Регуляция на стадии транскрипции у эукариот.
Механизмы и системы Особенности организации эукариот требуют специфики в регуляции синтеза белка.
Эукариоты устроены значительно сложнее прокариот. Особенности организации их систем делают невозможным управление синтезом белков на прокариотическом уровне. Укажем лишь наиболее ярко выраженные особенности эукариот, выдвигающие новые требования к системам и путям регуляции синтеза белка: – эукариоты намного больше прокариот по размерам генома, клетки, организма в целом, – могут состоять из разных типов клеток, – их жизненный цикл более сложен и продолжителен, – ядерная ДНК находится не в одной молекуле, а представлена несколькими разными молекулами, уложенными в хромосомы. – генотип в большинстве случаев диплоидный – кроме ядерной ДНК, имеется ДНК митохондрий и хлоропластов, которая должна находиться под контролем ядра, – из-за наличия ядра процессы транскрипции и трансляции разделены в пространстве и по времени. Поэтому способы регуляции синтеза белка у эукариот более разнообразны, сложны и часто сильно отличаются от прокариотических. В отличие от прокариот, у эукариот большинство генов “выключено”, репрессировано (работают механизмы, запрещающие синтез с них каких-либо продуктов), поэтому регуляция направлена на их “включение”. Большинство клеток эукариотического организма содержит полный набор генов, но обычно из этого набора для построения белков используется крайне незначительный объем информации. Постоянно транскрибируется не более 7 – 10% генов. Основная масса генов, активно функционирующих в большинстве клеток организма на протяжении онтогенеза, это гены, которые обеспечивают синтез белков общего назначения (рибосомальные белки, гистоны, тубулины и т.д.), тРНК и рРНК. Кроме этих постоянно необходимых генов имеется много других генов, синтез белков с которых возможен только в определенных типах клеток, при определенных метаболических условиях или во время дифференцировки (зависит от тканевой принадлежности клетки, от периода ее жизненного цикла и стадии индивидуального развития всего организма).
Второй особенностью эукариот является возможность более “плавной” регуляции. Если у прокариот скорость синтеза белка может принимать очень ограниченное число значений (“выключено” – “включено” или, в лучшем случае, с добавлением к этим крайним нескольких промежуточных положений), то у эукариот число возможных уровней интенсивности белкового синтеза резко возрастает.
Третьей особенностью эукариот является широкое использование ими принципов комбинирования (составления комбинаций): целый управляющий “сигнал” регуляторного воздействия, компонент системы регуляции или сама “пропись” белка (при альтернативном сплайсинге) составляется, как в детском конструкторе, из определенного набора элементов. Это комбинирование дает возможность собрать огромное количество уникальных управляющих “сигналов” из небольшого числа “деталей”. Например, относительно небольшое количество белковых факторов инициации транскрипции, образуя на промоторах разных генов разные сочетания, дают возможность РНК- полимеразе II выбрать нужный ген и начать его транскрибировать, а необходимая активность каждого гена эукариот регулируется сочетанным влиянием большого количества генов-регуляторов. В качестве четвертой особенности можно указать активное использование эукариотами стратегии наработки мРНК не по потребности данного момента, а более или менее заранее, впрок. Такие метаболически стабильные мРНК необязательно сразу вступают в трансляцию, а их активность избирательно регулируется во времени и во внутриклеточном пространстве путем активации – инактивации.
