2 years ago
No comment

Sorry, this entry is only available in
Russian
На жаль, цей запис доступний тільки на
Russian.
К сожалению, эта запись доступна только на
Russian.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

  1. Теория Жакоба и Моно

В 1961 году появилась статья Франсуа Жакоба и Жака Моно [1], озаглавленная «Генетические механизмы регуля­ции синтеза белка». Предложенная в ней модель регуляции синтеза белка полностью противоречит всем основным заключениям, к которым мы пришли в гл. I. Эта гипотеза в своей простейшей форме предполагает, что регуляторные механизмы действуют не в цитоплазме клетки, где проис­ходит синтез белка (модель цитоплазматического операто­ра), а непосредственно на уровне генов, контролируя про­цесс транскрипции ДНК (модель генетического оператора). Данные, которые Жакоб и Моно положили в основу своей теории, были получены на бактериях и ограничивались по преимуществу их собственными исследованиями регуляции синтеза индуцибельного фермента ß-галактозидазы у Е. coliПри обсуждении механизмов действия гена нельзя не остановиться на блестящей статье Жакоба и Моно, и не только потому, что она представляет собой величайший ин­теллектуальный взлет, но также и потому, что выводы, сделанные в этой статье, противоречат всей совокупности фактов, четко установленных при изучении клеток высших организмов. Если модель генетического оператора, предло­женная Жакобом и Моно, верна для бактерий, а модель цитоплазматического оператора — для клеток высших ор­ганизмов (о чем, по-видимому, свидетельствуют опыты, об­суждавшиеся в гл. I), то приходится признать, что меха­низмы регуляции синтеза белка в бактериальных клетках и клетках высших организмов принципиально различны. Такое заключение, если бы оно подтвердилось, стало бы одним из важнейших биологических обобщений.

Жакоб и Моно сознавали, что генетические эксперимен­ты, составляющие основу их статьи, не противоречат ни «генетической», ни «цитоплазматической» концепции, но они все же пришли к выводу, что данные, и особенно биохимические, полученные при изучении бактерий, в целом гораздо лучше объясняются генетической моделью. В поль­зу этой точки зрения были выдвинуты следующие четыре группы доказательств:

  1. У некоторых грамотрицательных бактерий иногда наблюдается координированное проявление активности функционально связанных групп генов, иными словами, синтез ферментов, участвующих в последовательных реак­циях какого-либо одного метаболического пути и, очевидно, представленных на бактериальной хромосоме серией близ­ко расположенных или тесно сцепленных генов, согласо­ванно включается и выключается. Казалось, что этот факт очень трудно объяснить с позиций «цитоплазматической» модели хотя бы из-за такой проблемы, как размеры соответствующих цитоплазматических матриц. Сделав некото­рые допущения, Жакоб и Моно подсчитали, что для коор­динированной регуляции синтеза трех ферментов с моле­кулярной массой по 60 000 необходима матрица с молекулярной массой 1,8•106дальтон; а так как было из­вестно, что существуют группы из восьми координированно регулируемых ферментов, то оставалось предположить, что существуют матрицы, обладающие соответственными раз­мерами. Однако это представлялось маловероятным, так как в то время считали, что молекулярная масса полирибо-нуклеотидовЕ. coli не превышает 106.
  2. В клетке Е.coli синтез ß-галактозидазы начинается через 3 мин после добавления в среду соответствующего индуктора [2] и затем продолжается с максимальной ско­ростью [3]. При удалении индуктора синтез немедленно пре­кращается (фиг. 3). Если бы контроль этого синтеза осу­ществлялся на уровне генов, то следовало бы ожидать, что, вводя ген, ответственный за ß-галактозидазу, в лишенную ее мутантную клетку Е. coliили, наоборот, удаляя его из нормальной клетки, можно моделировать кинетику индук­ции и репрессии синтеза фермента. Действительно, было установлено, что, когда при конъюгации структурный ген для ß-галактозидазы переходит из нормальной клетки в мутантную, уже через 2—3 мин в клетке-реципиенте начи­нается синтез этого фермента, протекающий с максималь­ной скоростью [4]. Непосредственное удаление гена из бактериальной клетки едва ли возможно, но предположили, что это можно осуществить косвенным путем, если ввести большую дозу радиоактивного фосфора в содержащую этот ген хромосому перед тем, как она попадет в мутантную клетку-реципиент. При этом ожидали, что при распаде включенного радиоактивного фосфора произойдет инакти­вация гена in situ. Поставленный эксперимент показал, что и в самом деле по мере разрушения хромосомы под дей­ствием радиоактивного фосфора способность клетки-реци­пиента к синтезу ß-галактозидазы снижается [4]. Этот ре­зультат был воспринят как доказательство того, что для синтеза фермента необходимо сохранение целостности хромосомы.
  3. ЗаражениеЕ.coli вирулентными бактериофагами φII, Т2, Т4 ведет к резкому прекращению синтеза фактически всех бактериальных белков, в том числе и ß-галакто-зидазы [5—7]. Как известно, эти фаги вызывают деполиме­ризацию ДНК [8]. В то же время при заражении Е. coli фагом λ, который не разрушает ДНК клетки-хозяина, син­тез ß-галактозидазы продолжается вплоть до лизиса клет­ки [9]. Эти факты рассматривали как еще одно веское доказательство того, что для синтеза белка обязательно сохранение интактной хромосомы.
  4. Аналог пиримидина — 5-фторурацил — быстро вклю­чается в РНК Е.coliБыло обнаружено, что щелочная фосфатаза, синтезированная бактериальной клеткой в при­сутствии аналога, обладает повышенной чувствительностью к нагреванию [10]. У штамма Е. coli с конститутивным син­тезом ß-галактозидазы (т. е. синтезирующего ее и без воздействия соответствующего индуктора) скорость синте­за активного фермента под влиянием 5-фторурацила бы­стро снижалась, но по-прежнему продолжалось образова­ние белка, реагирующего с антисывороткой против ß-галак­тозидазы [11]. Решили, что этот белок представляет собой структурно модифицированную неактивную форму ß-га­лактозидазы. По своему действию на синтез белка 5-фтор­урацил считался примечательным в двух отношениях. Во-первых, он почти немедленно вызывает изменение свойств белков, синтезируемых в его присутствии (именно поэтому думали, что синтез аномальных белков начинается сразу же после введения в среду аналога), и, во-вторых, степень дефектности этих белков с течением времени не изменяется.
Кинетика индуцированного синтеза ß-галак­тозидазы у E. coli

Кинетика индуцированного синтеза ß-галак­тозидазы у E. coli

Эти факты рассматривали как свидетельство того, что аномальны все молекулы щелочной фосфатазы или ß-галактозидазы, образовавшиеся после добавления 5-фторурацила. Следовательно, по мнению исследователей, измененные молекулы не могли синтезироваться на матри­цах, имевшихся в клетке до введения аналога. Если это заключение соответствует действительности, то из него со всей очевидностью вытекает, что синтез определенного белка прямо и непосредственно связан с актом транскрип­ции соответствующего гена.

Можно ли считать приведенные доводы убедительными и насколько их подтвердили дальнейшие исследования?

