Молекулярные механизмы генетических процессов. Избранные лекции по курсу "Генетика с основами селекции". Буторина А.К - 47 стр.

                                     47
      При замене глюкозы на лактозу белок-репрессор временно инакти-
вируется под действием субстрата - лактозы. Белок-репрессор отсоединя-
ется от оператора, что открывает путь молекулам РНК-полимеразы для пе-
ремещения и транскрипции трех генов в составе одной полицистронной
молекулы мРНК. Т.е. структурные гены, освобожденные от контроля опе-
ратора, начинают экспрессироваться, продуцируя адаптивные ферменты,
утилизирующие лактозу. Снижение концентрации субстрата - лактозы (по-
сле его расщепления адаптивными ферментами) вновь является сигналом к
соединению белка-репрессора с оператором и прекращения транскрипции
генов lac-оперона. Т.е. синтез трех ферментов происходит только в том
случае, когда в этих ферментах возникает потребность.
      Удаленность гена-регулятора от оперона свидетельствует о том, что
репрессор – это растворимый в цитоплазме продукт, присутствующий в
активной форме при наличии в среде глюкозы и инактивированный при
замене глюкозы на лактозу.
      Схема регуляции действия генов в системе lac-оперона у E. coli на-
звана негативной, т.к. продукт гена-регулятора, связываясь с опероном, за-
прещает транскрипцию, т.е. действует негативно на экспрессию генов.
      В короткое время эта модель Ф. Жакоба и Ж. Моно оказалась в цен-
тре внимания биологов всего мира, поскольку впервые позволила увидеть
реальный механизм регуляции активности генов.
      Позже было установлено, что наряду с негативной системой регуля-
ции lac-оперон находится и под позитивным контролем. Еще в 40-х годах
XX века было известно, что если клетки E. coli выращивать на среде с
глюкозой и лактозой, то утилизация лактозы начнется лишь после того,
как будет использована вся имеющаяся в среде глюкоза. Расшифровать
механизм глюкозного эффекта сумели Р. Перлман и А. Пастан, обнару-
жившие, что транскрипция lac-оперона контролируется молекулой эффек-
тором - циклическим аденозинмонофосфатом (cAMP) и белком-
активатором - Cap-белком (от англ. catabolite gene activation protein- белок,
активирующий катаболические гены). Их присутствие вызывает не ре-
прессию, а напротив, активирование транскрипции. Без Cap-белка РНК-
полимераза не может связаться с опероном и начать транскрипцию. Всту-
пив в комплекс с cAMP, Сap-белок активизируется и только после этого
присоединяется к своему сайту (Cap-участку) на промоторе, многократно
(почти в 50 раз) усиливая транскрипцию генов lac-оперона. Причем,
транскрипция lac-генов возможна только при недостатке или отсутствии
глюкозы. В этом случае повышается концентрация cAMP, который форми-
рует комплекс Cap-cAMP, соединяющийся с промотором и дающий воз-
можность РНК-полимеразе попасть в участок первоначального связыва-
ния. При избыточном количестве глюкозы концентрация cAMP сильно
снижается и комплекс Cap-cAMP образоваться не может, в результате чего
РНК-полимераза не может связаться с промотором и lac-гены не транскри-
бируются. cAMP в бактериях получил название “сигнал голода”.