Тирозин Треонин Фенилаланин Триптофан Цистеин 3 страница
Есть негативный (отрицательный) и позитивный (положительный) варианты регуляции активности индуцибильных генов (в общем виде, регуляция транскрипции у прокариот). В случае негативного варианта связывание регуляторного белка с оператором блокирует работу оперона, а в случае позитивного варианта указанное связывание эту работу активирует. В качестве примера рассмотрим регуляцию активности генов (цистронов) лактозного оперонабактерии кишечной палочки (см. 2.4.5.6-б). Названный оперон (рис. 2-37) включает 3 цистрона или структурных гена Z, Y и A (экспрессируемые белки: b-галактозидаза, b-галактозидпермеаза и трансацетилаза), транскрибируемые на одну поли(3-х)цистронную и(м)РНК по сигналу с одного промотора. В зоне промотора находится регуляторная нуклеотидная последовательность, обозначаемая как ген-оператор. Пространственно вне связи с лактозным опероном находится еще одна регуляторная нуклеотидная последовательность, обозначаемая как ген-регулятор. Этот ген имеет собственный промотор и точку терминации транскрипции. Благодаря гену-регулятору в микробной клетке образуется белок-репрессор, который в отсутствие в среде лактозы, взаимодействуя с геном-оператором и блокируя, тем самым, продвижение к структурным генам РНК-полимеразы, выключает (делает нетранскрибируемым) из функции лактозный оперон (негативный вариант регуляции). Выживание микроорганизмов в этом случае обеспечивается метаболизмом глюкозы. При появлении в среде молочного сахара, он, играя роль индуктора и взаимодействуя с белком-репрессором, препятствует соединению последнего с геном-оператором, снимая блокирующее действие. Оперон переходит в функционально активное состояние и структурные гены обмена лактозы транскрибируются. При существенном обеднении среды глюкозой, но при наличии таких сахаров, как лактоза срабатывает описанный выше позитивный вариант регуляции. Включается особый белок-активатор или БАК(англ., CAP — Сatabolite Activator Protein). Этот белок при наличии цАМФ взаимодействует с промотором оперона, ответственного за утилизацию в качестве альтернативного глюкозе источника энергии и углерода названного выше сахара, и, увеличивая сродство к РНК-полимеразе, активирует транскрипцию (см. рис. 2-37). Негативный и позитивный варианты регуляции транскрипции лактозного оперона кишечной палочки. а—всреде естьглюкоза,нетлактозы, лактозный оперон не транскрибируется;б — в среде снижен уровень глюкозы,естьлактоза, уровень цАМФ низкий;в — в среде нетглюкозы,в среде естьлактоза, уровень цАМФ высокий;CAP—белок-активатор, Р — промотор, R — репрессор, I — индуктор(лактоза).
В геномах эукариот к категории генов, контролирующих индуцибильные белковые синтезы, относятся, в частности, запускаемые стероидными половыми гормонами. Регуляторно-активирующее действие в данном случае состоит в изменении функциональных характеристик внутриклеточных транскрипционных факторов (белки “теплового шока”), находящихся в отсутствие гормона в репрессированном состоянии и лишенных, таким образом, возможности соединиться со специфическими сайтами ДНК и открыть их для транскрипции (см. 2.4.3.1 и рис. 2-9). В приведенном примере речь идет о позитивном варианте регуляции генетической активности. У эукариот описан также негативный вариант контроля транскрипции индуцибильных генов.
Регуляция транскрипции большинства генов эукариот, у которых преобладают конститутивные белковые синтезы, отличается разнообразием механизмов и конкретных участников. Свою специфику в проблему регуляции генетической активности вносит многоуровневая структура аппарата наследственности эукариот (см. 4.3). В первом приближении механизмы регуляции генетических функций эукариотического генома делят на неспецифические и специфические.
