Скачать 69.02 Kb.


Дата17.01.2018
Размер69.02 Kb.
ТипЛекция

Скачать 69.02 Kb.

Лекция №2. Стоматологический факультет. Молекулярные основы реализации наследственной информации и её регуляция



Лекция №2. Стоматологический факультет.

Молекулярные основы реализации наследственной информации и её регуляция.


Экспрессия наследственной информации осуществляется в процессе биосинтеза белка.


Наследственная информация обо всех признаках организма содержится в ДНК и записана в виде генов. Ген – это функциональная единица наследственного материала, по химической природе представляющая собой участок молекулы ДНК, в котором содержится информация о первичной структуре полипептида или о последовательности нуклеотидов в тРНК или рРНК. Реализация или экспрессия наследственной информации осуществляется в процессе биосинтеза белка.


Генетический код и его свойства.

Генетический код – это способ записи информации о первичной структуре белка с помощью определённой последовательности нуклеотидов ДНК или РНК. Он расшифрован в 1968 году Ниренбергом, Холи и Кораном. Свойства генетического кода:

  1. Триплетность.

  2. Универсальность.

  3. Неперекрываемость.

  4. Вырожденность или избыточность.

  5. Специфичность.

  6. Непрерывность.

  7. Из 64-х триплетов кодируют аминокислоты 61 кодон, а 3 называются нонсенс или бессмысленными кодонами.




Особенности строения и экспрессии генов у прокариот.

У прокариот экспрессируется одновременно 90-96% генов, содержащихся в геноме. Транскрибируемая часть каждого гена содержит только кодирующие последовательности нуклеотидов. Регулируемая часть генов состоит из следующих последовательностей нуклеотидов:

  1. Промотор.

  2. Оператор.

  3. Терминатор.

Большинство функционально связанных генов у прокариот объединены в группы, которые входят в состав оперонов.


Экспрессия генов у прокариот.

Экспрессия генов у прокариот осуществляется в 2 этапа: транскрипция и трансляция. Оба этапа протекают в цитоплазме и почти одновременно. Синтез всех видов РНК у прокариот осуществляет один тип РНК-полимераз. В процессе транскрипции генов, входящих в состав оперонов, синтезируется полицистронная иРНК. В процессе транскрипции у прокариот синтезируется уже готовая к трансляции зрелая иРНК.


Особенности строения и экспрессии генов у эукариот.

У эукариот экспрессируется в клетке примерно 10% генов генома. Отсутствуют опероны. Каждый ген имеет свой промотор и терминатор. Гены имеют прерывистое строение, так как состоят из интронов и экзонов. Основная часть наследственной информации у эукариот содержится в ДНК хромосом в ядре.


Экспрессия генов у эукариот

У эукариот синтез белка осуществляется в 3 этапа: транскрипция, посттранскрипция (процессинг) и трансляция. Первые два этапа протекают в ядре, а третий в цитоплазме. Транскрипцию осуществляют 3 вида РНК-полимераз: РНК-полимераза I , РНК-полимераза II, РНК-полимераза III. В процессе транскрипции белок-кодирующих генов РНК-полимераза II синтезирует незрелые иРНК, которые подвергаются процессингу. У эукариот в процессе транскрипции синтезируются моноцистронные иРНК.


Этапы биосинтеза белка у эукариот.

Транскрипция – считывание генетической информации с кодогенной цепи ДНК на один из видов РНК. При транскрипции белок-кодирующих генов на кодогенной цепи ДНК согласно принципу компрементарности синтезируется незрелая пре-иРНК.

При инициации транскрипции РНК-полимераза присоединяется к промотору и раскручивает прилежащий виток спирали ДНК.

В процессе элонгации на кодогенной цепи ДНК фермент РНК-полимераза согласно принципу комплементарности синтезирует пре-иРНК в направлении 5'-3'.

Транскрипция заканчивается на терминаторе и РНК-полимераза отделяется от матрицы ДНК и от синтезированной пре-иРНК.

Созревание, или процессинг, иРНК включает: 1) Метилирование и кэпирование 5'-конца пре-иРНК. 2) Полиаденилирование – присоединение к 3-концу пре-иРНК последовательности, состоящей из 100—200 остатков аденина. 3) Метилирование небольшой части внутренних нуклеотидов. 4) Удаление из пре-иРНК интронов (ретрикция) с последующим соединением (сплайсингом) экзонов. При сплайсинге экзоны соединяются в том же порядке, в котором они представлены в ДНК.

Альтернативноый сплайсинг – это процесс, при котором из одного и того же первичного транскрипта (пре-иРНК) могут удаляться разные нуклеотидные последовательности и образовываться разные зрелые иРНК.

Трансляция - это сборка полипептидной цепи из аминокислот, которая происходит на рибосомах и с использованием в качестве матрицы зрелой иРНК.

