Читайте также:
|
У эукариот структурные звенья цепи биохимических реакций, как правило, разбросаны по всему геному. Поэтому строение оперона имеет ряд особенностей: 1)регуляторная (акцепторная) часть больше, чем структурная; 2)в структурной части чаще всего один ген (реже два гена); 3)внутри структурных генов эукариот имеются интроны, транскриптов которых нет в соответствующих зрелых иРНК. Это может играть роль во внутригенных комбинациях, опознании генов белками, контролирующими его активность. В связи с особенностями организации генов эукариот и генома в целом регуляция генной активности у них характеризуется некоторыми отличиями по сравнению с прокариотами. Гены, определяющие синтез ферментов одной цепи биохимических реакций, могут быть рассеяны в геноме и, очевидно, не имеют, как у прокариот, единой регулирующей системы (ген-регулятор, оперон, промотор). В связи с этим синтезируемые мРНК у эукариот моноцистронны, т.е. являются матрицей для отдельных пептидных цепей.
Установлено, что функционирование несомненно подчиняется регуляторным воздействиям, однако регуляция транскрипции у эукариот является комбинационной, т.е. активность каждого гена регулируется большим спектром генов-регуляторов.
У многих эукариотических генов, кодирующих белки в ДНК имеется несколько областей, которые узнаются разными белками регуляторами. Одной из них является область, расположенная вблизи промотора. Она включает около 100 пар нуклеотидов, в том числе ТАТА-блок, располагающийся на расстояние 25 пар нуклеотидов от точки начала транскрипции. Установлено, что для успешного присоединения РНК-полимеразы к промотору необходимо предварительное соединение с ТАТА- блоком особого белка – фактора транскрипции – с образованием стабильного транскрипционного комплекса. Именно этот комплекс ДНК с белком узнаётся РНК-полимеразой. Последовательности нуклеотидов, примыкающие к ТАТА-блоку, формируют требуемый для транскрипции элемент, расположенный перед промотором.
Другая область, играющая важную роль в регуляции активности эукариотических генов, располагается на большом расстоянии от промотора (до нескольких тысяч пар нуклеотидов) и называется энхансером. И энхансер, и препромоторный элемент эукариотических генов содержат серию коротких нуклеотидных последовательностей, которые связываются с соответствующими регуляторными белками. В результате взаимодействия этих белков происходит включение или выключение генов.
Особенностью регуляции экспрессии эукариотических генов являются также существование белков-регуляторов, которые способны контролировать транскрипцию многих генов, кодирующих, возможно, другие белки-регуляторы. В связи с этим некоторые (главные) белки-регуляторы обладают координирующим влиянием на активность многих генов и их действие характеризуется плейотропным эффектом. Примером может служить существование белка, который активирует транскрипцию нескольких специфических генов, определяющих дифференцировку предшественников жировых клеток.
Ввиду того что в геноме эукариот имеется много избыточной ДНК, а в каждой клетке организма транскрибируется всего 7-10% генов, логично предположение о том, что у них преобладает позитивный генетический контроль, при котором активация небольшой части генома оказывается более экономичной, нежели репрессия основной части генов.
У эукариот большая роль в регуляции активности генов принадлежит гормонам, которые являются индукторами транскрипции. Специфичность регулирующего действия гормонов на процесс транскрипции обусловлена не только особенностями гормона, но и природой самой клетки-мишени, синтезирующей специфичный белок-рецептор. Данный белок позволяет гормону проникнуть в ядро клетки-мишени и обеспечить активизацию определенных генов.
Особенностью регуляции генной активности у эукариот является наличие устойчивого комплекса ДНК с белками гистонами. Гистонам принадлежит ведущая роль в компактизации ДНК, следовательно они являются регуляторами генной активности. При транскрипции у эукариот происходит декомпактизация хроматина на определенном участке. Временно утрачивается связь ДНК с Н-гистонами и несколько ослабляется связь с нуклеосомными гистонами. Возникает контакт ДНК и негистоновых белков хроматина (ферментов транскрипции) т.е. становится возможной депрессия гена.
Отличительной особенностью регуляции экспрессии генов у эукариот является возможность её осуществления не только на стадии транскрипции, но и на других этапах растянутого во времени процесса реализации наследственной информации. Для эффективной регуляции экспрессии генов у эукариот должны существовать механизмы, работающие не только на стадии тарнскрипции, но и на других этапах этого процесса.
Связанная с экзон-интронной организацией генов необходимость процессинга, в том числе сплайсинга, делает возможным регуляцию этих процессов в ядре. Наличие интронов создает возможность изменения схемы сплайсинга и использования одного и того же первичного транскрипта для синтеза разных полипептидов.
Очевидно, и транспорт зрелых мРНК из ядра в цитоплазму также регулируется определённым образом, так как установлено, что лишь небольшая часть РНК, транскрибируемая с генов, после сплайсинга покидает ядро. Значительное количество его деградирует. Возможно, это является результатом процессинга, приводящего к появлению “неправильных” матриц.
Существуют механизмы, обеспечивающие регуляцию процессов синтеза пептидных цепей. Они менее экономичны, но отличаются быстротой реагирования на изменение потребностей клетки в данном белке. Регуляция трансляции осуществляется на стадии инициации путём воздействия на один из факторов инициации, катализирующего присоединение к малой субъединицы рибосомы тРНК, несущей метионин (формилметионин). В результате, при наличии в цитоплазме мРНК, трансляции на ней не происходит. Такая ситуация наблюдается, например, при отсутствии в цитоплазме гема, что ведёт к выключению трансляции глобиновых цепей гемоглобина.
