Лысак Микробиология

β-галактозидазы. При наличии в среде глюкозы резко снижается количество цАМФ. Это явление называют катаболитной репрессией. Оно наблюдается и в тех случаях, когда вместо лактозы используется какой-то другой углевод. Катаболитная репрессия глюкозой может быть снята, если в среду добавить цАМФ. Образуется комплекс цАМФ с БАК и РНК-полимераза присоединяется к промотору, а далее идет синтез ферментов катаболизма лактозы, даже в присутствии глюкозы.

Кроме индуцибельных оперонов, управляющих катаболизмом углеводов, у бактерий имеются и репрессибельные опероны. Это опероны, ответственные за синтез аминокислот аргинина, гистидина и триптофана. Максимальная транскрипция структурных генов этих оперонов достигается только в отсутствии в клетке конечных продуктов или эффекторов этих биосинтетических путей. Такие эффекторы, которыми являются конечные продукты называют корепрессорами, а соответствующие регуляторные белки – апорепрессорами. Синтез ферментов репрессибельного оперона включается посредством дерепрессии.

Разберем строение триптофанового оперона E.coli (рис. 82). Он содержит пять структурных генов, ответственных за синтез пяти ферментов, участвующих в превращении хоризмовой кислоты в триптофан, а также промоторно-операторную область. Ген-регулятор (traR) расположен на хромосоме далеко от оперона. Он ответственен за синтез регуляторного белка – апорепрессора, который неактивен в свободном состоянии. Он не может связываться с оператором и неспособен таким образом, препятствовать началу транскрипции.

Когда конечный продукт метаболического пути триптофан накапливается выше определенного уровня, он взаимодействует с апорепрессором и активирует его. Активированный апорепрессор (апорепрессор + корепрессор) присоединяется к оператору и подавляет транскрипцию структурных генов триптофанового оперона. Синтез триптофана прекращается.

259

Регуляторный	Структурные гены

А. ген (trp R) Р O trp L trpE trpD trpC trpB trpA

иРНК

Апорепрессор (неактивный репрессор)

Б.			Структурные гены
Регуляторный
		Р O trp L trpE	trpD trpC trpB trpA
ген (trp R)

Апорепрессор Корепрессор

Рис. 82. Работа триптофанового оперона бактерий E.coli: А – нет триптофана; Б – избыток триптофана

Установлено, что отсутствие активированного репрессора вызывает примерно 70-кратное увеличение актов инициации транскрипции. Но, даже в условиях репрессии структурные гены сохраняют низкий уровень экспрессии. Для того, чтобы ещё более понизить уровень транскрипции в присутствии триптофана клетка бактерий E.coli имеет ещё одно приспособление – это ещё одна область регуляции транскрипции, которая называется атенуатором. В условиях избытка триптофана только одна из десяти молекул РНК-полимеразы, начавшая транскрибирование с промотора, попадает на структурные гены и продолжает транскрипцию. Таким образом, действие атенуатора проявляется в терминации транскрипции, а сам процесс атенуации классифицируется как регулируемая терминация транскрипции.

Установлено, что в отличие от репрессии атенуация зависит не от самой аминокислоты, а от образования триптофанил-тРНК, т.е. от активированной аминокислоты, присоединенной к определенной транспортной РНК.

260

При уменьшении внутриклеточной концентрации триптофана сначала осуществляется дерепрессия, это значит образуется возможность связывания молекул РНК-полимеразы с промотором Trp-оперона. При более глубоком голодании снижается уровень триптофанил-тРНК и возникают условия для преодоления атенуатора.

Таким образом, и в случае индукции путем негативной регуляции (Lac-оперон) и в случае репрессии синтеза ферментов (Тrp-оперон) взаимодействие репрессора с оператором приводит к подавлению процесса транскрипции соответствующих структурных генов. Различие заключается в том, что при индукции путем негативной регуляции эффектор (индуктор), взаимодействуя с репрессором, понижает сродство репрессора к оператору, а в случае репрессии эффектор (корепрессор) повышает это сродство.

261