К неспецифическиммеханизмам регуляцииотносят, прежде всего, те, в которых ведущая роль принадлежит изменениям плотности упаковки генетического материала или биспирали ДНК хромосом, феномену «компактизации-декомпактизации» этого материала, в частности, его гетерохроматизации. В качестве примера приводят хорошо известный еще классической (домолекулярной) генетике факт подавления генетических функций сайтов, находящихся рядом с гетерохроматизированными участками хромосом — «эффект положения» (см. 2.4.3.4-г — ингибирующий эффект теломерной ДНК, ослабевающий или снимаемый по мере укорочения теломер). Существование в эукариотическом геноме ДНК обязательно в виде нуклеогистонового комплекса, а также нуклеосомный принцип структурной организации этого комплекса может также рассматриваться, правда, с некоторыми оговорками (см. здесь же ниже), как один из неспецифических механизмов регуляции генетической функции ДНК.
Механизмыспецифической регуляции генетической активности на уровне ДНК связывают с наличием в транскриптоне (см. 2.4.5.5) 5́-нетранслируемой области, особенностями структуры промоторов, наличием таких регуляторных сайтов, как энхансеры (усилители транскрипции, англ., enhance — увеличивать, усиливать) и сайленсеры (ослабители транскрипции, англ., silense — заглушать).
Значительное место в регуляции транскрипции у эукариот молекулярная биология отводит регуляторным белкам с общим названием транскрипционные факторы. Принципиальная черта последних заключается в их способности узнавать и связываться с определенными сайтами ДНК. Выделяют группу общих транскрипционных факторов и группу специфических транскрипционных факторов. Первые, как это вытекает из исследований регуляции транскрипции гена альбумина (ALB) в клетках печени млекопитающих, являются обязательными участниками мультигетеробелкового комплекса, образуемого в связи с «ТАТА»-последовательностью промотора, необходимого для функционирования РНК-полимеразы II и, следовательно, запуска транскрипции. Другие транскрипционные факторы из этой же группы, образуя комплекс с последовательностью «ЦААТ» промотора, влияют на эффективность транскрипции. В области промотора названного гена есть знаковые сервисные и конценсусные нуклеотидные последовательности (PE, DEI, DEII и DEIII), связывающие специфические транскрипционные факторы. Так, последовательность РЕ, у мыши длиной 13 п.н., взаимодействует с тканеспецифическим белком печени HNF1. Функции специфических транскрипционных факторов состоят в активации промоторов различных генов или же одних и тех же генов, но в разных типах клеток.
Молекулы разных транскрипционных факторов различаются структурно-химическими особенностями (мотивами). На основании этих особенностей их группируют в семейства: белки «спираль-поворот-спираль», гомеодоменные белки, белки типа «лейциновой застежки-молнии» и «цинковые пальцы».
Важная роль в осуществлении транскрипционными факторами их функций принадлежит ядерному матриксу (см. 2.4.3.2). Есть данные о том, что транскрипционные факторы во взаимодействии с ядерным матриксом обеспечивают должное пространственное расположение промоторов генов и энхансерных участков.
В связи с проблемой регуляции транскрипции нельзя не назвать такой механизм, какхимическая модификация ДНК, в частности, ее метилирование (обычно по 5-му углероду цитозинов). Присоединение метильных групп, с одной стороны, препятствует взаимодействию транскрипционных факторов с ДНК, а с другой, — метилированные участки ДНК приобретают способность взаимодействовать с белками транскрипционными репрессорами. Метилирование цитозинов ДНК всегда ведет к подавлению генетической активности. К примеру, почти все гены инактивированной хромосомы Х (см. 2.4.3.4-в — тельце полового хроматина или тельце Барра) в клетках женщин метилированы.
Многие стороны процесса регуляции генетической активности у эукариот далеки от понимания, что объективно создает трудности в описании конкретных механизмов.
Регуляция экспрессии генов осуществляется также на пост(после)транскрипционном уровне путем изменения «времени жизни» зрелых и(м)РНК в цитоплазме (см. 2.4.5.6-а).
