Основным условием существования любых живых организмов является наличие тонкой, гибкой, согласованно дейстующей системы регулирования, в которой все элементы тесно связаны друг с другом.

Рассмотрим регуляцию синтеза белка на уровне оперона — тимической единицы, включающей в себя следующие гены:

а) структурные гены, содержащие генетическую информацию о синтезе ферментов метаболического пути;

б) ген-регулятор, который может находиться на некотором расстоянии от структурных генов и таким образом непосредственно не входить в организацию оперона. Ген-регулятор обеспечивает синтез особого белка — репрессора. Репрессор обладает очень сильным сродством к гену-оператору и может легко присоединяться к нему;

в) ген-оператор — управляет функционированием структурных генов оперона, т. е. “включает” или “выключает” их. Если этот ген свободен, то это значит, что работа структурных генов разрешена, если он связывается с репрессором, то работа этих генов прекращается;

г) ген-промотор — служит местом прикрепления РНК-полимеразы, которая узнает этот ген с помощью субъединицы, имеющей особую конфигурацию.

Весь процесс регуляции биосинтеза можно подразделить на две фазы.

I. Индукция. Присоединение молекулы индуктора к активному участку молекулы репрессора изменяет третичную структуру репрессора так, что он не может связаться с геном- оператором и репрессировать его. Оператор оказывается в активном состоянии и включает структурные гены, а именно: отсутствие блокады гена оператора позволяет РНК-полимеразе связаться с геном-промотором. Закрепившись, РНК- полимераза может начать транскрипцию структурных генов оперона. В качестве индукторов могут выступать продукты распада белка, гормоны и другие метаболиты.

II. Инактивация. Если индуктор в клетке отсутствует, то репрессор обладает способностью связываться с геном-оператором. При этом происходит инактивация оператора и тем самым предотвращается включение структурных генов, т. е. РНК-полимераза не связывается с геном-промотором, и транскрипция отсутствует (рис. 1.22).

Рис. 1.22. Схема регуляции биосинтеза белка:

I — индукция; II — инактивация; Р — ген-регулятор; Пр — ген-промотор; О — ген-оператор; С₁, С₂, С₃ — структурные гены; Реп — репрессор; И — индуктор; Ф — фермент-РНК-полимераза; А — компонент, активирующий РНК-полимеразу