Регуляция с помощью ффГфф

Элонгация  транскрипции  может  регулироваться  с  помощью  прямого воздействия  низкомолекулярного  эффектора  на  РНК-полимеразу.  В  качестве одного  из  таких  эффекторов  рассмотрим  необычный  нуклеозидтетрафосфат – ффГфф. Если  внутри  клетки  бактерии  E.coli  возникает  недостаток  аминокислот,

являющихся материалом для построения белковых молекул на рибосомах, то в целях  экономии  следует  прекратить  синтез  новых  рибосом.  Механизм,  с помощью которого происходит “выключение” синтеза рРНК (и одновременной стимуляции  синтеза  РНК c  оперонов,  контролирующих  биосинтез аминокислот),  представлен  на  рис. 9.  Этот  способ  регуляции  носит  название строгого ответа клеток на аминокислотное голодание. Он присущ практически всем  бактериям.  Для  осуществления  строгого  ответа  нужны  несколько структурных  генов,  но  наиболее  изученным  из  них  является  ген relA, кодирующий белок RelA.

Кроме  замедления  синтеза  рРНК  и  усиления  транскрипции  оперонов биосинтеза аминокислот, при строгом ответе также снижается скорость синтеза тРНК  и  некоторых  мРНК,  необходимых  для  синтеза  рибосомных  белков, факторов  элонгации EF-Ts, EF-Tu  и EF-G,  α-субъединицы  РНК-полимеразы.

Общий  синтез  РНК  снижается  в  итоге  до 5-10%  от  нормального.  Возрастает скорость  деградации  белка,  уменьшается  синтез  нуклеотидов,  липидов  и углеводов. Отметим,  что  строгий  ответ  можно  вызвать  любыми  условиями, нарушающими  образование  аминоацил-тРНК.  Например,  недостаток  АТФ

будет  иметь  тот  же  эффект,  что  и  аминокислотное  голодание,  так  как  АТФ необходим для присоединения аминокислоты к тРНК.  Некоторые из бактерий приспособили строгий ответ еще и для регуляции других клеточных функций. Так, миксобактерии используют ффГфф как сигнал к образованию плодовых тел – скоплений клеток, служащих для последующего возникновения в них бактериальных спор.

                         Недостаток аминокислот

                                    ↓

Ненагруженные аминокислотами тРНК поступают в А-сайт рибосомы

                                    ↓

Активация особого фермента (белок RelA, ассоциированный с рибосомами)

                                                                                    ↓

ффГ (он же обозначается как ГДФ) + АТФ  ----------------→ ффГфф + АМФ

                                                                                    ↓

                                                                     Присоединяется к РНК-полимеразе

                                                                                    ↓

РНК-полимераза прекращает “прилипать” к промотору генов рРНК и начинает  активнее присоединяться к генам, кодирующим ферменты для синтеза аминокислот

                                                                                    ↓

Замедляется синтез рРНК и усиливается синтез недостающих клетке аминокислот