Вопрос 26. Транскрипция у прокариот, строение оперонов на примере lac-оперона.
ТРАНСКРИПЦИЯ ПРОКАРИОТ
Прокариоты содержат одну РНК-полимеразу, состоящую изнескольких субъединиц. Наиболее изучена РНК-полимераза E.coli.
Этот фермент состоит из субъединиц, обозначаемых буквами греческого алфавита а, b, b' и сигма. РНК-полимераза может существовать вдвух формах - в форме холофермента, его субъединичный составвыражается формулой α2ββ'ϭ и кор-фермента - α2ββ'. Только холофермент может инициировать синтез РНК. После инициации транскрипции -ϭсубъединица отделяется и элонгацию осуществляет кор-фермент. Таким образом,ϭ-субъединица, или ее еще называют ϭ-фактор, необходима для узнавания промотора, β-субъединица участвует в связывании НТФ, β'-субъединица взаимодействует с ДНК,комплекс α2β'специфически связывается с промоторными нуклеотидными последовательностями. При взаимодействии с ДНК РНК-полимераза «закрывает» участок размером 60 п.н.
В клетке Е.соli присутствуют несколько ϭ-факторов, они ответственны за узнанание РНК-полимеразой различных промоторов. Какправило ϭ-факторы узнают блоки, отстоящие от точки начала транскрипции приблизительно на 10 и 35 нуклеотидов. Эти блоки имеют консервативные (общие для всех в пределах одной группыпромоторов) нуклеотидные последовательности.
Различные ϭ-факторы отвечают за узнавание различных групп промоторов и обеспечивают транскрипцию определенных генов .
Инициация транскрипции включает образование двойного закрытого комплекса, затем формируется двойной открытый комплекс ипосле этого происходит синтез коротких олигорибонуклеотидов. После того, как синтезируется фрагмент РНК более 9 нуклеотидов, ϭ-фактор необратимо диссоциирует и транскрипция вступает а стадиюэлонгации. Элонгацию осуществляет кор-фермент - α2ββ'.
В процессе элонгации транскрипции образуется дуплекс РНК-ДНК, размер которого составляет около 12 пар нуклеотидов.
Кор-фермент способен синтезировать РНК со скоростью около40 нуклеотидов в секунду.
При достижении терминатора кор-фермент завершает синтезРНК. У прокариот существует два типа терминаторов: р-зависимые ир-независимые. На р-зависимых терминаторах терминация осуществляется в присутствии белкового р-фактора. Такая терминация носитназвание р-зависимой терминации. Терминация транскрипции на независимых от р-фактора терминаторах называется р-независимойтерминацией.
р-Независимая терминация обеспечивается образованиемшпильки на PНК в процессе транскрипции и следующей за ней олигоуридиловой последовательностью. Шпилька приводит к паузе втранскрипции, а олигоуридил-олигоадениловый дуплекс, как наименее стабильный, диссоциирует во время паузы .
В случае р-зависимой терминации на синтезируемой РНК находится участок, с которым взаимодействует р-фактор. р-Фактор является НТФазой и способен испашзовать энергию гидролиза НТФ для движения но молекуле РНК от места посадки, расположенного в области 5'-конца РНК, в сторону ее З'-конца. Как только р-фактор «догонит» работающую РНК-полимеразу, происходиттерминация транскрипции .
Виды оперонов Оперон — это тесно связанная последовательность структурных генов, определяющих синтез группы белков, которые участвуют в одной цепи биохимических преобразований. К наиболее хорошо изученным оперонам бактерий относят:Лактозный (lac)-оперонГалактозный (gal)-оперонТриптофановый (trp)-оперонРассмотрим механизмы регуляции активности генов на примере лактозного оперона кишечной палочки.
Лактозный оперон Оперон – участок бактериальной хромосомы, включающий следующие участки ДНК: Р – промотор, О – оператор, Z, Y, А – структурные гены, Т –терминатор. (В состав других оперонов может входить до 10 структурных генов.)Промотор – место присоединения РНК- полимеразы.Оператор – участок оперона, к которому присоединяются белки-репрессоры или активаторы транскрипции.Структурные гены – гены кодирующие ферменты, участвующие в метаболизме лактозы. Терминатор служит для отсоединения РНК-полимеразы после окончания синтеза иРНК, соответствующей ферментам Z, Y, А, необходимым для усвоения лактозы.
Структурные гены лактозного оперона — lacZ, lacY и lacA:
· lacZ кодирует фермент β-галактозидазу, которая расщепляет дисахарид лактозу на глюкозу и галактозу,
· lacY кодирует β-галактозид пермеазу, мембранный транспортный белок, который переносит лактозу внутрь клетки.
· lacA кодирует β-галактозид трансацетилазу, фермент, переносящий ацетильную группу от ацетил-КoA на бета-галактозиды.
Для катаболизма лактозы необходимы только продукты генов lacZ и lacY, роль продукта гена lacA не ясна. Возможно, что реакция ацетилирования дает бактериям преимущество при росте в присутствии определенных неметаболизируемых аналогов бета-галактозидов, поскольку эта модификация ведет к их детоксикации и выведению из клетки.