28.6. Циклический AMP стимулирует транскрипцию многих индуцибельных катаболических оперонов

Давно уже известно, что в клетках Е. coli, растущих на глюкозе, активность катаболических ферментов, таких, как b-галактозидаза, галактокиназа, арабинозо-изомераза и триптофаназа, находится на очень низком уровне. Очевидно, было бы совершенно излишним синтезировать эти ферменты в условиях изобилия глюкозы. Молекулярный механизм такого ингибирующего действия глюкозы, получивший название катаболитная репрессия, был расшифрован. Ключом к выяснению этого вопроса явились данные о том, что глюкоза понижает концентрацию циклического AMP в клетках Е. coli. Затем обнаружилось, что экзогенный циклический AMP снимает состояние репрессии, обусловленное присутствием глюкозы. Последующие биохимические и генетические исследования показали, что циклический AMP стимулирует инициирование транскрипции многих индуцибельных оперонов.

Циклический AMP, синтезированный в отсутствие глюкозы, связывается с БАК (белковый активатор катаболизма) - белком, представляющим собой димер из субъединиц массой Комплекс БАК с циклическим AMP стимулирует транскрипцию, связываясь вблизи от многих промоторных участков; БАК без AMP такой способностью не обладает. Опытами по расщеплению дезоксирибонуклеазой было установлено, что в случае -оперона БАК связывается рядом с участком связывания РНК-полимеразы. Точнее, БАК защищает от расщепления нуклеотиды от —87 до —49, а РНК-полимераза - нуклеотиды от

Рис. 28.7. Нуклеотидная последовательность lac-оператора. Симметричные участки закрашены одинаковым цветом.

—48 до +5 (рис. 28.8). При этой системе нумерации первый транскрибируемый ну-клеотид обозначается Последовательность оснований ДНК, узнаваемая БАК, обладает симметрией второго порядка, с которой мы постоянно сталкиваемся при рассмотрении взаимодействий белков с ДНК. Каким образом БАК стимулирует инициацию синтеза лактозной мРНК в 50 раз? Последовательное расположение неперекрывающихся участков связывания БАК и РНК-полимеразы дает основание думать, что связывание БАК с ДНК порождает новые участки взаимодействия РНК-полимеразы с ДНК. Лактозный репрессор, напротив, связывается с нуклеотидами от —3 до +21, которые в значительной степени перекрываются с участком РНК-полимеразы (нуклеотиды от —48 до +5). Таким образом, репрессор препятствует инициации, блокируя связывание РНК-полимеразы. По всей вероятности, комплекс циклический AMP-БАК действует таким же образом и на другие индуцибельные опероны. Итак, индуцибелъные опероны контролируются с помощью комплементарных механизмов, которые используют в качестве сигнальных молекул циклический AMP и специфические индукторы.