Археология об основании Рима: Новые раскопки проясняют и такой острый дискуссионный вопрос, как дата самого возникновения Рима...
Адаптации растений и животных к жизни в горах: Большое значение для жизни организмов в горах имеют степень расчленения, крутизна и экспозиционные различия склонов...
Топ:
Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного хозяйства...
Отражение на счетах бухгалтерского учета процесса приобретения: Процесс заготовления представляет систему экономических событий, включающих приобретение организацией у поставщиков сырья...
Характеристика АТП и сварочно-жестяницкого участка: Транспорт в настоящее время является одной из важнейших отраслей народного...
Интересное:
Распространение рака на другие отдаленные от желудка органы: Характерных симптомов рака желудка не существует. Выраженные симптомы появляются, когда опухоль...
Уполаживание и террасирование склонов: Если глубина оврага более 5 м необходимо устройство берм. Варианты использования оврагов для градостроительных целей...
Лечение прогрессирующих форм рака: Одним из наиболее важных достижений экспериментальной химиотерапии опухолей, начатой в 60-х и реализованной в 70-х годах, является...
Дисциплины:
2017-07-01 | 794 |
5.00
из
|
Заказать работу |
|
|
РЕГУЛЯЦИЯ БИОСИНТЕЗА БЕЛКА
В каждой клетке синтезируются специфические белки, и с неодинаковой скоростью. Благодаря регуляции синтеза в конкретных условиях среды образуется лишь необходимое число молекул данного белка. Все соматические клетки многоклеточных организмов содержат в ДНК одинаковую генетическую информацию, однако отличаются друг от друга по составу белков. Так, клетки эритроцитов содержат большое количество гемоглобина, клетки кожи – коллагена, скелетных мышц – актина и миозина, клетки печени содержат ферменты синтеза мочевины, которые отсутствуют у всех других клеток. Таким образом, в клетках каждого типа экспрессируется только часть структурных генов.
Большая часть генома находится в неактивном, репрессированном, состоянии. Спектр функционирующих генов зависит от типа клетки, периода ее жизненного цикла, стадии индивидуального развития организма. У большинства организмов активно транскрибируются только 2-10% генов. Гены, которые транскрибируются постоянно, не подчиняясь каким-либо регуляторным воздействиям, называются конститутивными. Обычно это гены, обеспечивающие синтез белков общего назначения (белки рибосом, гистоны, тубулины и др.), а также тРНК и рРНК. Включение и выключение других генов зависит от различных метаболитов, эти гены называются регулируемыми.
Регуляция синтеза белка у эукариот:
1) стойкую репрессию генов вызывает компактная упаковка хроматина, включая взаимодействие с гистонами, образование нуклеосом и хроматиновых фибрилл. В гетерохроматине для транскрипции доступно менее 1% генов, в эухроматине, имеющем более рыхлую укладку, − значительно больше. В разных типах клеток в область эухроматина попадают неодинаковые гены, что обеспечивает стабильную репрессию одних генов и дерепрессию других на протяжении всей жизни клетки.
|
2) адаптивная регуляция на уровне транскрипции. Вследствие огромной протяженности и сложности эукариотической ДНК специфические регуляторные участки ДНК и взаимодействующие с ними белки-регуляторы весьма многочисленны. Выявлено более 100 различных белков, способных взаимодействовать с регуляторными последовательностями ДНК и тем самым влиять на сборку транскрипционного комплекса и скорость транскрипции. Эти белки содержат ДНК-связывающие домены, отвечавшие за узнавание специфических участков в молекуле ДНК, а также домены, активирующие транскрипцию. Последние связываются с транскрипционными факторами либо с РНК-полимеразой. Регуляторные белки могут иметь в своем составе антирепрессорные домены, которые взаимодействуют с гистонами нуклеосом, освобождая от них участки ДНК. Эти белки могут содержать в себе также домены, связывающие лиганды – индукторы транскрипции (стероидные гормоны, гормоны щитовидной железы, производные витаминов). После связывания лиганда конформация белка изменяется, и он образует участок, узнающий в регуляторной зоне ДНК специфическую последовательность и индуцирующий транскрипцию определенного гена.