2.4.5.6. Внутриклеточное движение биологической (генетической) информации. Трансляция и пост(после)трансляционные процессы. Рибосомный цикл биосинтеза белка
Биосинтез белков в клетках эукариот осуществляется в цитоплазме на рибосомах (или, что более точно, на ассоциациях рибосом с и(м)РНК — полисомах, полирибосомах). Важнейшие задачи, решаемые рибосомой, состоят в создании условий, во-первых, для требуемого пространственного взаиморасположения участников образования белковых молекул и, во-вторых, для осуществления каталитических и регуляторных актов, необходимых для образования аминокислотных последовательностей, соответствующих последовательностям кодонов и(м)РНК. Процесс построения полипептида (трансляция), раз начавшись, идет, не прерываясь, вплоть до своего завершения. При этом субъединицы рибосом, тРНК, некоторые белки (например, выполняющие сервисные функции) вовлекаются в процесс неоднократно. Это дает основания говорить о «рибосомном цикле биосинтеза белка».
Главными участниками, объединяемыми пространственно на рибосоме, являются и(м)РНК, тРНК с энергетически активированной аминокислотой в виде аминоацил-тРНК или аа-тРНК («заряженная» тРНК), тРНК, несущая строящийся пептид (пептидил-тРНК). Нелишне подчеркнуть, что необходимая пространственная ориентация участников является непременным условием функциональной состоятельности трансляции. Действительно, если генетический код является неперекрывающимся, то начало считывания информации с и(м)РНК должно приходиться на строго определенный кодон. К примеру, кодирующая (транслируемая) область и(м)РНК начинается с последовательности –АУГ-УУУ-ААА-ЦЦЦ-ЦУГ- и соответствует пептиду: -Мет-Фен-Лиз-Про-Лей-. Допустим, что произошло выпадение первого А. Тогда нуклеотидная последовательность, выраженная в кодонах, примет вид -(А)УГУ-УУА-ААЦ-ЦЦЦ-УГ …, что соответствует пептиду: -Цис-Лей-Асп-Про- …. Таким образом, отклонение хотя бы на один нуклеотид вызывает сдвиг «рамки считывания», что, неизбежно приводя к изменению последовательности аминокислот, дает функционально «дефектные» полипептиды.
Приращение образуемого пептида происходит путем присоединения очередной аминокислоты, для чего необходимо взаимодействие аа-тРНК и пептдил-тРНК. Два названных участника должны занимать друг относительно друга строго определенные пространственно близкие позиции, что и имеет место на самом деле.
Решение рибосомой необходимых задач обеспечивается наличием у нее функциональных центров:
Úсвязывания и(м)РНК или М-центр;
Úсвязывания пептидил-тРНК или П-центр;
Úсвязывания аа-тРНК или А-центр;
Úпептидилтрансферазный или ПТФ-центр, катализирующий перенос аминокислоты с аа-тРНК на пептидил-тРНК с образованием пептидной связи, а также участвующий в транслокации пептидил-тРНК из А-центра в П-центр.
М-центр расположен на малой субъединице, ПТФ-центр — на большой, а П- и А-центры имеют свои участки на обеих субъединицах (рис. 2-38). Из приводимой схемы видно, что центры находятся на контактирующих поверхностях субъединиц. В действующей рибосоме между названными поверхностями существует ряд полостей и углублений, в которых размещаются аа-тРНК, пептидил-тРНК, а также выделяются две бороздки. Одна из них удерживает растущую пептидную цепь, вторая — и(м)РНК.
Рис. 2-38. Расположение функциональных центров рибосомы на субъединицах (схема).
