Badania regulacji czynności genu u eukariotów

aid-1807541_960_720

Badania regulacji czynności genu u eukariotów, u których DNA występuje w postaci chromatyny składającej się z DNA, histonów i kwaśnych białek niehistonowych wykazały, że w stanie spoczynku DNA tworzy kompleks uniemożliwiający transkrypcję DNA na mRNA (w tym stanie polimeraza RNA nie ma dostępu do DNA).

Rozerwanie kompleksu DNA-histon odbywa się prawdopodobnie poprzez nie- histonowe białka, które wchodząc w interakcję z histonami uwalniają DNA i czynią go dostępnym dla polimerazy RNA, umożliwiając jego transkrypcję na mRNA. Inicjacja transkrypcji odbywa się pod wpływem induktorów, którymi mogą być hormony (estradiol, aldosteron, erytropoetyna) lub inne substancje, które łącząc się ze swoistymi receptorami na powierzchni komórki zapoczątkowują szereg reakcji (por. ryc. na str. 184), które w ostatecznej konsekwencji prowadząc do interakcji z chromatyną komórkową, powodują uwolnienie DNA i następową transkrypcję. Pierwotnym mechanizmem regulacji czynności genu jest więc również transkrypcja, natomiast regulacja na bazie mechanizmów translacyjnych – wtórna.

Przedstawione wyżej genetyczne mechanizmy regulacji biosyntezy białka są dla sprawnej kontroli metabolizmu komórkowego niewystarczające – są one przede wszystkim zbyt powolne, co tłumaczy się tym, że uaktywnienie lub represja genu przebiega pod postacią wieloetapowej, skomplikowanej reakcji. Wystarczy wymienić syntezę nowego mRNA, aktywację aminokwasów, syntezę białka itd. Toteż czas, upływający od zadziałania bodźca aktywującego odpowiedni gen, do pojawienia się czynnego produktu w postaci białka, wynosi około 30 do 60 min. Ustroje o tak powolnych mechanizmach regulujących przemianę materii byłyby bardzo nieruchawe. Szybko też wykryto inne mechanizmy regulujące, o prawie natychmiastowym działaniu, które w odróżnieniu od „grubej” regulacji genetycznej, stanowią „precyzyjną” regulację.

W zakresie natychmiastowej regulacji występuje hamowanie ciągu metabolicznego końcowym produktem reakcji, występujące z chwilą pojawienia się wolnego produktu jakiegokolwiek ciągu metabolicznego, zaś Hamowanie końcowym produktem reakcji polega na efekcie allosterycznym, prowadzącym do unieczynnienia enzymu na skutek jego połączenia się z końcowym produktem reakcji. Zjawisko to najlepiej widoczne jest na przykładzie orotoacydurii, polegającej na istnieniu bloku metabolicznego w przebiegu syntezy związków pirymidynowych z produktów wyjściowych – karbamylofosforanu i kwasu L-asparaginowego.

Wrodzony niedobór enzymów — pirofosforylazy i dekarboksylazy kwasu orotowego – powoduje zatrzymanie syntezy na kwasie orotowym, który gromadzi się w nadmiarze w sokach ustrojowych, wskutek czego zostaje wraz z moczem wydalany, na zewnątrz, od czego zaburzenie bierze swoją nazwę. W następstwie tego zaburzenia dochodzi do ciężkiej niedokrwistości, spowodowanej brakiem substancji budulcowych jądra komórkowego (pirymidyny są niezbędne dla budowy DNA, jak również” biorą udział jako niezbędne składniki w budowie szeregu enzymów). Uzupełnienie tego niedoboru przez podawanie kwasu cytydylowego powoduje nie tylko ustąpienie niedokrwistości, ale również z moczu znika kwas orotowy. To ostatnie zjawisko można wytłumaczyć jedynie tym, że kwas cytydylowy, wchodząc w interakcję z enzymami początkowych etapów syntezy kwasu orotowego, powoduje ich inaktywację i tym samym synteza kwasu orotowego zostaje zahamowana.

Powiązane wpisy