Адаптивная регуляция генов у про- и эукариотов. Теория оперона. Функционирование оперонов.

Адаптивная регуляция активности генов у прокариотов получила объяснение в теории оперона. Согласно этой теории на молекуле ДНК прокариотов присутствуют определенные участки - опероны. В состав этих участков ДНК входят структурные гены, содержащие информацию о группе функционально взаимосвязанных белков, которые участвуют в одном и том же метаболическом пути, промотор и оператор. Участки промотора и оператора частично перекрываются. Транскрипцию структурных генов контролирует оператор, присоединение к которому белка-репрессора не позволяет РНК-полимеразе связаться с промотором и начать транскрипцию. Белок-репрессор синтезируется в клетке с постоянной скоростью, его строение кодирует мРНК, транскрибируемая с гена-регулятора, расположенного на некотором расстоянии от оперона, работу которого контролирует его белковый продукт.

Адаптивная регуляция активности генов у эукариотов обеспечивает изменения скорости транскрипции отдельных генов в ответ на меняющиеся условия внутренней и внешней среды. В клетках многоклеточных организмов часть генов кодирует белки «домашнего хозяйства», которые синтезируются с постоянной скоростью и обеспечивают жизнеспособность клеток. Это - гены ферментов, участвующие в биологическом окислении, синтезе АТФ, образовании компонентов мембран и т.д.

Регуляция у высших организмов отличается от регуляции транскрипции у прокариотов многообразием сигналов, которые контролируют не только начало процесса на молекуле ДНК, но и частоту, с которой он происходит.

Теория оперона. Пам-пам-пааам. Что такое оперон - отрезок ДНК, содержащий структурные гены определенных белко и регуляторные участки. Как он выглядит? Участок с геном-регулятором, промотором, оператором, струтурными генами. В красивой картинке это вот так:

Функционирование, когда субстрата нет - ген никому не нужен, не активен и соответствующий фермент в МАЛЫХ количествах. Но если добавить, о мой фонендоскоп, количество этого белка резко увеличивается, и бактерия начинается питаться, образуюя из лактозры - галактозу и глюкозу. О да.

(111. Понятие о клеточной дифференцировке. Изменение белкового состава клеток при дифференцировке (на примере белкового состава полипептидных цепей гемоглобина).

Дифференциация — это стойкое структурно-функциональное преобразование клеток в различные специализированные клетки. Дифференцировка клеток биохимически связана с синтезом специфических белков, а цитологически — с образованием специальных органелл и включений. При дифференцировке клеток происходит избирательная активация генов. Важным показателем клеточной дифференцировки является сдвиг ядерно-цитоплазменного отношения в сторону преобладания размеров цитоплазмы над размером ядра. Дифференцировка происходит на всех этапах онтогенеза. Особенно отчетливо выражены процессы дифференциации клеток на этапе развития тканей из материала эмбриональных зачатков. Специализация клеток обусловлена их детерминацией.

В ходе эволюции из единичных генов-предшественников возникли семейства генов α- и β-глобинов, на хромосомах 16 и 11 соответственно.

В процессе онтогенеза у людей образуются разные виды гемоглобинов, обеспечивающие наилучшую адаптацию к меняющимся условиям существования. HbE - эмбриональный, синтезируется у зародыша в первые месяцы развития, HbF - фетальный, обеспечивает дальнейшее внутриутробное развитие плода, а HbA и HbA₂ осуществляют транспорт кислорода в организме взрослого человека. Эти белки представляют собой тетрамеры, состоящие из полипептидных цепей двух видов: α и β в HbA (2α2β), α и ε в HbE (2α2ε), а у остальных гемоглобинов β-цепи заменены на γ-полипептиды в HbF (2α2γ) или на δ-цепи в HbA (2α2δ).

112. Молекулярные механизмы генетической изменчивости. Молекулярные мутации: типы, частота, значение.

В чем соль? В том, азотистое основание решает каким будет РНК, а затем и сам белок. Возможны следующие вариации:
Генные, или точечные, мутации бывают в основном 3 видов:

- замены, при которых одно азотистое основание в ДНК замещается на другое;
- вставки, обеспечивающие внедрение в молекулу ДНК одного или нескольких дополнительных нуклеотидов;
- делеции (или выпадения) одного или нескольких нуклеотидов, при которых происходит укорочение молекулы ДНК.
- инверсия последовательности!!!

