Ген-оператор структурные гены

───────────────|──────────────────────

─────┬────────┬|┬─────────────────────

╚════════╩═╝ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - м-РНК (транскрипция)

РНК-полимераза

~~~~~~~~~~~~~~~~ - и-РНК (процессинг)

┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┐ - белок-продукт

┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┘ (трансляция)

При накоплении достаточного количества белка-продукта происходит реакция его взаимодействия с комплексом индуктор – белок-репрессор. При этом молекулы индуктора разрушаются. Белок-репрессор освобождается (рис. 4).

Рисунок 4. Разрушение молекулы индуктора и освобождение белка-репрессора.

Белок-репрессор

┌───────────┐

╞═══════════╡ ┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┐ - белок-продукт

└───────────┘ ┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┘

Индуктор

Белок-репрессор

┌───────────┐

└───────────┘ ┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┐ - белок-продукт-терминатор индуктора

┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┘

┌──┐┌───────┐

└──┘└───────┘ -распад индуктора

В заключении освобожденный белок-репрессор вытесняет РНК-полимеразу со своего "законного" места и закрывает подход к структурным генам. Тем самым, процесс биосинтеза белка прекращается – структурные гены выключаются – переходят в исходное состояние (рис. 5).

Рисунок 5. Выключенное (исходное) состояние структурных генов

Ген-оператор структурные гены

───────────────|───────────────────────

───┬═══════════|───────────────────────

└───────────┘ - белок-репрессор

│ │ │

╚════════╩═╝ - РНК-полимераза

Гипотеза Жакоба-Моно была обоснована результатами исследования культуры кишечной палочки, жившей на питательной среде с глюкозой. При пересадке ее на питательную среду с лактозой скорость роста колонии снижалась, но затем восстанавливалась после включения гена, ответственного за синтез ферментов расщепляющих лактозу. В этом случае, индуктором была сама лактоза, а реактиватором белка-репрессора был белок-продукт (фермент для расщепления лактозы).

У более сложных эукариотов и многоклеточных организмов включение и выключение генов может опосредоваться несколькими промежуточными веществами и медиаторами нервной системы. Тем не менее, общая схема регуляции активности генов остается подобной той, что описана у Жакоба и Моно.

Дальнейшие исследования по клонированию лягушки (Гёрдон) и млекопитающих, доказали определяющее значение белков-репрессоров и индукторов в индивидуальном развитии особей.

Открытие системы белков-репрессоров, контролирующих большую часть структурных генов, и принципиальная возможность их дерепрессии открывает перед медицинской генетикой фантастические перспективы. Если научиться избирательно включать и выключать определенные гены, то можно, например, восстанавливать у больных людей любые органы и даже ампутированные конечности.