2014-02-03
2003
Ген-оператор структурные гены
Белок-репрессор
Индуктор
Белок-репрессор
Белок-продукт
РНК-полимераза
Ген-оператор структурные гены
───────────────|──────────────────────
─────┬────────┬|┬─────────────────────
╚════════╩═╝ ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ - м-РНК (транскрипция)
~~~~~~~~~~~~~~~~ - и-РНК (процессинг)
┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┘ (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-продукт
└───────────┘ ┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┴┘
┌───────────┐
└───────────┘ ┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┬┐ - 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
───────────────|───────────────────────
───┬═══════════|───────────────────────
└───────────┘ - 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.
Живые организмы подчиняются общим закономерностям кибернетики (науки об управлении), открытым Норбертом Винером (1948).
Стационарное состояние любой живой системы создает оптимальные условия для выживания в изменяющихся условиях среды обитания.
Гомеостаз – это постоянство внутренней среды организма.
Адаптация (приспособление) – это система механизмов, поддерживающих гомеостаз.
Классическая схема кибернетической регуляции живой системы состоит из 4 главных элементов (рис. 6): 1-входа, 2-модулятора, 3-выхода 4-обратной связи (отрицательной или положительной).
Рисунок 6. Элементы кибернетической системы.