Будучи матричным процессом, трансляция включает все необходимые фазы: инициации, элонгации и терминации. О важности фазы инициации уже говорилось. Первым шагом является присоединение и(м)РНК ее нетранслируемой 5' нуклеотидной последовательностью (см. рис. 2-34) к малой субъедице рРНК еще до сборки органеллы (рис. 2-39). При этом размещение инициирующего кодона после сборки рибосомы будет точно отвечать уровню участка П-центра на большой субъединице. У эукариот роль инициирующегопринадлежит кодону аминокислоты метионина—АУГ. Это, однако, не означает, что все образуемые клеткой белки начинаются с этой аминокислоты. Реально полипептид «открывается» аминокислотой, кодируемой следующим триплетом. Метионин, конечно, встречается и во внутренних участках пептидов. Быть кодону метионина инициирующим или шифрующим положение соответствующей аминокислоты в полипептиде решается на уровне метиониновой тРНК. Таких тРНК в клетках две. Одна из них, маркируемая для удобства индексом «i», выбирает инициирующий кодон и(м)РНК. Имеет принципиальное значение, что в эукариотической клетке метионин образует два функционально разных комплекса аа-тРНК: один используется для инициации — Мет-тРНКiМет, другой — для элонгации — Мет-тРНКМет. Инициация трансляции требует участия белковых факторов eIF-1, eIF-2 и eIF-3 (eucariotic Initiation Factors): eIF-3 способствует образованию связи и(м)РНК с малой субъединицей и препятствует преждевременному присоединению большой субъединицы, eIF-2 участвует в связывании инициирующей аа-тРНК. В состав инициирующего комплекса входит также гуанозинтрифосфат (ГТФ), который, гидролизуясь до ГДФ и Рi (пирофосфат, неорганический фосфат), обеспечивает энергией, в частности, установку Мет-тРНКiМет в П-центре и присоединение большой субъединицы. Таким образом, в дебюте трансляции инициирующая метиониновая аа-тРНК играет роль пептидил-тРНК. Из названных участников акта инициации окончательно не выяснена функция eIF-1. Возможно, этот фактор способствует объединению Мет-тРНКiMeт, eIF-2 и ГТФ. Представление о расположении основных участников инициации белкового синтеза дает рис. 2-40.
Рис. 2-39. Инициация трансляции: последовательность соединения главных участников.
Рис. 2-40. Инициация трансляции: взаиморасположение главных участников.
У прокариот (а также в митохондриях эукариот) к метионину, связывающемуся с инициаторной тРНК, присоединяется формильная группа с образованием формилметионина, благодаря чему соответствующий комплекс обозначается как fМет-тРНКifMet.
Фаза элонгации представляет собой циклический процесс, в ходе которого с каждым очередным «шагом» строящийся пептид удлиняется на один аминокислотный остаток. Суть происходящего сводится к тому, что соответствующая аа-тРНК узнает находящийся в данный момент в А-центре кодон и(м)РНК, комплементарный ее антикодону, и занимает требуемое место на рибосоме (рис. 2-41). Благодаря закономерным пространственным отношениям акцепторные зоны пептидил-тРНК (в П-центре) и аа-тРНК (в А-центре) вместе с находящимися в связи с ними аминокислотами оказываются в каталитическом ПТФ-центре, где между аминокислотами образуется пептидная связь. Присоединение к пептиду новой аминокислоты происходит без энергозатрат. Строящийся пептид, увеличивший свою длину на один аминокислотный остаток, переносится из П-центра в А-центр — пептидилтрансферазная реакция. Таким образом, этот пептид оказывается присоединенным к аа-тРНК А-центра, которая теперь с полным основанием может рассматриваться как новая пептидил-тРНК. В элонгации пептида участвует свой набор белковых факторов — EF-1u и EF-1s (англ., Elongation Factors). Первый из них при участии EF-1s организует сборку комплекса аминокислота-тРНК (аа-тРНК) и ГТФ и вместе с комплексом достигает рибосомы. Обратите внимание, что упомянутые факторы элонгации выполняют функции, сходные с теми, которые характеризуют факторы eIF-2 и предположительно eIF-1 фазы инициации. Если антикодон тРНК комплементарен кодону и(м)РНК в А-центре, то аа-тРНК занимает место в названном центре, ГТФ гидролизуется до Рi и ГДФ с выделением энергии и вместе с ЕF-1u покидает рибосому.