  1. Анализ доказательств
  2. Жакоб и Моно вполне отдавали себе отчет в том, на­сколько слаб аргумент, основанный на предположении, что уЕ.coli нет молекул РНК такой величины, чтобы содер­жать инструкции для координированного синтеза целой серии ферментов, катализирующих какой-либо метаболи­ческий путь. Определение молекулярной массы РНК свя­зано с большими методическими трудностями, и поэтому даже сегодня нельзя сделать никаких определенных за­ключений об истинных размерах молекул некоторых типов РНК, особенно если их вторичная структура выражена слабо [12, 13]. Позже мне представится случай подробнее обсудить ошибки, возникающие при определении размеров молекул РНК на основании их седиментационных свойств; здесь же достаточно сказать, что идея полицистронной матрицы, т. е. матрицы, определяющей последовательность аминокислот всей группы функционально связанных фер­ментов, пользуется сейчас известной популярностью.
  3. Более веский довод в пользу модели генетического оператора был получен при изучении клеток, получивших в результате конъюгации ген, контролирующий синтезß-галактозидазы, а затем, как предполагалось, утративших его в результате распада радиоактивного фосфора в хро­мосоме. В этих экспериментах больший интерес представ­ляют, очевидно, последствия удаления гена, а не его введения. Тот факт, что синтезß-галактозидазы начи­нается через 2—3 мин после введения в клетку соответству­ющего гена, согласуется почти с любой моделью регуля­торного процесса при условии, что транскрипция начинается вскоре после того, как ген попадает в клетку-реципиент. Две или три минуты составляют примерно 1/10 всего времени генерации клетки Е. coliследовательно, такой лаг-период, предшествующий синтезу фермента, вполне достаточен для осуществления любой формы регу­ляции. Более того, как указывают и сами исследователи, отнюдь не исключено, что при конъюгации не только ДНК, но и РНК может переходить из одной клетки в другую [4]. Действительно, недавно было показано, что количество РНК, переходящей в клетку-реципиент при конъюгации, достигает 30—100% передаваемой при этом ДНК [14].

Сам факт, что синтез ß-галактозидазы в клетке-реци­пиенте сразу же достигает максимальной скорости, тоже ничего не говорит нам о том, где осуществляется регуля­ция этого процесса. По мнению Жакоба и Моно, это можно объяснить либо тем, что синтезируемые на гене матрицы имеют очень небольшую продолжительность жизни, либо тем, что образуется лишь ограниченное число матриц, после чего ген перестает функционировать. Однако такие соображения приемлемы только в том случае, если число матриц строго пропорционально количеству синтези­руемого фермента. Но как раз этого-то мы и не знаем. Из­вестно, что в цитоплазме животных и растительных клеток матрицы могут храниться длительное время не функциони­руя. Поэтому, когда происходит синтез какого-либо белка, мы не можем с полной определенностью сказать, все ли соответствующие матрицы транслируются в цитоплазме или же только часть их. И мы, разумеется, не знаем, толь­ко ли числом матриц, имеющихся в клетке, определяется максимальная скорость синтеза данного белка.

Опыты, в которых бактериальная хромосома, содержа­щая ген для ß-галактозидазы, разрушается при распаде радиоактивного фосфора, в сущности аналогичны опытам по энуклеации клеток высших организмов. В гл. I я уже отмечал, что у высших организмов синтез специфичных белков продолжается, как правило, и после удаления ядра, причем во многих случаях было показано, что этот процесс может регулироваться безъядерной цитоплазмой. На пер­вый взгляд результаты опытов с разрушением хромосомы радиоактивным фосфором свидетельствуют о том, что у бактерий это не так, по крайней мере в случае ß-галактози­дазы Е. coliВ опытах Жакоба и Моно [4] зигота, получив­шая радиоактивную хромосому с геном для ß-галактозида­зы, в результате распада радиоактивного фосфора быстро теряла способность синтезировать фермент.

Однако Макфолл [15] повторил эти опыты и показал, что результат их можно интерпретировать по-иному. Дело в том, что при изучении действия радиоактивного распада клетки на какое-то время замораживают и затем для оп­ределения активности фермента вновь оттаивают. Чтобы клетки в процессе замораживания и оттаивания не разру­шались, в среду обычно добавляют глицерин; именно так было сделано в опытах Жакоба и Моно [4]. Но клетки Е. coli могут использовать глицерин в качестве источника углерода, и поэтому глицерин, как и любой другой источ­ник углерода, подавляет индукцию синтеза ß-галактозида­зы. Это явление называли сначала «глюкозным эффектом», а теперь обычно описывают как пример «репрессии ката-болитом». Макфолл показал, что, если вместо глицерина добавить в среду гликоль, который не может использовать­ся в качестве источника углерода, синтез ß-галактозидазы в зиготе оказывается относительно устойчивым к распаду радиоактивного изотопа, включенного в хромосому. Даже когда жизнеспособность микроорганизма снижается до 0,1%, синтез ß-галактозидазы может осуществляться со скоростью, составляющей 25% нормальной.

Такой же результат получили при исследовании щелоч­ной фосфатазы [15]. Итак, опыты по передаче радиоактив­ной хромосомы не только не показали, что для синтеза белка необходима целостность хромосомы, но, наоборот, выявили, что даже после разрушения хромосомы может идти вполне активный синтез. Эти опыты показали также, что продолжающийся синтез фермента все еще чувствите­лен к регуляции, так как он прекращается под действием катаболита. Таким образом, поведение бактериальной клет­ки, из которой хромосома «удалена» в результате распада радиоактивного фосфора, в принципе не отличается от по­ведения энуклеированных клеток высших организмов — в обоих случаях в клетках продолжается регулируемый синтез белков. Конечно, опыты с радиоактивным распадом гораздо менее убедительны, чем опыты по энуклеации клеток высших организмов, так как никогда нет полной уверенности в том, что разрушен именно тот ген, который нас интересует; кроме того, нам не известно, как сказыва­ются на изучаемой физиологической функции вторичные эффекты облучения. И в самом деле, не так давно было показано, что распад в хромосоме радиоактивного фосфора не нарушает транскрипцию ДНК и синтез ферментов, но оказывает сильное воздействие на репликацию ДНК и раз­множение клеток.

  1. Довод, основанный на том, что фагλи Т-четные фаги по-разному действуют на бактериальную клетку, также может быть опровергнут. Установлено, что деполимеризация бактериальной ДНК, вызываемая Т-четными фага­ми, — это вторичный и сравнительно поздний эффект [17]. Т-четныефаги подавляют синтетические процессы в бак­териальной клетке даже в тех случаях, когда показано, что бактериальная ДНК еще не повреждена. Более того, неинфекционные «тени» фага Т2 (оболочки, не содержащие нуклеиновой кислоты) способны ингибировать синтез белков. Процесс этот обратим и не сопровождается дегра­дацией бактериальной ДНК [18]. Пока еще не ясно, с по­мощью какого механизма Т-четные фаги ингибируют син­тез белка в чувствительной к ним бактериальной клетке, и мы не можем с достаточной определенностью сказать, на каком уровне происходит первичное воздействие этих фагов на синтез белка. Однако различия между фагами, очень резко подавляющими синтез бактериальных белков, и фа­гами, не подавляющими этот синтез, без сомнения, нельзя использовать как подтверждение гипотезы о том, что для синтеза белков обязательно сохранение интактной бакте­риальной хромосомы.
  2. Наконец мы подошли к очень сложной проблеме механизма действия 5-фторурацила. Жакоб и Моно устано­вили, что 5-фторурацил оказывает фактически немедлен­ное действие, вызывая образование в клетке гомогенной популяции молекул аномального белка. Однако результаты исследований щелочной фосфатазы, на которые они ссыла­ются [10], показывают, что даже в нормальных условиях началу синтеза предшествует довольно длительный лаг-период. В присутствии аналога продолжительность лаг-периода достигает 30 мин, что приблизительно соответству­ет времени одной генерацииЕ.coliЧто касается ß-галактозидазы, то в присутствии аналога синтез этого фермента вообще не индуцируется [11]. Таким образом, все имеющие­ся сведения ограничиваются конститутивным штаммом Е. coliв котором 5-фторурацил не полностью подавляет синтез фермента. В этом конститутивном штамме в при­сутствии аналога скорость синтеза активной ß-галактози­дазы снижается до 20 %, однако при этом образуются очень большие количества белка (или белков), не обладающего ферментативной активностью, но дающего тем не менее перекрестную реакцию с антисывороткой против ß-галактозидазы. На основании этого было высказано предположение, что перекрестно реагирующий белок — это структурно измененная, неактивная форма ß-галактозидазы, образо­вавшаяся под действием 5-фторурацила.

Однако возможны и другие интерпретации. Известно, например, что даже в нормальных условиях, т. е. в отсут­ствие 5-фторурацила, клетки Е. coli синтезируют большое количество неактивного белка, реагирующего с антисыво­роткой против ß-галактозидазы (так называемые PZ-белки) [3]. О свойствах этого перекрестно реагирующего белка, образующегося в присутствии 5-фторурацила, известно очень мало, поэтому пока не ясно, представляет ли он со­бой дефектную форму фермента или нечто совсем другое. Результаты недавних исследований воздействия 5-фтор­урацила на индуктивный синтез ß-галактозидазы у Е. coli показали, что подавление синтеза этого фермента обуслов­лено не образованием дефектных матриц, а накоплением продуктов промежуточного обмена углеводов, т. е. в данном случае наблюдается репрессия катаболитами. Если устра­нить эту репрессию, то в присутствии 5-фторурацила, не­смотря на его включение в РНК, синтезируется совершенно нормальный фермент [19].

В других исследованиях было обнаружено, что у ра­стущих бактерий более половины урацила, входящего в состав РНК, можно заменить на 5-фторурацил, не вызвав при этом никаких нарушений обмена веществ: правда, клетки начинают делиться медленнее, но при этом соответ­ственно снижается и суммарная скорость синтеза бел­ка [20, 21]. Таким образом, в любом случае совсем непросто сделать какие-либо выводы о механизме действия веществ, подобных 5-фторурацилу. Сегодняшнее состояние наших знаний не позволяет решить, обусловлено ли изменение свойств определенного фермента включением аналога в соответствующую матрицу, или же это результат каких-то побочных явлений. И ß-галактозидаза [22], и щелочная фосфатаза [23] — мультимерные ферменты, которые пред­ставлены в цитоплазме клетки целым рядом молекулярных форм. Изменение температурной чувствительности или других свойств этих ферментов на самом деле может объ­ясняться вторичными изменениями, связанными с изме­нениями их физического состояния. Имеющаяся в нашем распоряжении обширная литература убедительно свидетельствует о сложной природе явлении, которые возникают в клетке под воздействием аналогов оснований нуклеино­вых кислот.

  1. Негативный контроль, оперон и репрессор

В то время, когда Жакоб и Моно предложили модель генетического оператора, считалось, что карта генетиче­ской области, контролирующей биосинтез ß-галактозидазы, состоит из пяти локусов: три из них, по-видимому, струк­турные гены, определяющие первичную структуру ß-гала­ктозидазы (ген z), галактозид — пермеазы (ген y) и галактозид — трансацетилазы (ген а), тогда как два других гена (г и о) участвуют в регуляции активности структурных генов. В результате мутации в локусе i нарушается индуцибельность синтеза ß-галактозидазы под воздействием экзогенных индукторов, тогда как мутации локуса о (опе­ратора) затрагивают функцию всей группы структурных генов. При картировании этой области хромосомы был выявлен следующий порядок расположения генов: iozyaПозже обнаружили еще один локус, который, по-видимому, либо регулирует транскрипцию структурных генов, либо каким-то образом облегчает этот процесс. Его назвали локусом р (промотор) и предположили, что он расположен между генами о и z. Полная генетическая карта этой об­ласти представлялась, следовательно, таким образом: iopzyaЭту тесно сцепленную группу генов, участвующих в биосинтезе ß-галактозидазы, назвали лактозным опероном (lac-опероном). Впоследствии термин «оперон» стали ис­пользовать для обозначения любой тесно сцепленной по­следовательности генов, которые определяют синтез груп­пы ферментов для какого-либо одного метаболического пути и регулируются координированно как единое целое.

Мысль о том, что функциональное проявление бактери­альных генов контролируется специфичными репрессорами, первоначально возникла под влиянием опытов по скре­щиванию штаммов Е. coliмутантных по локусу i. Штам­мы Е. coli дикого типа синтезируют ß-галактозидазу толь­ко тогда, когда в среде имеются галактозиды или некото­рые их структурные аналоги. Такие штаммы называют индуцибельными по ß-галактозидазе и обозначают i+. Су­ществуют, однако, такие мутации локуса г, в результате которых микроорганизм приобретает способность синтези­ровать большие количества ß-галактозидазы и без экзоген­ных индукторов. Такие мутантные штаммы называют кон­ститутивными и обозначают i~. При конъюгации организ­мов i+ и i возникают гетерогеноты i+неспособные синтезировать ß-галактозидазу в отсутствие индуктора [24].

Таким образом установили, что способность к синтезу фермента только под воздействием индуктора (индуцибель­ность) доминирует над способностью к синтезу в отсут­ствие индуктора (конститутивный синтез). О ферментах, синтез которых невозможен без индуктора, говорят, что они находятся под негативным контролем. Для объяснения механизма негативного контроля Жакоб и Моно высказа­ли предположение, что продукт гена i представляет собой специфичный репрессор, ингибирующий функцию всего lac-оперона. Сначала природа этого репрессора не была определена, но со временем предложили более или менее конкретную модель, согласно которой репрессор — это белок, способный специфично связываться с локусом о опе-рона и подавлять, таким образом, транскрипцию всей груп­пы генов, участвующих в синтезе ß-галактозидазы.

С тех пор как Жакоб и Моно выдвинули гипотезу репрессора, появилось огромное количество работ по ге­нетике и физиологии lac-оперона, но ни в одной из них не удалось идентифицировать этот специфичный репрессор или получить более достоверные сведения о механизме его действия. Однако в 1966 году Жильбер и Мюллер-Хилл [25], применив метод равновесного диализа, обнаружили в эк­страктах Е. coli следы белка, характеризующегося ярко вы­раженной способностью связываться с индуктором ß-га­лактозидазы — изопропилтиогалактозидом. После частич­ной очистки этого белка оказалось, что он обладает высоким сродством к ДНК бактериофага, несущего lac-ге­ны Е. coliно не связывается с ДНК бактериофага, не включившего этих генов [26]. Сродство этого белка к ДНК Zac-оперона менялось под влиянием мутаций, затрагиваю­щих, по-видимому, локус о. Таким образом, опыты Жильбера и Мюллер-Хилла показали, что существует белок, контролируемый, очевидно, геном iкоторый взаимодействует как с экзогенным индуктором, так и с локусом о lacоперона. Отсюда был сделан вывод, что этот белок и есть тот самый репрессор, существование которого предсказали Жакоб и Моно, и что он действует именно так, как они предполагали, т. е. специфично связывается с оператором lac-оперона.

Результаты этих экспериментов послужили веским до­казательством в пользу модели генетического оператора, по крайней мере в отношении регуляции синтеза ß-галакто-зидазы у Е. сoliОднако не все здесь ясно. Начать хотя бы с того, что при более тщательном генетическом анализе обнаружили несколько иную последовательность генов в lac-опероне: не iopzyaкак считалось ранее, a ipozyaт. е. что ген-промотор (р), который, как предполагалось, опре­деляет скорость транскрипции всего lac-оперона, располо­жен перед оператором (о) [27]. Так как транскрипция на­чинается с локуса р или рядом с ним, то при этом должен транскрибироваться и локус о. Это означает, что все РНК, образующиеся при транскрипции lac-оперона, обязательно содержат участок, последовательность оснований которого гомологична ДНК локуса о.

При трансляции этой РНК участок, соответствующий локусу о, будет также транслироваться, и, следовательно, часть молекулы ß-галактозидазы или какого-нибудь друго­го белка будет отражать последовательность его оснований. Но так как РНК, соответствующая локусу о, обычно не транслируется, о чем свидетельствуют многочисленные дан­ные, приходится заключить, что матричная РНК, считан­ная с оперона, начинается с нетранслируемой области, соответствующей локусу о. Но тогда трудно представить себе, зачем нужен такой нетранслируемый участок, если он не играет никакой регуляторной роли при трансляции матрицы. Поэтому необходимо учитывать, что продукт гена i в интактной клетке может взаимодействовать с об­ластью оператора в молекуле РНК и таким образом осу­ществлять контроль на уровне трансляции. На это можно возразить, что белок-репрессор, изученный Жильбером и Мюллер-Хиллом, связывается только с двухцепочечной ДНК, а не с одноцепочечной денатурированной ДНК [25]. Однако структура ДНК при денатурации резко нару­шается и становится в высшей степени неупорядоченной, тогда как мы можем с уверенностью сказать, что матричные РНК, хотя они и одноцепочечные, не могут находиться в цитоплазме в неупорядоченном состоянии, поскольку иначе их трансляция была бы невозможна. Более того, из факта доминантности индуктивного синтеза над конститу­тивным еще не следует, что негативный контроль является абсолютным правилом. Группы ферментов, участвующие в использовании мальтозы [28], L-рамнозы [29], L-арабино­зы [30] и в восстановлении сульфата [31] у Е. coliнаходят­ся под «позитивным» контролем: в этих случаях консти­тутивный синтез доминирует над индуктивным. И дейст­вительно, даже в lac-опероне обнаружили мутации iпри­водящие к доминированию конститутивного синтеза.

Для того чтобы объяснить явление позитивного конт­роля ß-галактозидазы исходя из взаимодействия репрессора и оператора, была предложена гипотеза комплементации субъединиц нормального и мутантного репрессора. Соглас­но этой гипотезе, любые комбинации нормальных субъеди­ниц с мутантными дают дефектный репрессор, поэтому при избыточном синтезе мутантных субъединиц образуется очень мало молекул нормального репрессора [32]. Именно этим объясняется преобладание конститутивного синтеза. Такое объяснение пригодно, однако, не для всех случаев. Так, известно, что в системе L-арабинозы способность к конститутивному синтезу доминирует даже у мутантов с делецией регуляторного гена. Это опровергает предположе­ние о том, что позитивный контроль связан с образованием дефектных субъединиц репрессора [33].

По-видимому, есть основания утверждать, что по край­ней мере в некоторых случаях позитивного контроля дей­ствие регуляторных генов состоит не в синтезе специфич­ного репрессора, а в стимуляции или облегчении проявле­ния структурных генов. Однако вопрос о том, на каком уровне — трансляции или транскрипции — происходит эта стимуляция, пока остается открытым. Еще большие труд­ности возникают при анализе репрессии катаболитами. Известно, что у мутантов Е. coli с делецией i-, о- и p-генов сохраняется тем не менее чувствительность к репрессии катаболитами синтеза ß-галактозидазы [34]. Следовательно, система репрессор — оператор может не участвовать в регуляции синтеза ß-галактозидазы, но, поскольку такая регуляция наблюдается даже в тех случаях, когда утраче­ны все регуляторные локусы lac-оперона, вполне вероятно, что эта регуляция происходит на уровне трансляции.

Существование у бактерий механизмов, регулирующих трансляцию, не вызывает сомнений. Вероятно, самое убе­дительное доказательство этого было получено при иссле­довании РНК-содержащих бактериофагов. Последователь­ность оснований РНК каждого такого бактериофага определяет структуру 3—4 белков. При трансляции этой РНК в бактериальной клетке белки фага синтезируются не одновременно и в разных количествах [35—38]. Более того, эти различия во времени и скорости синтеза разных белков можно обнаружить даже тогда, когда РНК фага транслируется in vitro в бесклеточной системе [39], т. е. в условиях, исключающих возможность регуляции на любом уровне, кроме трансляции. Если фаг несет полярную му­тацию, то она проявляется и при трансляции его РНК in vitro [40]. (Полярной называется мутация, которая за­трагивает не только тот ген, в котором она возникла, но снижает также активность соседних генов.)

Анализ полярных мутаций в lac-опероне и в оперонах, контролирующих синтез триптофана и гистидина, также выявил участие механизмов, регулирующих трансляцию. В случае lac-оперона было обнаружено, что структурные белки синтезируются в разных количествах, причем в зави­симости от температуры их количественное соотношение может меняться [41]. Изучение полярных мутаций, повреж­дающих только z-или z- и у-гены lac-оперона, показало, что проявление гена а зависит от того, произошла ли трансля­ция РНК, синтезированной на гене у. Было также пока­зано, что мутации в гене z, которые ведут к преждевремен­ному прекращению его транскрипции, не препятствуют проявлению других генов оперона, но при этом синтез полипептида может вновь начаться с последовательности РНК, соответствующей гену у, или с какого-либо другого участка [42]. Если активность триптофанового оперона по­давить с помощью экзогенного триптофана, то синтез фер­ментов, за которые ответственны проксимальные гены опе­рона, быстро прекращается, тогда как ферменты, опреде­ляемые дистальными генами, продолжают синтезироваться еще целых 13 мин [43]. Когда гистидиновый оперон ингибируют с помощью экзогенного гистидина, прекращение синтеза ферментов, определяемых этим опероном, проис­ходит в том же порядке, в каком расположены на хромосо­ме соответствующие структурные гены. Но если в первом гене этой цепи возникнет мутация, в результате которой теряется чувствительность к нормальному ингибированию конечным продуктом, то под воздействием экзогенного ги­стидина синтез всех ферментов подавляется одновремен­но [44]. Эти эффекты полярности в лактозном, триптофановом и гистидиновом оперонах настолько сильно напоми­нают эффекты, обнаруженные у РНК-содержащих бакте­риофагов, что, вероятно, в основе тех и других лежат одно­типные регуляторные механизмы. Во всяком случае ясно, что все эти явления нельзя объяснить одной только регу­ляцией на уровне транскрипции. Большинство исследова­телей, основываясь на экспериментах Жильбера и Мюл­лер-Хилла, считают, что индукция галактозидами синтеза ß-галактозидазы у Е. coli в каком-то звене обязательно контролируется именно на уровне транскрипции. Однако трудно отказаться от мысли, что любые регуляторные ме­ханизмы, действующие на уровне транскрипции, противо­речат более важным и более гибким регуляторным меха­низмам, действующим на стадии трансляции.

Таким образом, нет оснований соглашаться с предпо­ложением о том, что у бактерий синтез белка регулируется преимущественно на уровне генов, тогда как в клетках высших организмов этот синтез главным образом регули­руется цитоплазматическими механизмами. В обоих слу­чаях, очевидно, преобладает цитоплазматическая регуля­ция. Вполне возможно, что у бактерий в связи с необходи­мостью быстрой адаптации к изменениям условий питания возникли какие-то специальные формы контроля тран­скрипции. Клетки высших животных и растений обычно не подвергаются столь резким изменениям условий среды, и в них можно индуцировать лишь слабые и очень медлен­ные (по сравнению с бактериями) изменения скорости синтеза ферментов. Тем не менее механизмы, контролиру­ющие транскрипцию, имеются и в высших клетках, но, как я покажу позже, они имеют очень мало общего с моделью циркуляции репрессора, предложенной для бак­терий.

  1. Стабильность матриц у бактерий

Один из наиболее важных выводов, к которому можно прийти, исходя из модели генетического оператора, и ко­торый особо подчеркивали Жакоб и Моно, состоит в том, что продолжительность жизни матрицы для синтеза бел­ков должна быть очень короткой. Если бы синтез белков регулировался только на уровне транскрипции ДНК, то матричные РНК должны были бы очень быстро распадать­ся: если же это не так, то выключение какого-нибудь гена не приведет к немедленному прекращению синтеза соот­ветствующего белка. Этот вывод, в основе которого лежит модель генетического оператора, опять полностью проти­воречит тому, что наблюдается в растительных и животных клетках. Как мы уже знаем, при исследовании энуклеиро­ванных клеток эукариотов была обнаружена необычайно высокая стабильность матриц для синтеза белков: продол­жительность их жизни может измеряться месяцами и да­же в неблагоприятных условиях составляет не менее нескольких часов. Следует еще раз отметить, что эти под­счеты касаются минимальных сроков.

В энуклеированной клетке белковый синтез в целом, так же как и сиптез какого-либо одного белка, может пре­кратиться по причинам, не имеющим никакого отношения к распаду матриц. И если продолжение синтеза белка не­избежно свидетельствует о том, что матрица все еще интактна, то прекращение синтеза вовсе не свидетельствует о ее разрушении. Если бы удалось доказать, что у бакте­рий продолжительность жизни матриц для синтеза белков действительно очень невелика и что аналогичные матрицы в клетках высших организмов, наоборот, очень устойчивы, то это был бы еще один вывод чрезвычайной важности, по­скольку он означал бы, что между бактериями и высшими клетками существуют принципиальные различия в струк­туре матриц или в системе ферментов, разрушающих эти матрицы.

Прежде чем приступить к сколько-нибудь серьезному обсуждению продолжительности жизни матриц, необходимо уточнить термины «короткоживущие» и «долгоживущие» матрицы. Конечно, продолжительность жизни матрицы можно выразить в абсолютных величинах: столько-то минут, столько-то часов или столько-то дней. Но это мало что дает, поскольку продолжительность жизненного цикла у разных клеток весьма различна. Так, время генерации Е. coli при оптимальных условиях составляет примерно 30 мин, минимальное время генерации животной клетки, растущей in vitro, 8—10 ч, продолжительность жизни Acelabularia mediterranea приблизительно 3 мес, а малый лимфоцит человека, не делясь, может существовать в ор­ганизме более 15 лет.

Если исходить из времени генерации, то 3 мин для Е. coli могут соответствовать 1 ч жизни клетки животного в культуре или 10 дням жизни ацетабулярии. Таким обра­зом, различия в продолжительности жизни матриц у столь разных организмов могут быть просто следствием более медленной работы регуляторных механизмов в медленно растущих клетках, а вовсе не свидетельствовать о том, что во всех этих клетках функционируют разные типы регуля­торных механизмов. Суть проблемы, таким образом, заклю­чается в следующем: действительно ли для репрессии син­теза белка необходимо разрушение соответствующих матриц?

Согласно модели генетического оператора, синтез белка в клетке прекращается потому, что разрушается его матри­ца, а так как эта модель требует, чтобы продолжитель­ность жизни матрицы была короткой по сравнению с вре­менем генерации клетки, то, следовательно, матрицы долж­ны постоянно обновляться и скорость их синтеза должна быть значительно выше, чем необходимо лишь для роста клетки. Вопрос, следовательно, сводится к тому, действи­тельно ли продолжительность жизни матрицы составляет именно такой промежуток времени, который необходим для репрессии синтеза какого-либо исследуемого белка. Если, например, синтез ß-галактозидазы прекращается в течение 2—3 мин после удаления из среды индуктора или введения в нее другого источника углеводов, то в соответ­ствии с моделью генетического оператора продолжитель­ность жизни матриц для этого фермента не может превы­шать 2—3 мин. Мы знаем, что эта модель не в состоянии объяснить регуляцию синтеза ферментов в клетках высших организмов, поскольку матрицы в таких клетках могут длительное время сохраняться интактными и регуляторные механизмы способны контролировать их трансляцию спустя длительное время после удаления ядра. Следова­тельно, необходимо выяснить, играет ли быстрое разруше­ние матриц существенную роль в работе механизмов, управляющих синтезом ферментов у бактерий.

Основной недостаток бактерий как объекта изучения при решении подобных вопросов состоит в том, что у них нет четко выраженного ядра, а значит, и удаление ядра невозможно. Поэтому все исследования такого рода на бак­териях ограничиваются непрямыми методами «физиоло­гической» энуклеации либо в результате распада в хромо­соме радиоактивного изотопа, либо с помощью высоких концентраций актиномицина D. И если для изучения ме­ханизмов регуляции метод с применением радиоактивного изотопа использовался лишь в нескольких работах, то актиномицин D нашел очень широкое применение. Нет нужды говорить, что литература, посвященная использо­ванию этого антибиотика, весьма противоречива и запутан­на, так как, с одной стороны, актиномицин D оказывает меньший эффект, чем энуклеация, потому что он не пол­ностью подавляет активность генов, а с другой — актино­мицин вызывает в клетке глубокие и сложные вторичные эффекты.

Я думаю, не стоит подробно обсуждать результаты оп­ределения продолжительности жизни разных матриц, основанные на снижении скорости синтеза соответствую­щих белков в присутствии актиномицина D. Согласно этим данным, продолжительность жизни матриц для ß-галактозидазы у Е. coli [45] колеблется от 2—3 мин до периода, соответствующего времени генерации клетки или даже пре­вышающего его [46]. Продолжительность жизни матриц варьирует в широких пределах у разных организмов, и даже у одного и того же организма она меняется в зависи­мости от условий культивирования [47].

Кинетика подавления белкового синтеза в присутствии актиномицина D также чрезвычайно разнообразна: в неко­торых случаях этот процесс описывается простой экспо­ненциальной функцией [48], в других — составлен по край­ней мере из двух, а быть может, и большего числа экспо­нент [49], а иногда кривая, описывающая этот процесс, имеет многоударный характер, из чего следует, что наблюдаемый эффект возникает в результате нескольких незави­симых событий [50]. Началу подавления синтеза всегда предшествует лаг-период, продолжительность которого тоже очень изменчива. Боюсь, что результаты этих опытов по определению продолжительности жизни матриц нельзя считать хоть сколько-нибудь достоверными до тех пор, пока не будет доказано, что снижение скорости синтеза белка происходит исключительно за счет разрушения матриц и не связано ни с чем иным.

  1. Матрицы с разной стабильностью

Разнообразие скоростей подавления синтеза разных белков в присутствии актиномицина D послужило причи­ной модификации модели генетического оператора, заслу­живающей специального обсуждения. Если первоначальная модель Жакоба и Моно утверждает, что продолжитель­ность жизни всех матриц должна быть очень короткой, то недавно было высказано предположение, согласно которо­му матрицы могут иметь разную стабильность, и именно благодаря этим различиям механизмы регуляции синтеза соответствующих белков приобретают большую гибкость [51]. Предполагалось, что ферменты, скорость синтеза ко­торых подвержена быстрым изменениям (например, ß-га­лактозидаза в индуцибельных штаммах Е. coll), имеют короткоживущие, нестабильные матрицы, тогда как фер­менты, скорость синтеза которых изменяется медленней (например, пенициллиназа у Bacillus cereus), имеют мат­рицы с большей продолжительностью жизни. Основной до­вод, подтверждающий это предположение, состоял в том, что под воздействием актиномицина D наблюдалась раз­личная скорость подавления синтеза разных ферментов, отражающая, как думали, продолжительность жизни со­ответствующих матриц. Эти общие соображения позволяют нам прийти к частному выводу о том, что у организмов с индуцибельным синтезом какого-то фермента матрицы должны быть короткоживущими и, наоборот, они должны быть очень стабильными, долгоживущими в организмах, где данный фермент синтезируется конститутивно. Подоб­ная модель все еще исходит из предположения, что меха­низмы, управляющие синтезом белков, действуют в основном на уровне транскрипции ДНК, но она тем не менее допускает, что быстрота изменения скорости синтеза, а следовательно, и гибкость контроля определяются продол­жительностью жизни матрицы.

Сейчас еще очень трудно проверить эту модель экспе­риментально. Пока что только в исключительных случаях, когда необычайно благоприятные генетические условия позволяют применить метод гибридизации ДНК и РНК, удается достаточно точно идентифицировать матрицу для определенного белка [52]. Но даже в этих случаях попыт­ки прямого определения продолжительности жизни матри­цы встречают серьезные осложнения. Почему это так, станет ясно в следующей главе, где обсуждается кинетика обмена РНК. По моему мнению, существуют веские дово­ды, которые не позволяют согласиться с тем, что в основе механизмов регуляции синтеза белка лежат различия в продолжительности жизни матричных РНК.

Если допустить, что продолжительность жизни матриц может варьировать в широких пределах, то сразу же вста­ет вопрос о том, с помощью каких механизмов достигаются эти различия. Мне кажется, что такая вариабельность мог­ла бы обеспечиваться одним из трех следующих способов:

1) возможно, что в структуре матриц имеются какие-то различия, определяющие неодинаковую их чувствитель­ность к разрушению цитоплазматическими ферментами;

2) кроме того, для каждого типа матричных РНК может существовать набор специфичных ферментов, которые раз­рушают их с разной скоростью, и, наконец, 3) матрицы мо­гут быть защищены от действия этих ферментов, но защи­щены не в одинаковой степени. Ни одна из этих альтерна­тив не кажется мне полностью приемлемой.

Наши знания о связи между структурой рибонуклеи­новых кислот и их чувствительностью к действию рибо­нуклеаз не позволяют надеяться на то, что незначитель­ные различия в последовательности оснований могут при­вести хоть к сколько-нибудь заметным различиям в чувствительности матриц к действию ферментов. Насколько нам сейчас известно, наличие двойной спирали, отсутствие пиримидиновых или одного из пуриновых оснований, ме­тилирование сахара и природа концевых групп — вот в сущности все те структурные особенности, которые могут влиять на устойчивость полирибонуклеотидов к действию нуклеаз. Поскольку все активные матрицы в любом слу­чае должны функционировать именно как матрицы, кажет­ся маловероятным, что они могут иметь весьма значитель­ные различия во вторичной структуре. Метилирование ри­бозы, отсутствие пиримидиновых или одного из пуриновых оснований не свойственно для природных полирибонуклео­тидов. Можно, правда, предположить, что защитную роль играют последовательности оснований на концах некото­рых матриц, благодаря чему матрицы могут успешно про­тивостоять действию как экзо-, так и эндонуклеаз с раз­личной биохимической специфичностью. Однако такие раз­личия в структуре ни в коем случае не могут обеспечить предполагаемых различий в стабильности матриц для кон­ститутивной и индуцибельной форм одного и того же фер­мента, поскольку первичная структура их матриц должна быть идентичной.

Для осуществления второй возможности необходимо гораздо большее число нуклеаз, чем сейчас известно, при­чем они должны обладать большей специфичностью. Но даже если в конце концов будет обнаружено множество высокоспецифичных ферментов, то с помощью этой схемы все равно не удастся объяснить предполагаемую разную стабильность матриц для синтеза конститутивной и инду­цибельной форм одного и того же белка.

Хорошо известно, что транслирующиеся матрицы ка­ким-то образом охраняются от разрушительного действия ферментов [53, 54], правда, формы этой защиты неспеци­фичны. Следовательно, продолжительность жизни тех мат­риц, на которых идет активный синтез белка, совсем не так мала. Любая модель, основанная на специфичной за­щите матриц, должна исходить из того, что либо способ за­щиты разных матриц неодинаков, либо степень соответ­ствия матрицы и защищающей ее молекулы может быть разной. Первая альтернатива снова предполагает сущест­вование целой «армии» высокоспецифичных и до сих пор не обнаруженных белков; из второй альтернативы следует, что матрицы должны сильно отличаться друг от друга по вторичной и третичной структуре.

Представление о различных способах защиты слишком неопределенно, чтобы его можно было анализировать всерьез, и, по-моему, оно ведет к еще большим концепту­альным трудностям, чем то предположение, ради объясне­ния которого его выдвинули. Несомненно, что в определен­ных условиях матричные РНК, содержащиеся в клетке, могут разрушаться и что в разных частях клетки этот про­цесс может происходить с неодинаковой скоростью. Одна­ко, прежде чем восторгаться идеей, что именно различия в стабильности матриц составляют основу некоего общего ме­ханизма регуляции синтеза белков, необходимо предло­жить более правдоподобные механизмы, чем те, которые я смог здесь изложить.

  1. Сравнение бактерий и клеток эукариотов

Термин «оперон» подразумевает, что функциональное значение сцепления генов, ответственных за синтез фер­ментов какого-либо одного метаболического пути, состоит в возможности координированной регуляции синтеза этих ферментов. Однако это не совсем так, поскольку координи­рованная регуляция синтеза метаболически связанных ферментов может осуществляться независимо от того, на­сколько тесно сцеплены соответствующие структурные ге­ны. Это относится не только к клеткам высших организ­мов, у которых пространственное объединение генов, от­ветственных за синтез группы ферментов какого-либо одного метаболического пути, может быть скорее исключе­нием, чем правилом, но также и к бактериям. Даже у Е. coll гены, определяющие синтез функционально связан­ных ферментов, могут быть сцеплены (lac-оперон), прост­ранственно разобщены (ферменты пути биосинтеза про­лина [55]) или же частично сцеплены и частично разобще­ны (ферменты, участвующие в синтезе аргинина [56, 57]). И тем не менее регуляция синтеза всех этих групп фермен­тов происходит координированно, без каких-либо затруд­нений. Отсюда ясно, что для координированной регуляции сцепление генов не обязательно.

Альтернативное объяснение состоит в том, что сцепле­ние метаболически связанных генов способствует объеди­нению ферментов, которые обычно функционируют вместе как единый многокомпонентный комплекс. Однако далеко не все метаболически связанные ферменты образуют та­кие сложные структурные комплексы. Еще одно объяс­нение состоит в том, что пространственное объединение генов может обеспечивать селективное преимущество тем организмам, у которых половое размножение осуществля­ется путем передачи единственной хромосомы из одной клетки в другую. Эта форма полового размножения, харак­терная для бактерий, связана с большим риском, так как во время конъюгации может произойти разрыв хромосомы. По-видимому, тесное сцепление генов служит одним из способов, значительно снижающих частоту таких разры­вов, в результате которых в клетку-реципиент может по­пасть неполный набор функционально связанных генов.

Следовательно, у организмов с иной формой полового размножения тесное сцепление метаболически связанных генов должно встречаться гораздо реже, и, по-видимому, это действительно так. Во всяком случае, ясно, что биоло­гический смысл тесного сцепления функционально связан­ных генов сложнее, чем это подразумевают, когда пользу­ются термином «оперон»; вероятно, исходя из принципов эволюционной теории, мы найдем более удовлетворитель­ное объяснение этому явлению, чем на основе представле­ний о регуляции обмена веществ.

Попытки выяснить, в какой мере отличаются друг от друга механизмы регуляции синтеза белков у бактерий и клеток высших организмов, увенчаются успехом только тогда, когда появится возможность сравнить одну и ту же систему реакций в двух типах клеток. Конечно, это совсем не так просто. Наиболее полные сведения о регуляции син­теза белков у бактерий были получены в результате изу­чения чрезвычайно быстрых изменений скорости синтеза ферментов, определяемых группой тесно сцепленных ге­нов. В клетках высших животных и растений подобных яв­лений может не наблюдаться. Даже для самых незначи­тельных изменений количества ферментов, участвующих в обычных метаболических путях в клетках высших орга­низмов, требуется несколько часов или даже дней; гены, ответственные за синтез таких ферментов, как правило, не связаны в единые группы.

В клетках высших организмов очень трудно обнару­жить процесс, подобный индукции синтеза ß-галактозидазы у Е. collСуществует, однако, два строго регулируемых процесса, которые можно наблюдать и в бактериальных и в эукариотических клетках; процессы эти — образова­ние спор и их прорастание. Споры, или биологически эквивалентные образования, при определенных условиях возникают у очень многих видов растений, причем законо­мерности образования спор у этих эукариотических орга­низмов во многом сходны с тем, что наблюдается у бак­терий. И у бактерий, и у многих эукариотов сложная по­следовательность биохимических и морфологических изменений приводит к образованию клеток, покрытых обо­лочкой, необычайно устойчивой к резким изменениям ус­ловий окружающей среды и обеспечивающей выживание этих клеток до тех пор, пока условия вновь не станут бла­гоприятными для роста.

Образование зонтика у ацетабулярии, в котором разви­ваются цисты, содержащие гаметы, и формирование пло­довых тел у некоторых миксомицетов в сущности сходные процессы. Я уже достаточно подробно обсудил опыты, про­веденные на энуклеированных клетках ацетабулярии. Эти опыты показали, что для такого сложного процесса, как образование зонтика, присутствие ядра совсем не обяза­тельно. Вся необходимая информация передается в цито­плазму задолго до момента ее реализации; биохимические процессы, приводящие к формированию зонтика, контро­лируются цитоплазматическими регуляторными механиз­мами ничуть не хуже, чем в присутствии соответствую­щих генов. Тем же закономерностям, по-видимому, подчи­няется формирование плодовых тел у слизевика Dictyoste­lium и образование спор у бактерий. Ни в одном из этих двух последних случаев энуклеация невозможна, однако результаты, полученные с помощью актиномицина D, поч­ти не оставляют сомнений в том, что в основе указанных двух процессов лежат те же механизмы, которые обеспечи­вают формирование зонтика у ацетабулярии. В обоих слу­чаях синтез специфичных белков, необходимых для мор­фологической дифференцировки, может начаться спустя много часов после подавления синтеза РНК с помощью вы­соких доз актиномицина D [58—64].

Анализ этих опытов показал, что информация для лю­бой стадии образования спор или образования плодовых тел передается в цитоплазму задолго до того, как это собы­тие происходит в действительности [64—66]. У бактерий, так же как и у эукариотов, трансляция матриц, контроли­рующих процесс образования спор, инициируется и регу­лируется механизмами, которые вступают в действие спус­тя большой промежуток времени после транскрипции со­ответствующих генов. Это в равной мере справедливо и для процесса прорастания, при котором споры, цисты или се­мена начинают вегетативный рост. Прорастание семян пшеницы вызывает волну белкового синтеза, который мо­жет продолжаться в течение 24 ч, несмотря на то что при этом не происходит сколько-нибудь заметного синтеза РНК [67]. Данные о влиянии актиномицина D на прораста­ние микроцист у миксобактерийMyxococcus xanthus так­же свидетельствуют о том, что информация, необходимая для прорастания, попадает в цитоплазму по крайней мере за 4—5 ч до ее проявления [68].

Таким образом, регуляция двух важнейших процессов в бактериальных клетках и в клетках высших организмов подчиняется тем же основным закономерностям, которые были выявлены при изучении ацетабулярии. При образо­вании спор и при прорастании тесная связь между вре­менем транскрипции гена и временем трансляции соответ­ствующей матрицы совсем не обязательна не только для клеток высших организмов, но и для бактерий. Инициация синтеза белков, специфичных для этих двух форм дифференцировки, а также обеспечение последующего синтеза этих белков происходит в цитоплазме клетки, а не на уров­не транскрипции генов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

  1. Jacob F., MonodJ., Genetic regulatory mechanisms in the synthesis of proteins, J. molec. Biol., 3, 318 (1961).
  2. PardeeАВ., Prestidge L. S., The initial kinetics of enzyme induction. Biochim. biophys. Acta, 49, 77 (1961).
  3. Cohn M.,Contributions of studies on the ß-galactosidase of Escherichia coli to our understanding of enzyme synthesis, Bact. Rev., 21, 140 (1957).
  4. Riley M., PardeeАВ , Jacob F., Monod J., On the expres­sion of a structural gene, J. molec. Biol., 2, 216 (1960).
  5. Cohen S. S.,Growth requirements of bacterial viruses, Bact. Rev., 13, 1 (1949).
  6. Monod J., Wollman E.,L’inhibition de la croissance et de l’adaptation enzymatique chez les bacteries infectees par le bac­teriophage, Annls Inst. Pasteur, Paris, 73, 937 (1947).
  7. BenzerS., Induced synthesis of enzymes in bacteria analyzed at the cellular level, Biochim. biophys. Acta, 11, 383 (1953).
  8. Luria S. E., Human M. L.,Chromatin staining of bacteria during bacteriophage infection, J. Bact., 59, 551 (1950).
  9. Siminovitch L., JacobF., Biosynthese induite d’un enzyme pendant de developpement des bacteriophages chez Escherichia coli K12, Annls Inst. Pasteur, Paris, 83, 745 (1952).
  10. Naono S.,Gros F., Synthese par E. coli d’une phosphatase mo­difiee en presence d’un analogue pyrimidique, C. r. hebd. Seanc. Acad. Sei., Paris, 250, 3889 (1960).
  11. BussardВ., Naono S., Gros F., Monod J., Effects d’un ana­logue de l’uracile sur les proprietes d’une proteine enzymatique synthetisee en sa presence, C. r. hebd. Seanc. Acad. Sei., Paris, 250, 4049 (1960).
  12. Bramwell M. E., Harris H.,The origin of the polydispersity in sedimentation patterns of rapidly labelled nuclear RNA, Bio-chem. J., 103, 816 (1967).
  13. Sedat J.,Lyon A., Sinsheimer R. L., Purification of Escheri­chia coli pulse-labelled RNA by benzoylated DEAE-cellulose chromatographygraphy, J. molec. Biol., 44, 415 (1969).
  14. Silver S.D.,The transfer of material during mating in Escheri­chia coli. Transfer of DNA and upper limits on the transfer of RNA and protein, J. molec. Biol., 6, 349 (1963).
  15. McFall E.,Effects of 32P decay on enzyme synthesis, J. molec. Biol., 3, 219 (1961).
  16. Davern C. I.,Effect of 32P decay upon RNA transcription by a radiation-sensitive strain of Escherichia coli, J. molec. Biol., 32, 151 (1968).
  17. Nomura M., Matsubara K., Okamoto K., Fujimura R.,Inhi­bition of host nucleic acid and protein synthesis by bacteriophage T4: its relation to the physical and functional integrity of host chromosome, J. molec. Biol., 5, 535 (1962).
  18. French R. C, Siminovitch L.,The action of T2 bacteriophage ghosts on Escherichia coli B, Can. J. Microbiol., I, 757 (1954).
  19. Horowitz J., Kohlmeier V.,Formation of active p-galactosidase by Escherichia coli treated with 5-fluorouracil, Biochim. biophys. Acta, 142, 208 (1967).
  20. Saunders P. P. Bass R. E., Saunders G. I.,Properties of 5-fluorouracil-containing ribonucleic acid and ribosomes from Bacillus subtilis, J. Bact., 96, 525 (1968).
  21. Saunders P. P.,Schultz G. A., Saunders G. I., Effect of 5-fluorouracil on the growth and morphology of a polyauxotrophic strain of Bacillus subtilis, J. Bact., 96, 560 (1968).
  22. AppelS. H., Alpers D. H., Tomkins G. M.,Multiple mo­lecular forms of ß-galactosidase, J. molec. Biol., 11, 12 (1965).
  23. Levinthal C, Signer E. R., Fetherolf K.,Reactivation and hybridization of reduced alkaline phosphatase, Proc. natn. Acad. Sei. USA, 48, 1230 (1962).
  24. Jacob F., MonodJ., On the regulation of gene activity, Cold Spring Harb. Symp. quant. Biol., 26, 193 (1961). (Жаков Ф., Mono Ж., Регуляция активности генов. В кн. «Регуляторные механизмы клетки», изд-во «Мир», М., 1964).
  25. GilbertW., Müller-Hill В., Isolation of the lac repressor, Proc. natn. Acad. Sei. USA, 56, 1891 (1966).
  26. Gilbert W.,Müller-Hill В., The lac operator is DNA, Proc. natn. Acad. Sei. USA, 58, 2415 (1967).
  27. Ippen K., Miller J. H., Scaife J., Beckwith J.,A new cont­rolling element in the lac operon of E. coli, Nature, Lond., 217, 825 (1968).
  28. Hatfield D., Hofnung M., Schwartz M.,Genetic analysis of the maltose A region in Esch.erich.ia coli, J. Bact.,98, 559 (1969).
  29. Power J.,The L-rhamnose genetic system in Escherichia coli K-12, Genetics, 55, 557 (1967).
  30. Engelsberg E., IrrJ,, Power J., Lee N., Positive control of enzyme synthesis by gene С in the Larabinose system, J. Bact., 90, 946 (1965).
  31. Jones-Mortimer M. C,Positive control of sulphate reduction in Escherichia coli, Biochem. J., 110, 589 and 597 (1968).
  32. Müller-HillВ., Crapo L., Gilbert W., Mutants that make more lac repressor, Proc. natn. Acad. Sei. USA, 59, 1259 (1968).
  33. EngelsbergE., Sheppard D., Squires C, Meronk F., An ana­lysis of «revertants» of a deletion mutant in the С gene of the L-arabinose gene complex in Escherichia coli B/r: isolation of initiator constitutive mutants (IС), J. molec. Biol., 43, 281 (1969).
  34. Moses V., Yudkin M. D.,Catabolite repression in Escheri­chia coli, Biochem. J., 110, 135 (1968).
  35. Oeschger M. P., Nathans D.,Differential synthesis of bacterio-phage-specific proteins in MS2-infected Escherichia coli treated with actinomycin, J. molec. Biol., 22, 235 (1966).
  36. Nathans D., Oeschger M. P.,Eggen К., Shimura Y., Bacteriophage-specific proteins in E. coli infected with an RNA bac-teriophage, Proc. natn. Acad. Sei. USA, 56, 1844 (1966).
  37. Lodish H.F., Bacteriophage f2 RNA: control of translation and gene order, Nature, Lond., 220, 345 (1968).
  38. Lodish H.F., Independent translation of the genes of bacterio­phage f2 RNA, J. molec. Biol., 32, 681 (1968).
  39. EggenК., Oeschger M. P., Nathans D., Cell-free protein syn­thesis of specific phage proteins, Biochem. biophys. Res. Commun., 28, 587 (1967).
  40. Capecchi M. R.,Polarity in vitro, J. molec. Biol., 30, 213 (1967).
  41. ZabinI.Proteins of the lactose system, Cold Spring Harb. Symp. quant. Biol., 28, 431 (1963).
  42. Newton A.,Re-initiation of polypeptide synthesis and polarity in the lac operon of Escherichia coli, J. molec. Biol., 41, 329 (1969).
  43. Ito J., ImamotoF., Sequential derepression and repression of the tryptophan operon in E. coli, Nature, Lond., 220, 441 (1968).
  44. Kovach J. S.,Berberich M. A., Venetianer P., Goldberger R. F., Repression of the histidine operon: effect of the first enzyme on the kinetics of repression. J. Bact., 97, 1283 (1969).
  45. Leive L.,Some effects of inducer on synthesis and utilization of (β-galactosidase messenger RNA in actinomycin-sensitive Escherichia coli, Biochem. biophys. Res. Commun., 20, 13 (1965).
  46. Pollock M. R.,The differential effect of actinomycin D on the biosynthesis of enzymes in Bacillus subtilis and Bacillus cereus, Biochim. biophys. Acta, 76, 80 (1963).
  47. Yudkin M. D.,Amino acid incorporation in Bacillus megate­rium treated with actinomycin, Biochim. biophys. Acta, 103, 705 (1965).
  48. Levinthal C, Keynan A., Higa A.,Messenger RNA turnover and protein synthesis in B. subtilis inhibited by actinomycin D, Proc. natn. Acad. Sei. USA, 48, 1631 (1962).
  49. Fan D. P., Higa A., Levinthal C,Messenger RNA decay and protection, J. molec. Biol., 8, 210 (1964).
  50. Harris H.,Function of the short-lived ribonucleic acid in the cell nucleus, Nature, Lond., 201, 863 (1964).
  51. Moses V., Calvin M.,Molecular regulation and its possible evolutionary significance. Evolving genes and proteins (Eds. V. Bryson and N. J. Vogel), p. 511, Academic Press, New York (1965).
  52. McCarthy B. J., The specificity of molecular hybridization reactions, A. Rev. Biochem. (1970).
  53. Barondes S. H., Nirenberg M. W.,Fate of a synthetic polynu­cleotide directing cell-free protein synthesis. I. Characteristics of degradation, Science, N. Y., 138, 810 (1962).
  54. Takanami M., Zubay G.,An estimate of the size of the riboso­mal site for messenger RNA binding, Proc. natn. Acad. Sei. USA, 51, 834 (1964).
  55. Curtiss R.,Chromosomal aberrations associated with mutations to bacteriophage resistance in Escherichia coli, J. Bact., 89, 28 (1965).
  56. Vogel H.J., Path of ornithine synthesis in Escherichia coli, Proc. natn. Acad. Sei. USA, 39, 578 (1953).
  57. VogelH. J., Bacon D. F., Gene aggregation: evidence for a co­ming together of functionally related, not closely linked genes, Proc. natn. Acad. Sei. USA, 55, 1456 (1966).
  58. Sussman M., Sussman R. R.,The regulatory program for UDP galactose polysaccharide transferase activity during slime mold cytodifferentiation: requirement for specific synthesis of ribonucleic acid, Biochim. biophys. Acta, 108, 463 (1965).
  59. Roth R., Ashworth J. M., Sussman M.,Periods of genetic transcription required for the synthesis of three enzymes during cellular slime mold development, Proc. natn. Acad. Sei. USA, 59, 1235 (1968).
  60. Newell P.C, Sussman M., Uridine diphosphate glucose pyro­phosphorylase in Dictyostelium discoideum. Stability and deve­lopmental fate, J. biol. Chem., 244, 2990 (1969).
  61. Rosasdel Valle M., Aronson A. I., Evidence for the synthesis of stable informational RNA required for bacterial spore formation, Biochem. biophys. Res. Commun., 9, 421 (1962).
  62. Aronson A. I., Rosasdel Valle M., RNA and protein synthesis required for bacterial spore formation, Biochim. biophys. Acta, 87, 267 (1964).
  63. Man deistam J., Sterlini J. M., «Commitment» to sporulation in Bacillus subtilis, Spores IV, p. 180, American Society for Microbiology (1969).
  64. Loomis W.F., Developmental regulation of alkaline phospha­tase in Dictyostelium discoideum, J. Bact., 100, 417 (1969).
  65. Sussman M., Sussman R.,Patterns of RNA synthesis and of enzyme accumulation and disappearance during cellular slime mold cytodifferentiation, Symposia of the Society for General Microbiology, XIX, p. 403 (1969).
  66. Mandelstam J.,Regulation of bacterial spore formation, Sym­posia of the Society for General Microbiology, XIX, p. 377 (1969).
  67. Chen D., Sarid S., Katchalski E.,Studies on the nature of messenger RNA in germinating wheat embryos, Proc. natn. Acad. Sei. USA, 60, 902 (1968).
  68. Scott Ramsey W., Dworkin M.,Stable mRNA and germination of Myxococcus xanthus microcysts, J. Bact., 101, 531 (1970).