Гены работают сообща

Очень часто бывает так, что гены, контролирующие один процесс или сопряженные процессы, находятся рядом друг с другом и контролируются одним промотором и репрессором. Такой генетический конгломерат называется опероном. Впервые опероны были обнаружены у бактерии Escherichia coli (кишечная палочка) в ходе исследований ее роста на среде с лактозой. Как вы помните из урока про углеводы и липиды, лактоза — это дисахарид, состоящий из одного остатка глюкозы и одного остатка галактозы. Для того чтобы использовать это питательное соединение, необходимо, чтобы синтезировались белки, пропускающие его в клетку (пермеаза) и расщепляющие его внутри клетки (в-галактозидаза).

То, что эти гены расположены под контролем одних регуляторных элементов позволяет им работать согласовано. Помимо пермеазы и в-галактозидазы в состав лактозного оперона также входят ген, кодирующий белок-репрессор, и ген, кодирующий фермент трансацетилазу.

Когда в среде лактозы мало, она не проникает в клетку, следовательно, синтезировать продукты лактозного оперона незачем. Если же концентрация лактозы в среде такова, что она может послужить источником питания клетки и проникает внутрь цитоплазмы, то эти гены необходимо активировать.

Именно галактоза и служит индуктором, снимающим репрессор с оператора лактозного оперона. Это влечет за собой синтез пермеазы, пропускающей лактозу в цитоплазму, и в-галактозидазы, расщепляющей лактозу до мономеров. Когда вся лактоза оказывается расщепленной, уже ничто не может помешать репрессору снова присоединиться к оператору и прекратить экспрессию лактозного оперона. Этот механизм регуляции работы и сопряжения деятельности генов открыли французские исследователи Франсуа Жакоб и Жак Моно, получившие за это в 1965 году Нобелевскую премию в области физиологии и медицины. Позднее выяснилось, что по такому принципу работают очень многие гены, хотя у эукариот ситуация с регуляцией активности генов несколько сложнее.

Франсуа Жакоб Жак Моно.