3) на многих эукариотических генах, имеющих полиэкзонное строение, после транскрипции и процессинга образуется несколько вариантов зрелой мРНК, когда зкзон одного варианта сплайсинга может оказаться интроном в другом. Это приводит к образованию разных мРНК и, соответственно, разных белков с одного первичного транскрипта. Так, в парафолликулярных клетках щитовидной железы в ходе транскрипции гена гормона кальцитонина образуется первичный транскрипт мРНК, который имеет в своем составе шесть экзонов. мРНК кальцитонина образуется путем сплайсинга первых четырех зкзонов. Этот же первичный транскрипт в клетках головного мозга в ходе альтернативного сплайсинга образует другую мРНК, кодирующую белок, не обладающий гормональной активностью.
|
4) на состав белков клетки оказывает влияние неодинаковая стабильность мРНК. Время жизни эукариотических мРНК составляет от нескольких часов до нескольких дней. Расположенный на 3'-конце фрагмент поли-(А) увеличивает продолжительность жизни молекул мРНК и, соответственно, количество белка.
5) регуляция синтеза белка осуществляется и на уровне трансляции. Разные мРНК имеют неодинаковое сродство к рибосомным субчастицам, поэтому полирибосома может содержать различное количество рибосом. Так определяется соотношение белков в клетке. Наконец, может происходить подавление инициации трансляции всех мРНК клетки (например, при действии теплового шока, стрессах, недостатке железа, вирусной инфекции и т. п.). Стрессовый фактор индуцирует фосфорилирование второго фактора инициации (IF-2), тем самым инактивирует его и, следовательно, трансляцию.
6) ингибирование матричных биосинтезов (синтез ДНК, РНК или белков). Для человека сильнейшим токсином является токсин бледной поганки α-аманитин, который ингибирует РНК-полимеразы. Действие ингибиторов матричных биосинтезов как лекарственных препаратов основано на модификации матриц (ДНК или РНК), белоксинтезирующего аппарата (рибосом), либо на инактивации ферментов. Центральное место среди них принадлежит антибиотикам – разнообразным по химическому строению органическим соединениям, синтезируемым микроорганизмами. Краткие сведения об антибиотиках, ингибирующих матричные синтезы, приведены в таблице.
Антибиотики – ингибируюшие матричные биосинтезы
Антибиотики | Механизм действия |
Ингибиторы репликации | |
Мелфалан | Алкилирует ДНК |
Ингибиторы репликации и транскрипции | |
Дауномицин Доксорубицин Актиномицин d | Встраиваются между парами оснований днк, блокируют синтез ДНК и РНК у про- и эукариот |
Номермицин Новобиоцин | Ингибируют ДНК-топоизомеразу, ответственную за суперспирализацию ДНК |
Ингибиторы транскрипции | |
Рифампицин | Связываются с бактериальной РНК-полимеразой |
Ингибиторы трансляции | |
Тетрациклины | Ингибируют элонгацию: связываются с 30s субъединицей рибосомы и блокируют присоединение аа-т-РНК в а-центр |
Левомицетин | Присоединяется к 50s субъединице рибосомы и ингибирует пептидилтрансферазную активность |
Эритромицин | Присоединяется к 50s субъединице рибосомы и ингибирует транслокацию |
Стрептомицин | Ингибирует инициацию трансляции. связывается с 50s субъединицей рибосомы, вызывает ошибки в прочтении информации, закодированной в м-РНК |
|
Эксцизионная репарация.
Эксцизионная репарация включает удаление поврежденных азотистых оснований из ДНК и последующее восстановление нормальной структуры молекулы. Здесь принимают участие несколько ферментов, а сам процесс затрагивает не только поврежденный, но и соседние с ним нуклеотиды. Для эксцизионной репарации необходима вторая (комплементарная) цепь ДНК.