На стадии инициации трансляции образуется инициирующий комплекс, состоящего из субчастицы рибосом, иРНК, и первой аминоацил-тРНК транспортирующей инициирующую аминокислоту - метионин.

Элонгация трансляции - это совокупность реакций, при которых образуются пептидные связи между аминокислотами в строящейся полипептидной цепи. При терминациии трансляции синтезированная полипептидная цепь отделяется от рибосомы и от иРНК.

В процессе посттрансляции происходит удаление первой инициирующей аминокислоты, белки приобретают вторичную, третичную или четвертичную структуры.





Регуляция экспрессии генов

Контроль экспрессии генов осуществляется на любом из этапов реализации наследственной информации.

Функционально гены у про- и эукариот подразделяются на структурные и регуляторные. Структурные гены кодируют РНК или структурные, ферментативные и др. белки, обеспечивающие разнообразные функции в клетке. Регуляторные гены кодируют белки или РНК, осуществляющие генетическую регуляцию экспрессии структурных генов.

Негенетический контроль осуществляют эффекторы. К ним относятся вещества небелковой природы, которые взаимодействуют с регуляторными белками. Эффекторы подразделяются на 2 группы: индукторы (активируют транскрипцию) и корепрессоры (подавляют транскрипцию).



Особенности регуляции экспрессии генов у прокариот.

У прокариот преобладает негативный контроль транскрипции.

Концепция регуляции транскрипции у прокариот была сформулирована на модели оперона, предложенной Жакобом и Мано. Оперон включает в себя функционально-связанные структурные гены, промотор, оператор и терминатор. Экспрессия генов оперона контролируется регуляторным геном, который расположен на некотором расстоянии от оперона. Продукт регуляторного гена - белок - репрессор.

Экспрессия генов (пример – лактозный оперон) обеспечивается связыванием РНК-полимеразы с промотором. С оператором специфически связывается белок-репрессор. Когда репрессор связывается с оператором, РНК-полимераза не может начать транскрипцию и экспрессия генов оперона выключается.

Поступающая в клетку лактоза (индуктор) соединяется с репрессором, последний инактивируется. При этом промотор становится доступным для РНК-полимеразы и транскрипции структурных генов оперона.




Особенности регуляции экспрессии генов у эукариот.

Многоклеточные эукариоты состоят из различных типов клеток, разнообразие которых обусловлено дифференциальной экспрессией генов, определяющих синтез тканеспецифических белков. Дифференциальная экспрессия генов в основном осуществляется на уровне транскрипции.

У эукариот продукты регуляторных генов могут как подавлять, так и активировать экспрессию регулируемых генов. При этом у них преобладает позитивный контроль транскрипции.

У эукариот каждый ген регулируется самостоятельно. Репрессоры и активаторы, регулирующие транскрипцию, могут связываться или с промотором или другими регуляторными последовательностями, расположенными в пределах или по обе стороны от промотора. Для присоединения РНК-полимеразы II к промотору необходимо формирование транскрипционного комплекса. В его образовании принимают участие регуляторные белки – факторы транскрипции. При условии образования устойчивого транскрипционного комплекса происходит экспрессия определённого гена.

В регуляции активности эукариотических генов принимают участие также энхансеры и сайленсеры. Энхансеры – усилители транскрипции. Сайленсеры – тормозят транскрипцию.

В регуляции экспрессии генов у эукариот большое значение имеет метилирование ДНК, которое способствует инактивации генов.

Особенностью регуляции экспрессии эукариотических генов является существование генов-интеграторов. Они отвечают за синтез регуляторных белков, способных контролировать транскрипцию сразу группы генов, кодирующих как структурные, так и регуляторные белки. Регуляцию транскрипции у эукариот также осуществляют гормоны, которые часто выполняют функцию индукторов транскрипции.

Регуляторную функцию у про- и эукариот выполняют малые регуляторные РНК, которые репрессируют определённые гены (явление ДНК-интерференции).

В регуляции генной активности у эукариот играют значительную гистоновые белки хромосом. Условием для транскрипции у эукариот является ослабление связи ДНК с гистоновыми белками на определённом участке хроматина.

Альтернативный сплайсинг у эукариот влияет на окончательную структуру белка, кодируемого геном.

Регуляция трансляции у про- и эукариот осуществляется на стадии инициации, путём воздействия на один из факторов инициации. Трансляцию регулируют также малые регуляторные РНК. Связываясь с иРНК, малые РНК препятствуют её связыванию с рибосомой происходит подавление трансляции.



На уровне посттрансляции регуляция экспрессии генов у про- и эукариот осуществляется путём изменения структуры синтезируемого белка и формирования функционально активных белковых молекул.

Коьрта
Контакты

    Главная страница


Лекция №2. Стоматологический факультет. Молекулярные основы реализации наследственной информации и её регуляция

Скачать 69.02 Kb.