Регуляция активности генов у эукариот

Регуляция активности генов у прокариот

В 1961 году Жакоб и Моно для объяснения реакции бактериальных клеток на изменение окружающей их среды, высказали предположение об индукции синтеза ферментов. После введения в питательную среду лактозы они наблюдали увеличение содержания в бактериальной клетке b-галактозидазы (лактазы) в 100 раз. Такая активация транскрипции называется индукцией. Одновременно с лактазой происходит индукция еще двух белков, одним из которых является галактозидпермеаза, транспортирующая лактозу через плазматическую мембрану.

Структура lac-оперона. Три структурных гена, кодирующих вышеуказанные белки, обозначают соответственно буквами А, В, С и вместе с операторным участком (оператором, О) они образуют lac-оперон. Транскрипционную активность генов, входящих в оперон, регулирует четвертый, регуляторный ген (ген I). Этот ген кодирует регуляторное вещество, названное репрессором. В lac-системе репрессор представляет собой белок, который связывается с определенным участком ДНК, называемым оператором.

Когда лактозы в среде нет, белок-репрессор связан с оператором, а поскольку участки О и Р частично перекрываются, то присоединение репрессора к О препятствует связыванию РНК-полимеразы с Р, и транскрипция не идет.

При поступлении в среду лактоза, выступающая в роли индуктора, связывается с репрессором и переводит его в неактивную форму, неспособную более связываться с оператором.

Примером регуляции биосинтеза белков на уровне транскрипции у человека может служить регуляция гормонами. Стероидные гормоны и йодтиронины взаимодействуют с хроматином, стимулируя синтез определенных мРНК и соответствующих белков.

Регуляция активности генов у эукариот

В клетках млекопитающих наряду с адаптивной регуляцией, обеспечивающей приспособление организма к меняющимся условиям внутренней и внешней среды, существуют механизмы, которые обеспечивают стабильную, существующую на протяжении всей жизни клетки, репрессию одних генов и дерепрессию других. Такая регуляция определяет дифференцировку клеток и разный белковый состав органов и тканей.

Стойкая репрессия генов гетерохроматина достигается:

1) пространственной укладкой ДНК. В ядрах дифференцированных клеток хроматин имеет такую укладку, что небольшое число генов доступно для транскрипции. Различают участки гетерохроматина, в которых ДНК упакована очень компактно и недоступна для транскрипции, и участки эухроматина, имеющие более рыхлую укладку и способные связывать РНК-полимеразу. В разных типах клеток в область эухроматина попадают разные гены, следовательно, в разных тканях транскрибируются разные участки хроматина;

2) метилированием дезоксицитидина в последовательности CG под действием ДНК-метилтрансфераз. Эта модификация сильно меняет конформацию хроматина и препятствует активной транскрипции;

3) связыванием с гистонами и образованием нуклеосом, которые снижают транскрипционную активность ДНК.