Первым этапом эксцизионной репарации является вырезание аномальных азотистых оснований. Его катализируют группа ДНК-N-гликозилаз - ферменты, расщепляющие гликозидную связь между дезоксирибозой и азотистым основанием. В результате действия ДНК-N-гликозилаз образуется АР-сайт, который атакуется ферментом АР-эндонуклеазой. Она разрывает сахаро-фосфатный остов молекулы ДНК в АР-сайте и тем самым создает условия для работы следующего фермента - экзонуклеазы, которая последовательно отщепляет несколько нуклеотидов от поврежденного участка одной цепи ДНК. Далее восвобожденное место заполняется соответствующими нуклеотидами при участии ДНК-полимеразы, ориентирующейся на вторую (комплементарную) цепь ДНК. Окончательное сшивание репарированных участков осуществляет ДНК-лигаза.
РЕГУЛЯЦИЯ БИОСИНТЕЗА БЕЛКА
В каждой клетке синтезируются специфические белки, и с неодинаковой скоростью. Благодаря регуляции синтеза в конкретных условиях среды образуется лишь необходимое число молекул данного белка. Все соматические клетки многоклеточных организмов содержат в ДНК одинаковую генетическую информацию, однако отличаются друг от друга по составу белков. Так, клетки эритроцитов содержат большое количество гемоглобина, клетки кожи – коллагена, скелетных мышц – актина и миозина, клетки печени содержат ферменты синтеза мочевины, которые отсутствуют у всех других клеток. Таким образом, в клетках каждого типа экспрессируется только часть структурных генов.
|
Большая часть генома находится в неактивном, репрессированном, состоянии. Спектр функционирующих генов зависит от типа клетки, периода ее жизненного цикла, стадии индивидуального развития организма. У большинства организмов активно транскрибируются только 2-10% генов. Гены, которые транскрибируются постоянно, не подчиняясь каким-либо регуляторным воздействиям, называются конститутивными. Обычно это гены, обеспечивающие синтез белков общего назначения (белки рибосом, гистоны, тубулины и др.), а также тРНК и рРНК. Включение и выключение других генов зависит от различных метаболитов, эти гены называются регулируемыми.
Регуляция синтеза белка у эукариот:
1) стойкую репрессию генов вызывает компактная упаковка хроматина, включая взаимодействие с гистонами, образование нуклеосом и хроматиновых фибрилл. В гетерохроматине для транскрипции доступно менее 1% генов, в эухроматине, имеющем более рыхлую укладку, − значительно больше. В разных типах клеток в область эухроматина попадают неодинаковые гены, что обеспечивает стабильную репрессию одних генов и дерепрессию других на протяжении всей жизни клетки.
2) адаптивная регуляция на уровне транскрипции. Вследствие огромной протяженности и сложности эукариотической ДНК специфические регуляторные участки ДНК и взаимодействующие с ними белки-регуляторы весьма многочисленны. Выявлено более 100 различных белков, способных взаимодействовать с регуляторными последовательностями ДНК и тем самым влиять на сборку транскрипционного комплекса и скорость транскрипции. Эти белки содержат ДНК-связывающие домены, отвечавшие за узнавание специфических участков в молекуле ДНК, а также домены, активирующие транскрипцию. Последние связываются с транскрипционными факторами либо с РНК-полимеразой. Регуляторные белки могут иметь в своем составе антирепрессорные домены, которые взаимодействуют с гистонами нуклеосом, освобождая от них участки ДНК. Эти белки могут содержать в себе также домены, связывающие лиганды – индукторы транскрипции (стероидные гормоны, гормоны щитовидной железы, производные витаминов). После связывания лиганда конформация белка изменяется, и он образует участок, узнающий в регуляторной зоне ДНК специфическую последовательность и индуцирующий транскрипцию определенного гена.
