 |
Принципы негативного и позитивного контроля регуляции активности генов у прокариот. Особенности регуляции активности генов у эукариот.
|
|
|
|
Генетические основы матричного синтеза белка в клетке: особенности транскрипции у прокариот и эукариот, понятие о прямой и обратной транскрипции, процесс трансляции.
Выражение генетической информации, закодированной в ДНК, сводится к синтезу белка. Это проявляется в клетках эукариот, в которых хромосомы, несущие информацию, находятся в ядре, а рибосомы, синтезирующие белок в цитоплазме. Следовательно, необходимы переносчики генетической информации от ДНК к рибосомам. Эту роль выполняет мРНК. Таким образом, реализация генетической информации делится на 2 части: транскрипция в ядре и трансляция в рибосоме.
Транскрипция – процесс считывания порядка расположения кодонов мРНК, выполняющей роли посредника в передаче структурной программы белка от ДНК к рибосоме.
P.S.
На ДНК триплет нуклеотидов – кодоген.
На иРНК и мРНК – кодон.
На тРНК- антикодон.
В результате транскрипции образуется м-РНК – это полинуклеотидная
цепь, построенная из 4 типов нуклеотидов (АУГЦ), связанных между собой 3´, 5´ - фосфодиэфирными связями.
В отличие от ДНК, РНК 1-цепочечная, поэтому часто состоит из аморфной и спирализованной областей, который возникает за счет замыкания водородных связей между комплементарными нуклеотидами, входящими в состав одной цепи. В силу одноцепочечного строения РНК не имеет ограниченный состав нуклеотидов, т.е. А не равно У, а Г не равно Ц.
Выделяют основные черты транскрипции:
1) Представляет собой матричный процесс. Во время специфического спаривания оснований на ДНК-матрице собираются рибонуклеотиды и образуется комплементарная ДНК цепь РНК.
2) В процессе транскрипции копируется только одна цепь ДНК.
|
|
|
3) В отдельном акте транскрипции копированию подвергается небольшой фрагмент молекулы ДНК.
4) Для осуществления транскрипции необходимо разделение цепей ДНК, после образования транскрипта цепь ДНК вновь заплетается.
5) Транскрипция напоминает репликацию ДНК, синтез РНК происходит в направлении 5´ к 3´, по типу «роста с хвоста».
6) Транскрипция ДНК осуществляется особым ферментом РНК-полимеразой.
Чтобы обеспечить транскрипцию отдельных сегментов ДНК существуют сигнальные последовательности, указывающие где начинается (инициируется) и где останавливается (терминируется).
У эукариот в процессе транскрипции синтезируется про м-РНК – предшественник зрелой м-РНК,т.к. большинство генов состоит из участков, кодирующих генетич.информацию (экзонов) и участков,некодирующих информацию (интронов). Интроны считываются вместе с экзонами, поэтому про м-РНК длиннее,чем зрелая м-РНК. Созревание м-РНК (процессинг) предполагает удаление из него интронных участков, с последующим соединением (сплайсингом) экзонных участков. В процессе сплайсинга принимают участие малые ядерные РНК, образующие комплексы с белками. Своими нуклеотидными последовательностями они взаимодействуют с концевыми участками интронов, подтягивая их к друг другу, сближая экзоны, которые впоследствии сшиваются. Образовавшиеся молекулы м-РНК уходят в цитоплазму. После того как образовалось достаточное количество м-РНК, транскрипция прекращается.
Процесс трансляции. Трансляция – процесс перевода последовательности триплетов м-РНК в последовательность аминокислот пептидных цепей. Процесс происходит на рибосомах в цитоплазме при участии т-РНК.
т-РНК синтезируется в ядре, функционирует в цитоплазме. Молекула т-РНК имеет сложную структуру и состоит из 4-х частей, 2 из которых имеет особое значение. Акцепторный стебель состоит из 7 пар оснований, 3´ конец длиннее чем 5´ конец на 3 основания (ССА). Это акцепторный конец, к которому присоединяется транспортируемая аминокислота. Остальные 3 ветви образуют петли. Средняя петля - антикодоновая, состоит из 5 пар оснований. В центре содержит 3 нуклеотида, антикодон, комплементарный кодону м-РНК, который шифрует аминокислоту, транспортируемую данной т-РНК к месту синтеза пептида.