Частота мутаций. Считается, что средняя частота возникновения мутаций в структурных локусах (областях локализации гена в хромосоме или в молекуле ДНК) человека колеблется в пределах от 10-5 до 10-6 на одну гамету за каждое поколение. Однако эта величина может значительно варьировать для разных генов (от 10-4 для генов с высокой скоростью мутаций до 10-11 для наиболее устойчивых участков генома). Столь существенные колебания в частоте возникновения мутаций обусловлены характером мутационного повреждения, механизмом возникновения мутации, протяжённостью кодирующей области мутантного гена, функциями белка, закодированного в этом гене.

Мутации являются источником наследственной изменчивости — одного из факторов эволюции. Благодаря им появляются новые аллели определенных генов (их называют мутантными). Все многообразие современных и вымерших форм живых существ обязан именно мутации.

Общим следствием мутационной изменчивости является нарушение наследственных программ клеток и организмов в целом. Большинство мутаций вредна для живых существ, так как они, проявляясь в фенотипе, снижают приспособленность к условиям существования. Однако нейтральные мутации, как мы уже упоминали, могут оказаться полезными при определенных изменений среды обитания.

Искусственно вызванные мутации увеличивают многообразие исходного материала при селекции растений и микроорганизмов. В частности, много культурных растений является полиплоидный сравнению с предков видам (мягкая пшеница, садовую землянику, некоторые сорта сахарной свеклы и т.п.).

Мутации применяют в генетических методах борьбы с вредителями. Для этого в лабораторных условиях на самцов вредного для человека вида действуют мутагенами (например, рентгеновскими лучами), которые вызывают неспособность к оплодотворению. Далее их выпускают в природу, где они спариваются с самками из природных популяций. Но отложены такими самками яйца оказываются нежизнеспособными. Таким образом, не загрязняя окружающую среду ядохимикатами, можно достаточно эффективно снижать численность вредителей.

113. Генетическая гетерогенность. Полиморфизм белков в популяции человека (варианты гемоглобина, гликозилтрансферазы, группоспецифических веществ и др).

ПОЛИМОРФИЗМ БЕЛКОВ

Поскольку большинство нормальных клеток человека диплоидны, то они содержат две копии каждой хромосомы, одна из которых получена от отца, а вторая от матери. Эти две копии одной и той же хромосомы называют гомологичными. В ДНК каждой хромосомы содержится более тысячи генов. Соответствующие друг другу гены в гомологичных хромосомах называют аллелями. Аллели могут быть идентичными и содержат одинаковую последовательность нуклеотидов. В этом случае индивидуум, имеющий такие аллели, будет гомозиготен по данному признаку. Если аллели различаются по последовательности нуклеотидов в ДНК, то говорят о гетерозиготном наследовании гена. В этом случае индивидуум будет иметь 2 белковых продукта гена, различающихся по аминокислотной последовательности.

Существование в популяции 2 и большего числа аллелей одного гена называют «аллеломор-

физм», или «полиморфизм», а белковые продукты, образующиеся в ходе экспрессии этих вариантов гена - «полиморфы». Разные аллели встречаются в популяции с разной частотой. К полиморфам относят только те варианты, распространённость которых в популяции не меньше 1%.

В процессе эволюции отдельные гены ам-плифицируют с образованием копий, а их структура и положение могут изменяться в результате мутаций и перемещений не только внутри хромосомы, но и между хромосомами. Со временем это приводит к появлению новых генов, кодирующих белки, родственные исходному, но отличающиеся от него определёнными свойствами и занимающие в хромосомах разные генные локусы (или места).

К родственным белкам относят изобелки, представляющие собой варианты белков, выполняющие одну и ту же функцию и обнаруживаемые в пределах одного вида организмов. Так, в группе из 2000 генов человека, кодирующих факторы транскрипции и транскрипционные активаторы, идентифицировано 900, относящихся к семейству белков, имеющих «цинковые пальцы». Существует 46 генов фермента глице-ральдегид-3-фосфатдегидрогеназы, осуществляющего единственную окислительную реакцию в метаболическом пути катаболизма глюкозы до пирувата.

Date: 2016-07-05; view: 1261; Нарушение авторских прав