136

13.10. REGULACJA EKSPRESJI INFORMACJI GENETYCZNEJ

Ponieważ raczej żadna komórka nie przeprowadza wszystkich możliwych reakcji bi u3bL w tym samym czasie (a co za tym idzie - nie potrzebuje w danej chwili wszystkich możr 2*3 mów, jakie jest w stanie zsyntetyzować), istnieje konieczność regulacji ilości i aktywności"^ * które sterują owymi reakcjami. Można to uczynić na różnych poziomach aktywności

Poziomy regulacji metabolizmu

Przykłady	Poziom regulacji		ć? Cj			o
			Q CL			_ 0
wpływ insuliny na poziom cukru	REGULACJA HORMONALNA		TT O		>	i 3
we krwi; wpływ sterydów na			3 o»		0
transkrypcję pewnych odcinków			xr n		rr Q	S-s
DNA			'		a n‘ rs	2
modyfikacja allosteryczna	KONTRLOA AKTYWNOŚCI				■<	--
i odłączenie koenzymu	GOTOWYCH ENZYMÓW				~ 0
usuwanie odcinków sygnałowych zasłaniających	OBRÓBKA POSTTRANSLACYJNA	cT 7T O		1 s Z3	3	O o
centrum aktywne		Ź		,a	3 2.	2 7~i n Q <
wpływ na szybkość translacji	TRANSLACJA			TT O 3	cr O	*
składanie eksonów; redagowanie	OBRÓBKA POTRANSKRYPCYJNA	3 Q		O' X- o $	n' 3 c	1 M o-"5 ol
indukcja i represja genów	TRANSKRYPCJA	O O ś		*<
	REPLIKACJA	Nie należy do mechanizmów
		kontrol		metabolizmu

Regulacja u Procaryota

Ponieważ najkorzystniejszym z punktu widzenia komórki sposobem regulacji metabolizmu jest sposób najtańszy (przy założeniu jego skuteczności), bezjądrowe chętnie kontrolują działanie genów już na poziomie transkrypcji. Jest to o tyle łatwiejsze dla nich, że ich DNA zawiera praktycznie wyłącznie sekwencje unikatowe (tylko kodujące), więc mRNA jest ciągiem liter, oznaczających same geny. Geny te często zorganizowane są w zespoły, zwane operonami.

Operon

Każdy operon zawiera w swym składzie:

3 geny struktury - geny kodujące enzymy danego szlaku metabolicznego.

promotor - sekwencja wyznaczająca miejsce przyłączenia polimerazy RNA do DNA. operator — sekwencja nukleotydów DNA (znajdująca się między promotorem, a genami ry) wyznaczająca miejsce ewentualnego przyłączenia białka regulatorowego.

represor (gen regulatorowy) - gen kodujący białko regulatorowe, zlokalizowany n< w miejscu DNA odległym od genów struktury (patrz s.269).

Często operony zorganizowane

są w wyższe jednostki, zwane regulonami. Regulony w praktyce obejmują kilka operonów, związanych z przemianami wybranej grupy związków chemicznych (np. u pałeczki okręż-nicy w regulon zorganizowane są operony: laktozowy, malto-zowy i arabinozowy).

promotor

operator

DNA

białko 1

• miejsce ' przyłączania ; polimerazy ; RNA

miejsce

przyłączania

białkowego

regulatora

gen zawierający

informację o budowie białka 1

■ gen

ODCINKI DNA NIEKODUJĄCE

Model organizacji operonu prokariotycznego

gen kodujący! gen kodujący, 9

białko 2

zawiera-

, iqcy

¹ informację j o budowie • białka 2    _

GENY STRUKTU^rY

Operon laktozowy

kładem operonu reprymowanego (wyłączonego) i indukowalnego (możliwego do włą-jesl P^rzy , (_a|<iego operonu jest inicjowanie synłezy stosownych enzymów wyłącznie w czasie Emilio)' . „komórce substratów do reakcji katalizowanej przez te enzymy. Na co dzień gen repre-■■ w wyniku której powstaje białko represorowe, przyłączające się do opera-

ości ’

uleg°

ekspresji,

|_eks laki blokuje promotora, do którego nie może przyłączyć się polimeraza RNA.

Komp    .-.Ic tilannin otcnroci! <wti mrin łmionin cir» ndy W komórce pojawi się Sub-

tym samym promotora i uru-

(pro- *. _y struktury nie ulegają ekspresji. Sytuacja zmienia się, gdy W ^e*^ekCM_0za) który wiąże się z białkiem represorowym, odsłaniając tyr

ekspresję genów struktury. Substrat odgrywa więc tu rolę induktora

_chamia|Q^c

_Brak laktozy w r ozywce

l    ¹

promotor operator gen I

mRNA

aktywne białko represorowe

gen l

gen III

DNA

BLOKADA TRANSKRYPCJI

Y T Y

Laktoza obecna w pożywce

| promotor operator

za jako 4^-wator

zdeza ktywowa n e białko represorowe

W

gen I

gen I

gen III

DNA

I \

laktoza jako substrat.

I polimeraza Y RNA

mRNA

p-galakto żyda za

___yxj

glukoza

r    Operon łrypłofanowy

Jest przykładem operonu indukowanego (włączonego) i reprymowalnego (możliwego do wyłącze-^n|a). Rolą takiego operonu jest zahamowanie syntezy stosownych enzymów w momencie nadwyżki danego produktu. Tutaj białko represorowe nie pasuje przestrzennie do operatora. W efekcie następuje stała ekspresja genów struktury i stała synteza produktu (tryptofan). W momencie nadwyż-J P^r°duktu ten wiąże się allosterycznie z białkiem represora, które zmienia konfigurację prze-enną, przyłącza się do operatora i blokuje promotora. Ekspresja genów struktury zostaje amowana. Produkt odgrywa więc tu rolę korepresora.

^,skie stężenie tryptofanu

^b;ałko

promotor operator gen I

białko

represorowe

(nieaktywne)

stężenie tryptofanu

^S6n i !

^rePresora ¹ i P^romotor operator

i i

polimeraza RNA

gen I

gen I

gen I

gen IV

gen '

DNA

| polimeraza RNA

mRNA

substrat ^{enZymy bi0Syn,eZy ,r}yP^tofonu _tryptofon

gen I

gen III

gen IV gen V

DNA

białko represorowe (aktywne)

BLOKADA TRANSKRYPCJI