Вспомните схему регуляции экспрессии лактозного оперона. Помимо регуляции, связанной с наличием или отсутствием лактозы в среде, экспрессия лактозного оперона зависит ещё и от общего энергетического статуса клетки. Сигналом голода у бактериальных клеток является накопление цАМФ. цАМФ связывается с CAP-белком, что приводит к изменению его конформации и связыванию с последовательностью в районе −80 нуклеотида промотора (−80 относительно точки старта транскрипции). Связанный с промотором CAP-белок дополнительно привлекает РНК-полимеразу. Что будет происходить с уровнем экспрессии лактозного оперона в отсутствие и в присутствии лактозы в среде с очень маленьким содержанием других питательных веществ относительно уровня экспрессии оперона, когда в среде есть и лактоза, и глюкоза в достаточных количествах? Рассмотрите следующие случаи: а) CAP-белок в клетке мутантный и не способен связывать цАМФ;

б) CAP-белок в клетке мутантный и не способен связывать РНК-полимеразу;

в) CAP-белок в клетке мутантный и, однажды связав цАМФ, «навсегда» остаётся с ним в комплексе.

Уровень экспрессии
В отсутствие лактозы
В присутствии лактозы

Введение:

Лактозный оперон у бактерий (например, у E. coli) регулируется несколькими механизмами, которые зависят от доступности углеводов, таких как лактоза и глюкоза. Основная регуляция лактозного оперона происходит через белок-репрессор, который блокирует транскрипцию при отсутствии лактозы, и через CAP-белок (catabolite activator protein), который усиливает экспрессию в условиях энергетического голода (когда уровень глюкозы низкий).

CAP-белок активируется при связывании с циклическим АМФ (цАМФ), уровень которого возрастает, когда глюкозы в клетке мало. Связанный с цАМФ CAP-белок прикрепляется к определённой последовательности ДНК вблизи промотора лактозного оперона и помогает привлечь РНК-полимеразу, что усиливает транскрипцию. Однако если в среде присутствует глюкоза, уровень цАМФ снижается, и CAP-белок не может активировать лактозный оперон даже при наличии лактозы.

Разбор случаев:

Случай 1: CAP-белок мутантный и не способен связывать цАМФ.

В отсутствие лактозы: Поскольку основной механизм подавления лактозного оперона — это связывание репрессора с оператором (в случае, если лактозы нет), при отсутствии лактозы оперон остаётся выключенным. Мутантный CAP-белок в данном случае не играет роли, так как в любом случае транскрипция не запускается.

В присутствии лактозы: При наличии лактозы репрессор не связывается с оператором, и транскрипция лактозного оперона могла бы начаться. Однако CAP-белок не способен связываться с цАМФ и, следовательно, не может выполнять свою активаторную функцию, даже если глюкоза отсутствует. В результате уровень экспрессии лактозного оперона будет низким, поскольку РНК-полимераза не будет эффективно рекрутироваться. Таким образом, экспрессия оперона будет значительно ниже, чем в нормальной клетке при отсутствии глюкозы.

Случай 2: CAP-белок мутантный и не способен связывать РНК-полимеразу.

В отсутствие лактозы: Как и в предыдущем случае, отсутствие лактозы приводит к связыванию репрессора с оператором и подавлению экспрессии лактозного оперона. Мутантный CAP-белок не влияет на этот процесс, потому что экспрессия оперона заблокирована.

В присутствии лактозы: В условиях наличия лактозы, когда репрессор не связывается с оператором, транскрипция могла бы начаться, если бы CAP-белок мог привлечь РНК-полимеразу. Однако мутантный CAP-белок не способен этого делать, даже если он связан с цАМФ. Это приведёт к тому, что РНК-полим