Регуляция транскрипции и трансляции у прокариот.

Соединения, которые в клетке подвергаются действию ферментов, называются субстратами. Ферменты, участвующие в одной цепи превращения субстрата в конечный продукт, закодированы в расположенных друг за другом генах одного оперона. Между этими генами, называемыми структурными (так как они определяют структуру ферментов), и промотором - посадочной площадкой для полимеразы есть особый участок ДНК - оператор. Он так называется потому, что именно с него начинается операция - синтез иРНК. С оператором взаимодействует специальный белок - репрессор. Пока репрессор «сидит» на операторе, полимераза не может сдвинуться с места и начать синтез иРНК.

Схема регуляции транскрипции и трансляции. П - промотор; О - оператор; СГ - структурный ген; Реп - белок-репрессор; Ф - фермент. Когда в клетку попадает субстрат А, для расщепления которого нужны ферменты Ф-1, Ф-2, Ф-3, закодированные в структурных генах оперона А, одна из молекул субстрата связывается с репрессором, мешающим считывать информацию об этих ферментах. Репрессор, связанный молекулой субстрата, теряет способность взаимодействовать с оператором, отходит от него и освобождает дорогу полимеразе. Полимераза синтезирует иРНК, которая обеспечивает на рибосомах синтез ферментов, расщепляющих субстрат А. Как только последняя молекула субстрата А будет преобразована в конечный продукт, освобожденный ре-прессор возвратится на оператор и закроет путь полимеразе.

Транскрипция и трансляция прекращаются; иРНК и ферменты, выполнив свои функции, расщепляются соответственно до нуклеотидов и аминокислот.

Другой оперон, содержащий группу генов, в которых закодированы ферменты для расщепления субстрата Б, остается закрытым до поступления в клетку молекул этого субстрата. В ряде случаев конечные продукты одних цепей превращений могут служить субстратами для новых биохимических конвейеров. Не каждый оперон имеет несколько структурных генов, есть опероны, содержащие лишь один ген. Количество структурных генов в опероне зависит от сложности биохимических превращений того или иного субстрата.

Отличия регуляции транскрипции и трансляции у эукариот от прокариот.

У прокариот, если какой-нибудь участок транскрибируется, то он автоматически транслируется, т.е. регуляция синтеза белка у прокариот осуществляется на уровне транскрипции.

У эукариот транскрипция и трансляция пространственно разделены (транскрипция в ядре, трансляция в цитоплазме), и регуляция синтеза белка происходит в три этапа:

1. Транскрипция
2. Экспорт из ядра
3. Трансляция

Регуляция синтеза белка у эукариот осуществляется в основном на уровне трансляции, когда регуляторные вещества присоединяются к управляющим участкам 3’-НТО и 5’-НТО. 5'-НТО отвечает за частоту трансляции 3'-НТО отвечает за время жизни иРНК в цитоплазме. Транскрипция у эукариот регулируется почти так же, как у прокариот. Разница: у эукариот транскрипция может не только подавляться репрессорами, присоединенными к операторам, но и стимулироваться активаторами, присоединенными к энхансерам. Опероны у эукариот пространственные, т.е. участок, к которому присоединен репрессор, может находиться не в том же участке хромосомы, где лежат промотор и структурные гены, и приближаться к ним за счет укладки ДНК в интерфазном ядре.

Ген (определение), тонкая структура гена.

Ген — структурная и функциональная единица наследственности, контролирующая развитие определённого признака или свойства.

Тонкая структура гена.

В типичном эксперименте по составлению карты штамм В бактерий заражают двумя различными мутантами rII и получают потомство, состоящее в основном из тех же двух типов мутантов, как и родители, но и, кроме того, из нескольких рекомбинантов. Общее число фагов определяется в результате подсчета стерильных пятен на штамме В. Если выращивать потомство на штамме бактерий К, то мутантные типы вымирают и остаются только рекомбинантные, так что появляется возможность установить более точное их соотношение1. Бензер доказал, что рекомбинации происходят в основном между аллелями внутри локуса rII, и смог определить генетическое расстояние между каждыми двумя мутантными участками (сайтами) и даже составить карту этих аллелей.

Небольшая часть этой карты выглядит следующим образом: каждый квадратик на карте означает аллель, отдельный от других аллелей; квадратики один над другим означают аллели, которые невозможно разделить, и, следовательно, они представляют собой мутации, возникающие в одной и той же позиции. Отсюда ясно, что Бензер создал карту, на которой ген можно поделить на различные участки, и каждый участок, по всей видимости, соответствует отдельной нуклеотидной паре ДНК.

Предложенная Бензером схема подтверждает также важное предположение о строении генов. Так как гены находятся в ДНК, было высказано предположение, что при синтезе белка последовательность оснований ДНК просто читается по порядку друг за другом. Но можно было предположить и другое: ген представляет собой отдельный «узел» ДНК, кодирующий белок каким-то более сложным способом. Результаты, полученные Бензером, доказывают, что ген обладает простой, линейной структурой, и это согласуется с самой простой гипотезой о функционировании ДНК.

Теория гена. Свойства гена.

В результате исследований элементарных единиц наследственности сложились представления, носящие общее название теории гена.

Основные положения этой теории сводятся к следующему:

Ген занимает определенный участок (локус) в хромосоме. Ген (цистрон) - это часть молекулы ДНК, представляющая собой определенную последовательность нуклеотидов и являющаяся функциональной единицей наследственной информации.

Число нуклеотидов, входящих в состав различных генов, неодинаково. Внутри гена могут происходить рекомбинации и мутирование.

Существуют структурные и функциональные гены.

Структурные гены кодируют синтез белков, но ген не принимает непосредственного участия в синтезе белка. ДНК - матрица для синтеза молекул и-РНК. Функциональные гены контролируют и направляют деятельность структурных генов. Расположение нуклеотидных триплетов в структурных генах коллинеарно последовательности аминокислот в полипептидной цепи, кодируемой данным геном. Молекулы ДНК, входящие в состав гена, способны к репарации, поэтому не всякие повреждения гена ведут к мутациям.

Генотип, будучи дискретным (состоящим из отдельных генов), функционирует как единое целое. На функцию генов оказывают влияние как внутриклеточные факторы, так и факторы внешней среды.

Свойства гена:

1. дискретность — несмешиваемость генов;

2. стабильность—способность сохранять структуру;

3. лабильность—способность многократно мутировать;

4. множественный аллелизм — многие гены существуют в популяции во множестве молекулярных форм;

5. аллельность — в генотипе диплоидных организмов только две формы гена;

6. специфичность — каждый ген кодирует свой признак;

7. плейотропия — множественный эффект гена;

8. экспрессивность — степень выраженности гена в признаке;

9. пенетрантность — частота проявления гена в фенотипе;
10.амплификация — увеличение количества копий гена.