, чтобы РНК-полимераза могла инициировать в промоторе транскрипцию. Однако конститутивные мутации агаС также рецессивны по отношению к агаС . Такое положение характерно для системы отрицательного контроля, в которой агаС кодирует белок-репрессор, инактивируемый арабинозой (подобно тому, как в /ас-опероне). Как разрешается такой генетический конфликт На рис. 15.13 изображена модель. Ген агаС кодирует белок-репрессор, исходно названный Р1, а впоследствии Этот белок связывается с контроли- [c.197]

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]

Рис. 15.25. Модель фазовой вариации, основанная на представлении об инверсии нуклеотидной последовательности, содержащей промоторную область оперона Н2-гН1. (По ZiegJ. et al, 1977. S ien e, 196, 170.)

Первые исследования механизма генетического контроля были посвящены синтезу -галактозидазы, осуществляющей гидролиз дисахарида лактозы до моносахаридов глюкозы и галактозы в клетке Е. соИ. Опыты привели к открытию белка-репрессора лактозного оперона, включающего транскрипцию структурных генов (в данном случае, гена -галактозидазы, а также пермеазы и галактозид-транс-ацетилазы). Это достигается путем связывания репрессора с операторным участком ДНК длиной в 21 нуклеотид, перекрывающимся с последовательностью промотора. В результате блокируется доступ РНК-полимеразы к ее участку связывания и транскрипция цистронов делается невозможной. Для индукции и репрессии синтеза белка, т.е. изменения скорости процесса в противоположных направлениях, необходимо наличие в модели регуляторного механизма еще одного элемента индуктора, который должен, с одной стороны, контролировать действия белка-репрессора лактозного оперона, а с другой -быть связанным прямо или косвенно с функцией синтезируемого фермента. Такой индуктор действительно был обнаружен, и им оказался субстрат -галактозидазы лактоза, точнее, аллолактоза, близкая по строению и образующаяся в присутствии лактозы. [c.118]

Вопросам самоорганизации живых эволюционирующих систем посвящен ряд фундаментальных работ (Эйген, Шустер, 1982 Кеплен, Эссиг, 1986). Почти полвека развивается термодинамика неравновесных систем, основанная И. При-гожиным. Работами его школы определены условия возникновения упорядоченности и самоорганизации в открытых системах, обменивающихся веществом и энергией с окружающей средой. Изучение периодических реакций в химии привело этих исследователей к рассмотрению эволюции макромолекул (Эйген, Шустер, 1982). Им удалось проанализировать циклические процессы в явлениях катаболизма и создать математическую модель работы Ьас-оперона. Таким образом, был намечен путь анализа регуляторных процессов в биологически возбудимых средах, путь к установлению иерархии динамических структур на клеточном уровне (Кеплен, Эссиг, 1986). [c.10]

Наиболее подробно такая модель разработана для триптофа-нового оперона Е. соИ (рис. 3.3). На лидерном участке мРНК возможно образование трех типов петель 1—2, 2—3 и [c.36]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология