Этот тип регуляции осуществляется несколькими способами. Из них наиболее значимы два:
- Регуляция транскрипции путём изменения вторичной структуры участка ДНК, на котором фермент РНК-полимераза осуществляет синтез РНК. Пространственную структуру ДНК изменяют специальные ферменты. Эти изменения могут быть самыми разнообразными, например, возможен такой вариант, когда на кодирующей части ДНК формируются изгибы или шпильки. Эти структуры блокируют движение по ДНК ферментов, обеспечивающих самый первый процесс синтеза РНК – инициацию. В результате не происходит деспирализации ДНК, не разрываются водородные связи между нитями ДНК, не отходят друг от друга нити ДНК, т.е. не формируется вилка транскрипции. Процесс транскрипции не начинается.
- Регуляция путём взаимодействия специальных белков-регуляторов с оператором.
Этот механизм был предложен Ф. Жакобом и Ж. Моно в 1961 г. Предложенная ими гипотеза регуляции в настоящее время полностью подтверждена и хорошо исследована. Этот тип регуляции называется «Контроль синтеза белка на уровне транскрипции» или просто «Теория оперона».
Оперон прокариот состоит из промотора, оператора и кодирующей части. К промотору присоединяется РНК-полимераза, которая «проходит» через оператор и транскрибирует РНК с матричной цепи ДНК. Промотор и оператор взаимно перекрываются. К оператору присоединяются два типа белков-регуляторов – активатор и репрессор. Это генетические факторы регуляции.
Репрессор, взаимодействуя с оператором, перекрывает его и частично промотор, создавая стерическое препятствие для присоединения РНК-полимераза к промотору. Такая регуляция носит название негативный контроль.
Активатор взаимодействует с оператором таким образом, что эта связь, не только не нарушает движение РНК-полимеразы через оператор, но и ускоряет осаждение на промотор всё новых и новых молекул РНК-полимераз. Это повышает интенсивность транскрипции гена, что приводит к существенному увеличению синтеза РНК и синтеза белка. Этот тип регуляции называется позитивным контролем.
Важно отметить, что без активатора связывание РНК-полимеразы с промотором так же происходит, но очень медленно.
На более высоком уровне регуляции происходят те же процессы, что и изложенные выше, но к ним добавляется звено, которое регулирует действие активаторов и репрессоров. Эндогенные или экзогенные факторы (ими могут быть физические факторы или химические соединения) могут активировать или инактивировать активатор или репрессор. Если происходит активация активатора и инактивация репрессора, то интенсивность транскрипции повысится, и наоборот, при активации репрессора и инактивации активатора интенсивность транскрипции снизится.