Регулирование белкового синтеза

Все эти рассуждения приведена здесь для иллюстрации того, как рождается (и проверяется) научная гипотеза. Для будущих исследователей в области молекулярной биологии раннее знакомство с логикой построения такой гипотезы, я полагаю весьма полезным.

В связи с изложенным материалом имеет смысл по-новому взглянуть на механизм регулирования белкового синтеза, особенно у высших организмов. На классическом примере лак-оперона E.coli Жакоб и Моно предложили знакомую вам концепцию, в которой участвуют «оператор», управляющий разрешением транскрипции структурных генов. Перед оператором стоит «ген-регулятор». Он способен вести синтез белка-репрессора, который связывается с оператором. В свою очередь приходящая извне в клетку молекула-«активатор» может связать репрессор. Регулирование синтеза белков происходит на уровне транскрипции ДНК-синтеза иРНК. Это хорошо для бактерий, где вся ДНК более или менее доступна для считывания наследственной информации в течение всего времени жизни клетки. При возникновении необходимости наработки нового фермента, например, при изменении питательной среды, РНК-полимераза легко может снять много копий иРНК с нужного участка генома бактерии.

ДНК высших организмов сверхскручена очень тесно, очень плотно упакована. Уместно сказать несколько слов о способе этой упаковки. Геном человека, например, насчитывает около 3-х миллиардов пар оснований (считая по гаплоидному набору хромосом). Во введении было упомянуто, что расстояние между соседними парами в спирали ДНК — примерно 0,34 миллимикрона. Откуда следует, что полная длина «молекулы» ДНК у человека составляет 1 метр! Как такую длину уместить в ядре клетки? Однако даже бытовой опыт подсказывает, что очень длинную, но очень тонкую нить можно свернуть в крошечный клубок. (Еще древние греки умели изготавливаться столь тонкие нити, что сотканное из них платье можно было протянуть через кольцо для пальца.) Но хаотический клубок непригоден. Его трудно распутать. А сворачивание ДНК должно быть хорошо организовано, хотя бы для того, чтобы быстро осуществить редупликацию всей молекулы.

Для этой цели служат специальные белки — «гистоны», тесно связанные с ДНК. Связь эта не ковалентная, а электростатическая. Все гистоны (их насчитывается 5 типов) — суть богатые лизином и аргинином «щелочные» белки. В нейтральной среде они несут достаточно большой положительный заряд, за счет которого притягиваются к отрицательно заряженным остаткам фосфорной кислоты в ДНК. Гистоны для упорядочения свертывания молекул ДНК играют роль, сходную с ролью катушки для ниток. На электронных микрофотографиях удается разглядеть частично развернутый дезоксирибонуклеопротеин (ДНП), как именуют комбинацию ДНК с гистонами, в виде нити, диаметром около 2 тц, на которой тесно расположены своего рода бусинки — «нуклеосомы». Полагают, что основу каждой нуклеосомы составляет октамер из восьми молекул гистонов (4-х типов), образующий подобие сердечника, на который навита двухнитевая спираль ДНК, образуя два витка общей длиной в примерно 150 пар оснований. Линейный отрезок длиной около 50 пар оснований соединяет соседние нуклеосомы.