Рис. 2-41. Фаза элонгации трансляции: основные этапы. 1-й этап — аминоацил-тРНК присоединяется к кодону в А-центре; 2-й этап — между аминокислотами в А- и П-центрах (пептидил-тРНК) образуется пептидная связь; тРНК П-центра освобождается от аминокислоты (пептида) и покидает рибосому; 3-й этап — рибосома перемещается по и(м)-РНК на один кодон так, что т-РНК, нагруженная пептидной цепочкой, переходит из А-центра в П-центр; свободный А-центр может быть занят соответствующей аа-тРНК.
Хотя местом прикрепления к рибосоме пептидил-тРНК на этом этапе является А-центр, собственно пептидильный фрагмент предположительно располагается в зоне П-центра, что создает стерическое напряжение. Следующим событием является происходящее также с участием каталитического ПТФ-центра и, возможно, с учетом отмеченного напряжения перемещение (трансфер) новой пептидил-тРНК из А- в П-центр. Не исключено, что перемещающийся в область П-центра комплекс пептидил-тРНК, благодаря своей связи через тРНК с «реализованным» кодоном тянет последний также в зону П-центра. Реально это воспринимается как перемещение рибосомы относительно и(м)РНК в направлении ее 3'-конца на один «шаг» (эквивалентен одному кодону или триплету) с экспозицией в зоне А-центра очередного кодона, который будет опознан антикодоном следующей аа-тРНК. тРНК, ранее связанная с П-центром, освобождается и через E-участок (англ., Еxite - выход) этого центра возвращается в цитоплазму. Здесь она может быть использована в новых аа-тРНК. В возвращении пептидил-тРНК в область П-центра участвуют с каталитической функцией белковый фактор элонгации EF-2 — транслоказа и ГТФ как донор энергии.
Описанный процесс продолжается до момента, когда в А-центре рибосомы окажется терминирующий кодон, для которого не существует тРНК — УАА, УАГ или УГА, что соответствует наступлению фазы терминации (завершения) транскрипции (рис. 2-42). Указанные кодоны узнаются белковыми факторами освобождения или терминации eRF (eucariotic Releasing Factors). Их два: один служит для соединения с триплетами УАА и УАГ, второй — с триплетами УАА и УГА. Вследствие соединения фактора терминации со «своим» кодоном в зоне ПТФ-центра возникает гидролазная активность, разрушающая связь между тРНК и пептидом. Полипептид, тРНК и и(м)-РНК покидают рибосому, субъединицы которой, диссоциируя, поступают в цитоплазму и могут быть использованы в синтезе белка повторно.
Рис. 2-42. Завершение (терминация) образования полипептида на рибосоме. 1-й этап — присоединение фактора терминации к нонсенс(стоп)-кодону; 2-й этап — высвобождение завершенного синтезом пептида; 3-й этап — диссоциация рибосомы на субъединицы.
Процесс трансляции у эукариот носит характер «конвейера»: на одной и(м)РНК одновременно строится несколько идентичных пептидов. Это означает, что на нетранслируемом 5'-участке одной и той же информационной РНК последовательно оформляются инициаторные (стартовые) комплексы, собираются функционирующие рибосомы и синтезируются полипептиды. Рибосомы, связанные с одной и(м)РНК, образуют полисому (полирибосому). Смысл полисомного формата белкового синтеза понятен и заключается в повышении производительности процесса.
Представление о некоторых параметрах полисомного «конвейера» дают данные по трансляции глобиновых и(м)РНК в ретикулоцитах (клетки — непосредственные предшественницы зрелых эритроцитов млекопитающих, в том числе человека). Для названного объекта среднее расстояние между рибосомами в полисоме равно примерно 80 нуклеотидам. Так как длина кодирующей (транслируемой) части указанных РНК составляет порядка 430 нуклеотидов, нетрудно подсчитать, что соответствующая полисома содержит 5–6 рибосом. У эукариот рибосомы перемещаются относительно и(м)РНК со средней скоростью до 15 нуклеотидов в секунду. В таком случае скорость включения аминокислот в строящийся пептид составляет примерно до 5 аминокислотных остатков в cекунду. При скорости элонгации в 1–2 аминокислотных остатка в секунду продолжительность трансляции глобиновой и(м)РНК оценивается в 2 мин.
Для осуществления специфической функции образовавшийся полипептид, если он относится к белкам «домашнего использования», должен быть адресно доставлен в соответствующую клеточную структуру (лизосома, митохондрия, пероксисома, ядро) или, если этого требует выполняемая им функция (например, трипсиноген, образуемый экзокринными клетками поджелудочной железы), выведен из клетки. Примеры механизмов, при помощи которых решаются обозначенные выше задачи, приведены в 2.4.4.4-а, 2.4.4.4-б, 2.4.4.4-д.
Процесс трансляции в митохондриях во многом сходен с таковым прокариотической клетки (см. 2.4.5.6-б).
2.4.5.6-а. Механизмы регуляции продолжительности существования в цитоплазме зрелых и(м)РНК: цитофункциональный аспект
В клеточной биологии проблема регуляции количества элементарного конечного продукта внутриклеточного потока биологической (генетической, наследственной) информации — полипептида (простого белка) — воспринимается как важная. Тем более она важна для медицины, поскольку количественная дисрегуляция белковых синтезов может стать причиной развития патологических состояний (к примеру, клеточных дистрофий). Известны примеры генетических патологий, фенотипически проявляющихся в чрезмерном накоплении в клетках веществ из-за того, что при нормальных параметрах их образования вследствие «дефектности», например, лизосомальных ферментов они не разрушаются (сфинголипиды при болезни Тея–Сакса, гликоген при болезни Помпе — см. 2.4.4.4-в). Нет оснований исключать возможность развития клеточной патологии подобного рода в результате функционально неадекватной интенсификации или неоправданно пролонгированного во времени синтеза определенных белков.
Хотя известны генетические механизмы количественной регуляции РНК-овых и белковых синтезов, реализуемые на уровне генетического аппарата клеток (кластерная организация генов рРНК и тРНК, гистоновых белков — см. 2.4.3.4-д; феномен эу- и гетерохроматизации — см. 2.4.3.4-в; политенные хромосомы клеток слюнных желез некоторых насекомых, хромосомы типа «ламповых щеток» в ово(оо)генезе некоторых позвоночных и амплификация генов рРНК в ово(оо)генезе амфибий, полиплоидизация соматических клеток млекопитающих - см. 2.4.3.4-а), немаловажные события количественной регуляции белковых синтезов молекулярная и клеточная биология относят к процессу трансляции и связывают, прежде всего, со стабильностью и, таким образом, «временем жизни» и(м)РНК.
Описаны разные механизмы регуляции стабильности и, следовательно, длительности существования в цитоплазме и участия в белковых синтезах и(м)РНК. Структура тубулиновой и(м)РНК дестабилизируется, например, при наличии в цитоплазме свободных мономеров тубулина (конкретный механизм неизвестен). В нетранслируемой 3'-области и(м)РНК, ответственной за образование рецепторного белка трансферрина, участвующего в транспорте в клетки железа, есть группа из 5 «шпилечных» петель — железочувствительный элемент IRE(англ., Iron-Responsive Element). В отсутствие железа к IRE присоединяется белок, что стабилизирует трансферриновую и(м)РНК: время образования рецептора и, следовательно, его количество в клетке возрастают, обеспечивая поступление железа в требуемом объеме. Правилом для многих короткоживущих и(м)РНК является наличие в 3' нетранслируемых участках «нуклеотидных последовательностей нестабильности» — богатых аденином и урацилом элементов — AURE (англ., Аdenine/Uracil-Rich Elements), с которыми, возможно, соединяются определенные регуляторные белки. Почти все (исключение составляют матричные РНК гистонов) зрелые и(м)РНК имеют на 3'-конце фрагменты из меньшего или большего количества адениловых нуклеотидов — так называемый полиадениловый (поли-А) «хвост». Соединение с указанным «хвостом» определенного белка стабилизирует и(м)РНК, а деаденилирование нередко происходит перед ее распадом. Нуклеотидные последовательности ДНК, ответственные за наличие в пре-и(м)РНК транскриптах, а затем в зрелых и(м)РНК полиадениловых «хвостов», IRE, AURE и т.п. находятся в 3' нетранслируемом районе транскриптона (направление downstream, см. 2.4.5.5).
