Завершения синтеза
Сигналами завершения синтеза мРНК являются терминаторы транскрипции (см. обзор Friedman et al., 1987), информация о которых содержится, конечно, в ДНК, но их пространственная структура складывается и функционирует на синтезируемой мРНК. Для большинства генов Е. coli наличие этих сигналов достаточно для терминации транскрипции, но некоторые бактериальные и многие фаговые гены требуют присутствия дополнительного фактора — Rho. Rho-независимые терминаторы имеют два характерных участка. Первый участок содержит инвертированные GC-богатые последовательности нуклеотидов разной протяженности, образующие в мРНК шпильки длиной 7—20 п.н. Через 7—9 нуклеотидов после шпильки находится второй участок, состоящий приблизительно из 6 уридиновых остатков . На первом участке движение РНК-полимеразы по ДНК замедляется и даже останавливается, а на втором — РНК-полимераза отсоединяется от ДНК. Характерной особенностью Rho-зависимых терминаторов является наличие шпильки и обогащенность (до 40 %) концевого участка транскрипта длиной 50—90 нуклеотидов цитидиловыми остатками и его обедненность (до 15 %) гуанидиловыми остатками. В таких участках Rho-фактор связывается с мРНК, двигаясь вдоль нее, догоняет РНК-полимеразу, "застрявшую" на шпильке, и способствует ее отсоединению от ДНК. Подобные структуры (С-богатый — G- бедный участок с последующей шпилькой) встречаются и в сере дине генов, но в этом случае действию Rho-фактора препятствуют рибосомы, осуществляющие синтез белка.
Трансляция. Образовавшиеся в процессе транскрипции генов мРНК состоят из лидерной (5), белок-кодирующей и концевой (3) частей. Трансляция гена начинается с посадки рибосом на участок RBS (ribosome binding site), находящийся в лидерной части мРНК Эффективность связывания рибосом (и, соответственно, трансляции) зависит от двух факторов. Во-первых, важно наличие в нем последовательности нуклеотидов, комплементарной 3-концу 16S рРНК и находящейся на расстоянии 4—8 нуклеотидов от инициирующего кодона AUG. Эту часть мРНК называют последовательностью Шайна—Далгарно (SD-последовательность). Она состоит из 5—9 нуклеотидов, ядром которых является последовательность AGGA . Во-вторых, существенно отсутствие в лидерной части мРНК шпилечных структур, затрудняющих посадку рибосом. Поэтому строение сайта связывания рибосом RBS индивидуально для каждого гена, так как, кроме SD-последовательности, он включает в себя несколько начальных кодонов.
Белок-кодирующая часть мРНК ограничена инициирующим (обычно — AUG, реже — GUG или UUG) и терминирующими (UAA, UAG и UGA) кодонами. Триплет AUG кодирует метионин, но в начале синтезируемой полипептидной цепочки он определяет постановку измененной аминокислоты — формилметионина. В готовом белке эта аминокислота деформилируется или вообще отщепляется.
Регуляция. Экспрессия вышеописанного гена конститутивна, т. е она не регулируется. Регуляция экспрессии генов прокариот осуществляется в основном на уровне транскрипции с помощью регуляторных белков. В этом случае регулируемые гены содержат рядом с промотором дополнительные элементы, т. е. специфические нуклеотидные последовательности, способные связывать регуляторные белки. Регуляция может быть негативной (осуществляется белками-репрессорами) или позитивной (осуществляется белками-активаторами). В названии способа регуляции отражен тот факт, что в первом случае экспрессия гена подавляется при появлении в клетке активного белка-регулятора, а во втором — она без него невозможна.
Синтез белков-регуляторов является конститутивным. В обоих случаях активными они либо синтезируются сразу, либо становятся после присоединения к ним определенных для каждого гена низкомолекулярных веществ. Если появление в клетке такого вещества приводит к инициации транскрипции, то его называют индуктором, а сам ген — индуцируемым. Если же ситуация обратная, то вещество называют корепрессором, а ген — репрессируемым.
При негативной регуляции перед геном, перекрываясь с промотором, расположен оператор, предназначенный для связывания молекул репрессора. В случае неактивного состояния репрессора РНК-полимераза эффективно связывается с промотором. Активный репрессор своей посадкой на оператор мешает этому связыванию, выключая тем самым экспрессию гена. В случае позитивной регуляции регуляторная последовательность, с которой связывается активатор, примыкает к промотору. Посадка РНК-полимеразы на промотор возможна только после ее контакта на ДНК с активатором. Нюансированию регуляции способствует наличие у некоторых генов одного-двух дополнительных промоторов, один из которых обеспечивает некоторый базальный уровень экспрессии гена, а транскрипция с другого (других) начинается при появлении в клетке определенных сигналов. Так, например, устроены гены, кодирующие индуцибельную систему репарации ДНК.