Молекулярные механизмы экспрессии генов прокариот
Первая модель регуляции генной активности была предложена Жакобом и Моно. Моно изучал процесс утилизации лактозы E. Coli и обнаружил, что в ее утилизации задействовано 2 фермента: β-галактозидаза, расщепляющая на глюкозу и галактозу, и 2-й пермиаза, обеспечивающая транспорт лактозы в клетку бактерий. Появлялся 3-й фермент-спутник – трансацетилаза. Эти три фермента всегда активны синхронно. Отметили, что должен быть какой-то ген – регулятор. Продукты этого гена должны иметь точку приложения, воздействие с которой ген регулятор должен был вкл/выкл синтез ферментов. Ферменты появлялись при наличии лактозы. Предположили, что должен быть индуктор, индуцирующий активность комплекса. Модель оперона у прокариот. Существует ген I (ингибитор), а в другом участке блок Lac-оперон, состоящий из промотора, оператора (место связывания белка репрессора, репрессор – белок, препятствующий синтез иРНК) и три структурных гена. РНК-полимераза присоединяется к участку в начале гена - Промотору. В этом районе начинается синтез РНК, считывая информацию с ингибитора. I-белок имеет 2 центра сродства. Один подходит к оператору, другой к лактозе. При отсутствии лактозы конфигурация белка-репрессора такова, что открыты центры сродства к оператору. Когда лактоза оказывается рядом с белко-репрессором, то она связывается со своими цетрами, образуя устойчивый комплекс. Оператор освобождается и РНК-полимераза начинает считывать информацию. В результате строятся ферменты, расщепляющие лактозу, и участвуют в ее активном транспорте через мембрану клетки. После этого белки-ингибиторы открывают центры сродства к оператору, к которому она опять присоединяется, препятствуя синтезу иРНК. Если теряется при мутации сродство к лактозе, то теряется сродство к оператору. Если мутация в операторе, то изменится сродство к гену-регулятору.
Эукариот
Экспрессия генов эукариот отличатся от прокариот. Уэукариот имеются три типа РНК-полимераз. РНК-полимераза1 катализирует транскрипцию рибосомальных генов. РНК-полимераза2 катализирует транскрипцию всех структурных генов. РНК-полимераза3 катализирует транскрипцию тРНК и 5S-рибосомальной РНК (катализирует образование мяРНК, присутствующие только у эукариот). Промоторный участок (промотор – участок присоединения РНК-полимеразы) у эукариот более длинный. Здесь три последовательности: одна проксимальная и две дистальные. В проксимальной основной мотив ТАТА. У эукариот это бокс Хогнеса-Гольдберга, у прокариот – прибнов бокс (ТАТААТ в проксимальном положении, ТТGАСА – в дистальном положении). Особенность дистальной последовательности заключается в том, что с одной стороны они имеют GC-основания и образуют шпильку посредством инвертированного повтора, и освобождается транскрибируемая нить РНК. Терминирующая последовательность содержит мотив ААУААА. Терминирующая последовательность расположена у конца, представленным поли-А. У эукариот любой ген представляет чередующиеся кодирующими и некодирующими последовательностями. Кодирующие – экзоны, некодирующие – интроны. Иногда внутри экзоны может быть встроен небольшой интрон. У эукариот встречаются усилители, узнаваемыми белками. Они могут быть расположены достаточно далеко от начала транскрипции. Усилитель и связанный с ним белок приближаются к участку связывания РНК-полимеразы с ДНК. Существуют "глушители", подавляющие транскрипцию. Активная транскрипция гена становится возможной после того, как на ДНК соберется крупный белковый комплекс, включающий факторы транскрипции и РНК-полимеразу. Пространственные структуры белковых факторов должны быть хорошо "подогнаны" друг к другу, обеспечивая работу гена, либо его выключение.