3) на многих эукариотических генах, имеющих полиэкзонное строение, после транскрипции и процессинга образуется несколько вариантов зрелой мРНК, когда зкзон одного варианта сплайсинга может оказаться интроном в другом. Это приводит к образованию разных мРНК и, соответственно, разных белков с одного первичного транскрипта. Так, в парафолликулярных клетках щитовидной железы в ходе транскрипции гена гормона кальцитонина образуется первичный транскрипт мРНК, который имеет в своем составе шесть экзонов. мРНК кальцитонина образуется путем сплайсинга первых четырех зкзонов. Этот же первичный транскрипт в клетках головного мозга в ходе альтернативного сплайсинга образует другую мРНК, кодирующую белок, не обладающий гормональной активностью.
|
4) на состав белков клетки оказывает влияние неодинаковая стабильность мРНК. Время жизни эукариотических мРНК составляет от нескольких часов до нескольких дней. Расположенный на 3'-конце фрагмент поли-(А) увеличивает продолжительность жизни молекул мРНК и, соответственно, количество белка.
5) регуляция синтеза белка осуществляется и на уровне трансляции. Разные мРНК имеют неодинаковое сродство к рибосомным субчастицам, поэтому полирибосома может содержать различное количество рибосом. Так определяется соотношение белков в клетке. Наконец, может происходить подавление инициации трансляции всех мРНК клетки (например, при действии теплового шока, стрессах, недостатке железа, вирусной инфекции и т. п.). Стрессовый фактор индуцирует фосфорилирование второго фактора инициации (IF-2), тем самым инактивирует его и, следовательно, трансляцию.
6) ингибирование матричных биосинтезов (синтез ДНК, РНК или белков). Для человека сильнейшим токсином является токсин бледной поганки α-аманитин, который ингибирует РНК-полимеразы. Действие ингибиторов матричных биосинтезов как лекарственных препаратов основано на модификации матриц (ДНК или РНК), белоксинтезирующего аппарата (рибосом), либо на инактивации ферментов. Центральное место среди них принадлежит антибиотикам – разнообразным по химическому строению органическим соединениям, синтезируемым микроорганизмами. Краткие сведения об антибиотиках, ингибирующих матричные синтезы, приведены в таблице.
Антибиотики – ингибируюшие матричные биосинтезы
Антибиотики | Механизм действия |
Ингибиторы репликации | |
Мелфалан | Алкилирует ДНК |
Ингибиторы репликации и транскрипции | |
Дауномицин Доксорубицин Актиномицин d | Встраиваются между парами оснований днк, блокируют синтез ДНК и РНК у про- и эукариот |
Номермицин Новобиоцин | Ингибируют ДНК-топоизомеразу, ответственную за суперспирализацию ДНК |
Ингибиторы транскрипции | |
Рифампицин | Связываются с бактериальной РНК-полимеразой |
Ингибиторы трансляции | |
Тетрациклины | Ингибируют элонгацию: связываются с 30s субъединицей рибосомы и блокируют присоединение аа-т-РНК в а-центр |
Левомицетин | Присоединяется к 50s субъединице рибосомы и ингибирует пептидилтрансферазную активность |
Эритромицин | Присоединяется к 50s субъединице рибосомы и ингибирует транслокацию |
Стрептомицин | Ингибирует инициацию трансляции. связывается с 50s субъединицей рибосомы, вызывает ошибки в прочтении информации, закодированной в м-РНК |
РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ (АКТИВНОСТИ) ГЕНОВ
Экспрессия генов может осуществляться путем регуляции сродства промотора к РНК-полимеразе. Это осуществляется с помощью позитивной и негативной регуляции:
1) позитивная регуляция у прокариот осуществляется с помощью индуктора, в роли которого выступает субстрат (лактоза), который может связывается с белком-репрессором, кодируемым геном-регулятором. В этом случае, РНК-полимераза присоединяется к промотору и, двигаясь вдоль структурных генов, осуществляет синтез мРНК.
