Регуляция биосинтеза белков на этапе транскрипции

Введение

Проблемы, связанные с регуляцией метаболических процессов – важнейшие в системе биохимических знаний, и делятся на два больших класса:

1.Представления о молекулярных механизмах процессов регуляции, которые являются, скорее, предметом молекулярной биологии и, частично, молекулярной генетики.

2.Феноменологическое выражение последствий регуляторных событий, определяющее направление протекания биохимических процессов, что, собственно, и является предметом биохимии. Именно последний аспект проблемы будет лежать в основе представленного материала, но, учитывая небольшой объем пособия, ограничимся лишь некоторыми ключевыми вопросами. Для более детального ознакомления с проблемой следует обратиться к фундаментальным трудам.

1. Основные определения

Регуляцией метаболизма называется управление скоростью биохимических процессов путем обратимого изменения количества белковых посредников, участвующих в этих процессах, или их активности.

Белковый посредник – более общий и точный термин, чем термин фермент. Хотя во многих биохимических процессах белковые посредники представляют собой именно ферменты – катализаторы химических превращений субстратов, но, например, в транспорте субстратов через биологические мембраны перенос опосредуется белками, не являющимися ферментами, так как они не катализируют каких-либо химических реакций, а обеспечивают узнавание и транслокацию субстратов.

В отдельных случаях роль посредника выполняют не белки, а рибонуклеопротеиды или сама РНК, но это, скорее, исключение.

В соответствии с приведенным определением следует выделять два основных уровня регуляции: биосинтеза белковых посредников; их активности.

Оба уровня жизненно необходимы для организма, и мутанты с нарушением хотя бы одного, как правило, вытесняются из популяции.

2. Регуляция биосинтеза белков

Биосинтез белков складывается из процессов непосредственного построения и модификации белковой молекулы, а также из «подготовительных» процессов: репликации генетического материала и его транскрипции.

Репликация ДНК подробно рассматривается в курсах молекулярной биологии и фундаментальных учебниках биохимии. Мы остановимся лишь на некоторых принципиальных вопросах, имеющих значение для регуляции биосинтеза белка.

Необходимо отметить, что термин хромосома как место локализации ДНК применим только к клеткам эукариот, тогда как часто используемый термин бактериальная хромосома неточен и лучше говорить о генофоре или нуклеоиде, подразумевая под этими терминами ДНК-РНК-белковый комплекс.

Еще точнее термин геномный эквивалент, так как часть ДНК в бактериальной клетке присутствует в нескольких копиях. Если в бактериальную клетку поступает дополнительный фрагмент ДНК, несущий новые аллели тех же локусов, то возникает так называемый меродиплоид.

3. Особенности процесса репликации

Как и в случае биосинтеза других биополимеров, процесс репликации ДНК включает три этапа: инициацию, элонгацию и тер-минацию. Для репликации характерны следующие особенности:

1. Она осуществляется по полуконсервативному механизму, причем цепи ДНК антипараллельны (З'конец содержит остаток ортофосфата — Р, а 5' конец — ОН) и последующей транскрипции подвергается только одна цепь:

2.Синтез, по-видимому, протекает прерывисто и в направлении 5' 3'.

3.Каждая цепь начинается с РНК-затравки, фрагменты объединяются ДНК-лигазой с выщеплением РНК.

4.Система репликации является мультиферментной, в нее входят 2–3 ДНК-полимеразы, ДНК-лигаза, топоизомеразы, необходимые для расплетания цепей ДНК и последующей их сверхспирализации. ............