2020-07-25 18:15:00
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.
930 viewsedited 15:15