Помимо индуктора, позитивная регуляция может осуществяляться с помощью САР и цАМФ. Так, промотор лактозного оперона способен связывать не только РНК-полимеразу, но и особый белок-активатор катаболизма (САР) в комплексе с циклическим АМФ. Присутствие САР и цАМФ вызывает не репрессию, а напротив, активирование транскрипции. Без САР РНК-полимераза не может связаться с промотором и начать транскрипцию. САР, образовав комплекс с цАМФ, активизируется и только после этого присоединяется к своему сайту (САР-участку) на промоторе, многократно (почти в 50 раз) усиливая транскрипцию генов lac -оперона. При этом транскрипция возможна только в присутствии лактозы, когда оператор не блокирован репрессором. В случае присутствия в среде глюкозы, концентрация цАМФ в клетке резко снижается, и не образуется комплекса цАМФ с САР. В результате этого РНК-полимераза не может связаться с промотором и lac-гены не транскрибируются.
2) негативная регуляция для lac -оперона осуществляется с помощью белка-репрессора, который, присоединяясь в гену-оператору, блокирует передвижение РНК-полимеразы вдоль структурных генов. Вследствие этого биосинтез белка не происходит.
Регуляция активности генов у эукариот может осуществляться с помощью участков ДНК, расположенных на значительном (1000 и более пар оснований) расстоянии от промотора. Энхансеры («усилители») – последовательности ДНК, служащие в качестве специфических участков связывания регуляторных белков, активизирующих процесс транскрипции. Сайленсеры («глушители») – участки ДНК, которые, связываясь с белками, обеспечивают замедление транскрипции. Вероятно, влияние этих элементов на транскрипцию связано с изменением топологии цепей ДНК, в частности с образованием петель, что приближает регуляторные последовательности к промоторам, с которыми они взаимодействуют с помощью белковых факторов.
Механизм образования и виды мутаций
Мутации - непредсказуемые скачкообразные изменения генотипа (генома, хромосом или генов).
Классификации мутаций:
1. По изменению генотипа: генные, хромосомные, геномные.
2. По влиянию на жизнеспособность: летальные, полулетальные, нейтральные.
3. По поведению в гетерозиготе: доминантные и рецессивные.
4. По отношению к генеративному пути: соматические (возникают в обычных клетках тела и не наследуются) и генеративные (в половых клетках, поэтому наследуются).
5. По локализации в клетке: ядерные (в ДНК ядра) и цитоплазматические (в ДНК митохондрий и пластид).
6. По причине, вызывающей мутацию: спонтанные (причина не ясна) и индуцированные (вызываются мутагенами).
Генные (точковые) мутации — связаны с изменением последовательности нуклеотидов в гене. Единица генных мутаций - нуклеотид.
Механизмы генных мутаций:
1. Первый механизм связан с изменением числа нуклеотидов (дупликация, делеция). В связи с тем, что генетический код не имеет знаков препинания, меняется состав всех кодирующих триплетов после места мутации. Это приводит к замене многих аминокислот и синтезу белка с совершенно другой первичной структурой, а значит, и с другими свойствами, что может оказаться губительно для организма.
2. Второй механизм связан с заменой одного нуклеотида на другой. При этом меняется состав только одного триплета, что может привести к изменению только одной аминокислоты в белке (и то не всегда, так как генетический код вырожден). Замена одной аминокислоты не всегда существенно сказывается на изменении свойств белка (особенно, если она по свойствам близка к исходной).
Виды генных мутаций (изменения структурных генов):
1) мутации сдвига рамки считывания – вставка или делеция любого числа пар нуклеотидов, которое не кратно трем. Подобные изменения генерируют бессмысленный кодон в рамке считывания, что вызывает преждевременное завершение биосинтеза белка.
2) транзиция – замена азотистых оснований: пуриновое на пуриновое (А↔Г), пиримидиновое на пиримидиновое (Т↔Ц), при этом изменяется тот кодон, в котором произошла транзиция.
3) трансверсия – замена пуринового основания на пиримидиновое и наоборот (А↔Ц, Г↔Т), изменяется тот кодон, в котором произошла трансверсия.
|
|
Индивидуальные и групповые автопоилки: для животных. Схемы и конструкции...
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций...
Типы сооружений для обработки осадков: Септиками называются сооружения, в которых одновременно происходят осветление сточной жидкости...
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...
© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!