Коротко о самом изученном гене бактерий Да, речь сегодня пойд | БиоЛогика
Коротко о самом изученном гене бактерий
Да, речь сегодня пойдет о лактозном опероне, правда, это целая группа генов, отвечающих за метаболизм лактозы. Лактоза - это сахар, но он менее "вкусный" для бактерий, чем глюкоза, поэтому они потребляют его только если нет глюкозы, но есть лактоза. Как это работает?
В лактозном опероне есть 3 гена после одного общего промотора (специальная последовательность, необходимая, для того, чтобы считывание информации с ДНК началось). Эти гены даже переписываются с ДНК на одну общую молекулу РНК! Это логично: повару удобно переписать из поваренной книги (ДНК) на один листочек (РНК) рецепты блюд, которые всегда подаются вместе. Какие же гены составляют этот бизнес-ланч?
- Lac Z кодирует фермент β-галактозидазу, которая расщепляет лактозу на галактозу и глюкозу
- Lac Y кодирует мембранный белок пермеазу, которая транспортирует лактозу внутрь клетки
- Lac A кодирует фермент, который нужен для обезвреживания токсичных веществ, которые также проникают в клетку, используя пермеазу
В регуляции лактозного оперона есть два ключевых игрока: Lac-репрессор, который блокирует лактозный оперон, если лактозы нет в питательной среде, и CAP, который активирует оперон, если нет глюкозы. Как они это делают?
Из-за базового уровня активности лактозного оперона (белки производятся, но их мало), когда в среде появляется лактоза, она проникает за счет пермеазы в клетку, а потом, за счет β-галактозидазы, превращается в аллолактозу. Пока лактозы, а значит, и аллолактозы, нет, регуляторный белок репрессор связан с оператором. Оператор - это последовательность ДНК перед промотором, которую распознает репрессор. При этом последовательность перекрывается с промотором, поэтому, когда репрессор сидит на операторе, РНК-полимераза не может сесть на промотор и считывать информацию о белке, промотор просто физически недоступен. Но когда появляется аллолактоза, репрессор связывается другой своей частью с аллолактозой, меняет конформацию, и теперь не связывается с ДНК. Промотор свободен, РНК-полимераза активна,и ферментов для усвоения лактозы становится намного больше.
Однако сама по себе РНК-полимераза всё равно плохо работает: она садится на промотор, а затем быстро отваливается. Но, как вы помните, у нас есть активатор - CAP. Когда глюкозы много, он не активен. Напротив, когда глюкозы мало, транспортерам глюкозы через мембрану клетки "нечего делать", и они начинают сообщать об этом: превращать АТФ в цАМФ (специальная сигнальная молекула). цАМФ связывается с CAP, и теперь CAP активен. Он распознает специальный участок ДНК рядом с лактозным опероном и связывается с РНК-полимеразой, можно сказать, удерживает, чтобы та не отваливалась от ДНК. Кроме лактозного оперона, CAP влияет на множество других генов: он в целом активирует метаболизм, когда глюкозы мало и нужно получать энергию из других источников.
Ну что же, теперь вы понимаете, каким образом бактериям удается не тратить ресурсы на синтез ненужных в данный момент белков! За счет lac репрессора, который связывается с оператором и активатора CAP ферменты для усвоения лактозы синтезируются только тогда, когда есть лактоза, но нет более вкусной глюкозы. Картинка ниже обобщает всё сказанное.
