яснить очевидную синхронность регуляции этих трех генов, Жакоб и Моно предположили^ что они образуют одну транскрипционную единицу, которая транскрибируется в виде одного «куска» мРНК.

[> В табл. 15-1 н на рис. 15-1 использованы генетические символы lac Z, lac Y и т. д. Однако эти же гены часто обозначают (как это сделано здесь) строчными буквами.

" гш*а;'15''

В отличие от других транскрипционных фрагментов оперон находится под контролем специального участка молекулы ДНК, расположенного в начале (на З'-конце матричной цепи) оперона. Первая часть этого регуляторного участка известна под названием промотора (р). Промотор — это участок ДНК, в котором происходит в самом начале присоединение РНК-полимеразы к ДНК; значения констант связывания, характеризующих присоединение РНК-полимеразы к промоторам, •очень велики. Сильное влияние на скорость ассоциации и инициации могут оказывать специальные регуляторные белки. Один из них — ?сАМР-рецепторный белок (САР)—имеет важное значение для iac-оперона. Он также связывается в промоторном участке (рис. 15-3).

Непосредственно по соседству с промотором расположен оператор (о)—место связывания репрессора (R). Когда оператор свободен, транскрипция запускается и, пройдя операторный участок, доходит до генов, детерминирующих синтез трех указанных выше белков. Но если оператор связан с репрессором, транскрипция блокируется. В то время когда была впервые предложена модель оперона, химическая природа репрессора была неизвестна. Сейчас, однако, уже известно, что в некоторых случаях репрессорами служат белки. Все хорошо изученные репрессоры представляют собой олигомерные белки, способные подвергаться аллостерическим изменениям. Так, /ас-репрессор состоит из четырех идентичных субъединиц с мол. весом 37 200, каждая из которых содержит 347 аминокислотных остатков. В каждой субъединице имеется один участок для связывания с оператором и другой (аллосте-рический) для связывания с эффектором (на рис. 15-3 для простоты вместо четырех субъединиц изображены только две).

/ас-Оперон обычно находится в репрессированном состоянии и активируется лишь в присутствии индуктора1). На основании этого Жакоб и Моно постулировали, что с оператором связывается свободный <репрес-сорный белок. В присутствии индуктора конформация репрессора изменяется, и сродство репрессорного белка к операторному участку в результате нарушается. Таким образом, при наличии индуктора оператор не блокирован и гены транскрибируются [36].

Важную роль в контролировании оперона играет регуляторный ген, детерминирующий синтез репрессорного белка. В случае /ас-оперона данный ген (известный под названием t'-гена) локализован непосредственно перед /ас-опероном (рис. 15-3). Однако регуляторный ген некоторых других оперонов располагается на значительном расстоянии от них. Так, gaZ-аперон Е. coli [41] (детерминирующий синтез ферментов, участвующих в метаболизме галактозы) расположен на карте в положении, соответствующем 17 мин, а его регуляторный ген — в положении, соответствующем 61 мин.

Скорость транскрипции регуляторных генов обычно очень низка, но держится на постоянном уровне. Возможно, это объясняется тем, что РНК-полимераза медленнее инициирует синтез цепей РНК на промо-торных участках регуляторных генов. Так, в каждой клетке Е. coli в норме содержится всего лишь около 10 молекул /ас-репрессорного •белка. Поскольку репрессоры имеют очень важное значение для регуляции метаболизма, регуляторные гены представляют чувствительные участки для мутаций. Так, например, мутация регуляторного гена может привести к образованию дефектного репрессора, неспособного более

J) Длительное время считали, что роль индуктора играет сама лактоза. Однако в действительности оказалось, что эта роль принадлежит аллолактозе (|3-D-Gal-/?-(l—»--^-*-6)D-Glc), В экспериментальных исследованиях чаще всего используют нефизиологические индукторы типа изопропил-р^Э-тиогаЛактозида.

связываться с оператором. В этом случае транскрипция оперона не будет контролироваться и мРНК начнет синтезироваться быстрее, В таком мутантном штамме (в отличие от обычного штамма i+ его обозначают i~) синтез фермента, за который ответственен данный ген, становится «конститутивным», т. е. таким же, как синтез ферментов центральных путей метаболизма. Последние синтезируются регулярно в больших количествах, выйдя из под контроля репрессором. Хорошо известны также и конститутивные операторные мутанты (ос). В этом случае репрессор не может связываться с операторным участком ДНК из-за измененной нуклеотидной последовательности в операторе.

а. Нуклеотидная последовательность регуляторного участка 1ас-оперона

Замечательное достижение последних лет состоит в установлении нуклеотидной последовательности ДНК Е. coli, в цромоторно-оператор-ном участке /ас-оперона. Эта последовательность включает конец t'-гена и начало 2-гена (рис. 15-4) [39]. Детальное генетическое картирование этой области позволило точно установить нуклеотидную последовательI-ген

Промотор, места связывании ?