2.4.5.6-б. Биосинтез белков в прокариотической клетке
Белковый синтез в клетках прокариот организован в принципе так же, как у эукариот. Однако есть ряд отличий. Так, речь идет о меньших размерах рибосомы (70S) и строящих ее субъединиц (50S и 30S). Основу большой субъединицы прокариотической рибосомы составляют молекулы рРНК двух (отсутствует 5S рРНК), а не трех разных типов. Количество рибосомальных белков меньше — 34 в большой и 21 в малой субъединице. Некоторые различия существуют в наборе белковых факторов инициации, элонгации и терминации трансляции.
Определенные особенности биосинтеза белков у прокариот заслуживают специального внимания. Для прокариот характерен полицистронный формат, в соответствии с которым образование конкретных полипептидов (белков) жестко сопряжено во времени, т.е. происходит одним блоком (оперон) с группы генов (цистронов), контролирующих образование белков, ответственных за необходимые стадии (стороны) одного функционально-метаболического пути или цикла. Так, лактозный оперон (lac-оперон) микроорганизма кишечной палочки (E. coli), дающий бактерии возможность в отсутствие глюкозы утилизировать лактозу (молочный сахар), имеет три цистрона (гена). Их одновременная активация и экспрессия (транскрипция и трансляция) необходима в силу того, что один из цистронов контролирует образование ключевого фермента b-галактозидазы, катализирующего гидролиз b-галактозида лактозы до глюкозы и галактозы, второй — образование транспортного белка b-галактозидпермеазы, обеспечивающего проникновение лактозы в микробную клетку, третий — синтез белка галактозидтрансацетилазы, защищающего бактерию от неметаболизирующихся, потенциально токсичных b-галактозидов. Каждая их образующихся вследствие транскрипции блока взаимосвязанных цистронов (генов) и(м)РНК имеет собственный инициирующий трансляцию участок и кодон-терминатор. В качестве инициирующего участка выступает находящаяся на 5'-конце нуклеотидная последовательность Шайна–Дальгарно, связывающаяся с 16S-рРНК малой субъединицы. Эта последовательность отсутствует у эукариот, у которых соответствующую роль выполняет, по-видимому, «кэпированный» метилированным гуаниновым нуклеотидом участок нетранслируемой 5'-последовательности и(м)РНК. После присоединения этим участком известных белков осуществляется связь и(м)РНК и малой (30S) субъединицы бактериальной рибосомы. Одновременно транскрибируемые и далее транслируемые в белки цистроны составляют единый функционально-генетический блок — оперон с единым механизмом регуляции, поскольку выпадение синтеза хотя бы одного белка делает всю ситуацию функционально бессмысленной. Полицистронный формат генетического обеспечения клеточных функций характеризует синтез так называемых индуцируемых (индуцибильных) белков, прежде всего ферментов, непременным условием образования которых клеткой должно быть наличие соответствующего субстрата (в рассмотренном примере молочный сахар - лактоза).
Для эукариот типичен моноцистронный формат организации белкового синтеза с соответствующими регуляторными механизмами, хотя индуцибильные гены у них также имеются.
В инициации трансляции у прокариот участвует химически модифицированный метионин — формилметионин. Функциональный резон этого неясен. У прокариот имеет место сопряжение транскрипции и трансляции. В частности, трансляция у них осуществляется на фрагментах и(м)РНК без утраты их связи с ДНК, то есть при идущей транскрипции. Белокобразующий комплекс прокариот, таким образом, представлен кольцевой молекулой ДНК, перемещающейся по ней РНК-полимеразой, фрагментом синтезируемой и(м)РНК, продвигающимися по этому фрагменту рибосомами, строящимся пептидом.
2.4.5.7. Надежность внутриклеточного потока биологической (генетической) информации. «Контроль качества» и(м)РНК и белков