Менее определенной оказывается ситуация с транскрипцией. Длительное время считалось, что скорость элонгации в транскрипции является такой же постоянной величиной, как и в репликации. Но появляется все больше сведений о том, что в транскрипции она может варьировать.

Существует тесное сопряжение между элонгацией РНК в процессе транскрипции и элонгацией полипептидной молекулы в процессе трансляции, и выражается оно не только в пространственном сопряжении процессов, как это имеет место при аттенюации, но и в регуляторном воздействии через молекулы эффекторов. Торможение элонгации трансляции приводит к синтезу специфического эффектора гуанозинтетрафосфата, который существенно влияет на процесс транскрипции.

Дефицит энергии также тормозит гидролиз ppGpp, так как активность пирофосфатгидролазы АТР-зависима. Таким образом, при аминокислотном голодании не только стимулируется синтез PpGpp, но и тормозится его гидролиз.

Кроме этого механизма, по-видимому, существует еще один путь синтеза ppGpp, так как при дефиците источников энергии он накапливается даже в клетках мутанта Escherichia coli. У некоторых бацилл и стрептомицетов установлен фактор, независимый от рибосом, катализирующий синтез ppGpp при снижении уровня АТР в клетке. Накопление ppGpp в клетках приводит к резкому торможению образования стабильных форм РНК и, соответственно, к торможению формирования аппарата трансляции, избыточное количество которого в условиях голодания становится излишним и даже вредным. Это и есть так называемый строгий контроль. Одновременно подавляется транскрипция локусов рибо-сомных белков и факторов элонгации трансляции. Однако ppGpp оказывает и положительное действие на транскрипцию: он стимулирует транскрипцию некоторых аминокислотных регулонов, а также регулонов азотного метаболизма.

Кроме влияния на транскрипцию ppGpp регулирует активность ряда ключевых ферментов метаболизма, участвующих в образовании нуклеотидов, фосфолипидов, пептидогликана, в транспорте азотистых оснований и т.д. Наконец, ppGpp активирует некоторые протеолитические системы клетки, ускоряя внутриклеточный протеолиз.

Все изложенное делает понятной необходимость тонкой регуляции уровня ppGpp в клетке.

Необходимо отметить, что гуанозинполифосфаты аналогичного или иного строения обнаружены в клетках многих про- и эукариот, где они выполняют различные регуляторные функции.

Таким образом, сопряженный процесс транскрипции-трансляции оказывается во многих случаях решающим этапом приспособления клетки к условиям голодания, например при переносе на бедную среду.

При обратной ситуации – переносе клеток на богатую среду (shift-up) именно процессы сопряженной транскрипции-трансляции являются наиболее узким местом метаболизма, лимитирующим общую скорость роста популяции.

После обогащения среды происходит «вспышка» синтеза белка, тРНК переходит в «заряженное» состояние, в результате резко снижается образование ppGpp и запускается быстрый синтез стабильных форм РНК, чему способствует множественная репрессия ранее функционировавших оперонов, В итоге синтез белка и скорость роста увеличиваются, пока позволяет сопряженное функционирование процессов транскрипции-трансляции.

Из всего изложенного следует практический вывод, касающийся селекции и конструирования штаммов-продуцентов, способных к «сверхсинтезу» ценных продуктов. Например, для стимуляции синтеза аминокислот образование ppGpp оказывается полезным, поэтому более перспективными продуцентами могут оказаться штаммы Ret. Напротив, конструирование штаммов, образующих белковые продукты, предполагает необходимость подавления внутриклеточного протеолиза, что требует использования штаммов Ret или других условий, подавляющих образование ppGpp.

Похожие материалы:

Аппарат трансляции
Основными участниками процесса считывания информации, закодированной в последовательности мРНК, являются аминоацил-тРНК-синтетазы, тРНК, рибосомы, белки, связанные с рибосомами, и некоторые другие белки. Они ответственны за инициацию, эло ...

Методы идентификации нейронов и прослеживание их связей
Хотя техника Гольджи все еще широко используется, многие новые подходы облегчили функциональную идентификацию нейронов и синаптических связей. Молекулы, которые окрашивают нейрон полностью, могут быть инъецированы через микропипетку, кото ...

Концепция «3R»
Концепция 3R [reduction, refinement and replacement] – сокращения, усовершенствования и замены по отношению к экспериментированию на лабораторных животных была впервые предложена Расселом и Берчем [Russel&Burch] в их трактате под наз ...