|
|
|
Функции рибосом- удерживать в нужном положении м-РНК, т-РНК, белковые факторы, участвующие в процессе трансляции до тех пор, пока между соседними аминокислотами не образуется пептидная связь
Молекула м-РНК выходит из ядра в цитоплазму. Трансляция начинается со связывания специфической инициаторной т-РНК-метионин и факторов инициации с малой субъединицой. Затем м-РНК присоединяется своим 5´ концом комплексу´т-РНК-метионин +малая субъединица. И постепенно продвигается по м-РНК до стартового кодона АУГ. Далее антикодон УАЦ на т-РНК-метионин спаривается с кодоном АУГ м-РНК. К этому комплексу присоединяется большая субъединица. Образуется инициаторный комплекс. Когда т-РНК доставляет к рибосоме аминокислоту, её антикодон связывается водородными связями с нуклеотидами комплементарного кодона м-РНК. Акцепторный конец т-РНК с аминокислотой прикрепляется к большой субъединице. После первой аминокислоты доставляется следующая. Синтезируется пептидная цепь. Начало синтеза полипептидной цепи- инициация, её рост- элонгация. Процесс терминируют (останавливают) 3 кодона УАА, УАГ, УГА.
Обратная транскрипция — это процесс образования двуцепочечной ДНК на матрице одноцепочечной РНК. Данный процесс называется обратной транскрипцией, так как передача генетической информации при этом происходит в «обратном», относительно транскрипции, направлении. В 1970 году Темини, Балтимор независимо друг от друга открыли фермент, названный обратной транскриптазой (ревертазой) - фермент, осуществляющий обратную транскрипцию, и возможность обратной транскрипции была окончательно подтверждена. В 1975 году Темину и Балтимору была присуждена Нобелевская премия в области физиологии и медицины.
Обратная транскрипция необходима, в частности, для осуществления жизненного цикла ретровирусов, например, вирусов иммунодефицита человека и гриппа. После попадания вирусной РНК в клетку обратная транскриптаза, содержащаяся в вирусных частицах, синтезирует комплементарную ей ДНК, а затем на этой цепи ДНК, как на матрице, достраивает вторую цепь.
|
|
|
Значение для эукариот: ретротранспозоны эукариот кодируют обратную рестриктазу, которая используется ими для встраивания в геном хозяина подобно тому, как это происходит у вирусов.
Принципы негативного и позитивного контроля регуляции активности генов у прокариот. Особенности регуляции активности генов у эукариот.
Основная регуляция работы структурных генов осуществляется белком репрессором, который кодируется геном, не входящим в состав оперона. Белок репрессор в небольшом количестве синтезируется в клетке. Одновременно в цитоплазме могут находиться до 10 его молекул. Он обладает сродством с оператором.
Если в питательной среде нет лактозы, он прикрепляется к оператору и преграждает путь РНК-полимеразы к структурным генам. Оперон оказывается заблокированным. Если в среде появляется лактоза, белок репрессор имеет сродство и с лактозой, поэтому он связывается с ней, изменяет структуру и теряет способность соединяться с оператором. РНК-полимераза продвигается к структурным генам, транскрибирует оперон, начинается синтез ферментов, необходимых для усвоения лактозы.
После исчезновения лактозы из клетки, белок репрессор освобождается от нее, меняет свою структуру и приобретает сродство с оператором, соединяется с ним, прегрождает путь РНК-полимеразе. Транскрипция прекращается.
Индукция в данном варианте вызвана тем, что белок-репрессор в комплексе с эффектором не может присоединиться к оператору. Такой тип регуляции – негативная индукция.
В основе негативной репрессии лежит механизм прикрепления к оператору комплекса белка репрессора с эффектором, которым является конечный продукт оперона. Пример,работа триптофанового оперона, который состоит из 5 структурных генов, участвующих в синтезе триптофана. Ген репрессор,находящийся вне оперона обеспечивает постоянный синтез в клетке небольшого количества репрессора. До тех пор пока клетка успевает расходовать на свои потребности весь триптофан, белок репрессор не влияет на работу оперона. Если в клетке появляется избыток триптофана, он соединяется с белком репрессором, изменяет его структуру и он приобретает сродство с оператором, связывается с ним и прегрождает дорогу РНК-полимеразе. Транскрипция прекращается до тех пор, пока в клетке не израсходуется избыток триптофана. Освободившийся от триптофана белок репрессор теряет сродство с оператором и открывает путь РНК-полимеразе, который продвигается к структурным генам и начинает транскрипцию.
|
|
|