Наконец, регуляция процесса реализации наследственной информации может осуществляться и на стадии посттрансляционных изменений. Прекращение этих процессов обуславливает задержку в формировании активных молекул белка при наличии необходимых для этого пептидных цепей. Например, для формирования активной формы белкового гормона – инсулина – из проинсулина должны вырезаться две субъединицы. Торможение этих процессов уменьшает выход конечного активного продукта.
Таким образом, регуляция экспрессии генов демонстрирует сложнейшие взаимосвязи, которые существуют между ними в геноме.
Основная литература.
1. Н.Н. Мушкамбаров, С.Л. Кузнецов. Молекулярная биология. Медицинское информационное агенство. Москва. 2003г.
2. А.А. Слюсарев. Биология с общей генетикой. Москва. Медицина 1987г.
3. А.П. Пехов. Биология и общая генетика. Москва. Издательство Российского университета дружбы народов 1994г.
4. В.Н. Ярыгин. Биология в 2-х томах. Москва Высшая школа. 1997г.
5. Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор. Биология в 3-х томах. Москва. Мир. 1996г.
6. Г.В. Гуляев. Генетика. Москва. Издательство Колос 1984г.
7. Г. Стент. Молекулярная генетика. Издательство Мтр. Москва 1974г.
Дополнительная литература.
1. В. А. Накаряков, О.Б. Гигани, О.О. Гигани, А.В. Иткес, Н.В. Карасева, Г. И. Мяндина, О.Н. Сперанская, Е.В. Тарасенко, В.П. Щипков. Вопросы и задачи по общей биологии и общей медицинской генетике. Москва. Издательский дом ГЕОТАР-МЕД. 2004г.
8. Контрольно-учебная карта внеаудиторной подготовки к занятию.
| Ключевые вопросы темы | Цель | Вопросы для самоконтроля |
| 1) Ген как функциональная основа наследственности. | Знать современное определение гена, его химическую структуру | - определение гена с позиции классической генетики; - современное определение гена; - химическая основа гена, как единицы функции наследственного материала. |
| 2) Свойства гена. | Знать основные свойства генов | - материальность; - дискретность; - специфичность; - стабильность; - изменчивость; - плейотропное действие; - дозированность действия. |
| 3) Особенности строения генов прокариот и эукариот | Знать особенности строения генов прокариот и эукариот | - особенности организации генов прокариот; - особенности организации генов эукариот; - интроны; - экзоны; - спейсеры; - мутоны; - реконы. |
| 4) Цистрон и его структура | Знать особенности организации цистрона как единицы биохимической функции | - структура цистрона; - цистрон- единица биохимической функции гена. |
| 5) Функциональная классификация генов | Знать функциональную классификацию генов | - конститутивные и регулируемые гены; - структурные гены; - регуляторные гены; - модуляторы; - регуляторы. |
| 6) Особенности экспрессии генетической информации у прокариот и эукариот (Регуляция работы генов у прокариот и эукариот) См. Лекции профессора Самыкиной Л.Н. | Знать структуру оперона и основные принципы регуляции работы генов про- и эукариот | - общие принципы регуляции работы генов; - строение оперона прокариот; - регуляция работы генов у прокариот; - особенности строения оперона эукариот; - регуляция работы генов эукариот. |
| 7) Взаимосвязь между геном и признаком. Теория ген => фермент => признак. | Знать взаимосвязь между геном и признаком. Сущность теории ген => фермент => признак | - механизм реализации наследственной информации; - взаимосвязь между геном, белком – ферментом и признаком. |
| 8) Биологическое значение генного уровня организации наследственного материала. | Знать биологическое значение генного уровня организации наследственного материала | - принципы генетического контроля экспрессии генов; - дифференциальная активность генов; - гены общеклеточных и специфических функций. - эволюция генома. |
План работы в аудитории.
| Название этапа | Описание этапа | Цель этапа | Время (мин) |
| 1. Контроль исходного уровня знаний. | Ключевые вопросы темы: 1) Ген как функциональная основа наследственности. 2) Свойства гена. 3) Особенности строения генов эукариот и прокариот 4) Цистрон и его структура 5) Функциональная классификация генов 6) Особенности экспрессии генетической информации у прокариот и эукариот (Регуляция работы генов у прокариот и эукариот) 7)Взаимосвязь между геном и признаком. Теория ГЕН => ФЕРМЕНТ => ПРИЗНАК. 8) Биологическое значение генного уровня организации наследственного материала. | Определить уровень готовности студентов к занятию. Коррекция знаний. | |
| 2. Решение задач под контролем преподавателя. | Задачи 1.2;1.5;1.6;1.9;1.10 из методических разработок по данной теме. | Умение применять теоретические знания при решении задач. | |
| 3.Самостоятельное решение задач. | Задачи 1.1;1.3;1.4;1.7;1.8 из методических разработок по данной теме | Уметь теоретически обосновать задачу, составить алгоритм решения задачи. | |
| 4. Проверка протокола. | Контроль за правильностью оформления решенных задач. | Выявление степени усвоения учебной темы. Оценка знаний студентов. | |
| 5. Заключение. | Подведение итогов занятия. Задания на следующее занятие | Ориентация студентов на самостоятельную работу. |
Дата добавления: 2015-01-05; просмотров: 89 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |