Посттрансляционные процессы → активная молекула белка.
2) Последовательность работы гена эукариот: транскрипция, процессинг, трансляция, посттрансляционные процессы.
Этапы реализации наследственной информации у эукариот:
1) В ядре:
- транскрипция → про-РНК;
Процессинг → зрелая и-РНК.
2) В цитоплазме:
- трансляция → полипептидная цепь;
посттрансляционные процессы → активная молекула белка.
Транскрипция – это процесс синтеза молекулы РНК на матрице – кодогенной нити ДНК с помощью фермента РНК-полимеразы. Инициация транскрипции происходит с присоединения РНК-полимеразы к промотору гена; во время элонгации происходит синтез цепи РНК по принципам комплементарности и антипараллельности; терминация обусловлена встречей РНК-полимеразы со стоп-кодоном. В результате транскрипции у прокариот образуется зрелая и-РНК, у эукариот – незрелая про-РНК.
Процессинг – это совокупность всех событий, направленных на образование зрелой стабилизированной и-РНК из про-РНК (и-РНК должна быть способна выполнять функцию матрицы при трансляции и быть защищенной от разрушающего действия специфических ферментов цитоплазмы): отщепление концевых участков первичного транскрипта; кэпирование; полиаденилирование, сплайсинг, метилирование.
В результате процессинга у эукариот образуется зрелая и-РНК.
Трансляция – это процесс сборки полипептидной цепи, происходящей в цитоплазме на рибосомах на основании программы, содержащейся в и-РНК.
Основные этапы трансляции:
1) Инициация.
2) Элонгация.
3) Терминация.
Посттрансляционные процессы: в результате трансляции получается полипептидная цепь, которая соответствует первичной структуре белка. В таком виде белок не может выполнять свои функции. Следовательно, посттрансляционные процессы необходимы для приобретения белковой молекулой активной структуры:
- отщепляется формилметионин, который выполнял функцию затравки при трансляции;
- формирование вторичной, третичной или четвертичной структуры белка.
3) Классификация генов: репрессированные, дерепрессированные, конститутивные, регулируемые.
Геном организма любого биологического вида содержит:
1) репрессированные гены – это большая часть (90%) генов, находящаяся в неактивном состоянии;
2) дерепрессированные гены – около 10% генов, которые активно транскрибируются.
Среди дерепрессированной части генома различают: а) конститутивные гены; б) регулируемые гены.
Генетическими факторами регуляции транскрипции генов являются:
· гены-регуляторы – определяют синтез белков-регуляторов, способных в активном состоянии соединяться с генами-операторами;
· гены-операторы – они включают или выключают транскрипцию структурных генов, в зависимости от наличия или отсутствия связи с белком-регулятором.
Негенетические факторы регуляции транскрипции структурных генов:
· эффекторы – это вещества небелковой природы, расщепляемые или синтезируемые в клетке при участии различных ферментов.
В зависимости от того, как эффектор воздействует на активность генов, различают:
Ø индукторы, включающие транскрипцию генов;
Ø корепрессоры, выключающие транскрипцию генов.
4) Регуляция экспрессии генов у прокариот. Теория оперона.
Изучение регуляции экспрессии генов на стадии транскрипции у прокариот привело к созданию в 1961 г. модели оперона (Жакоб и Моно).
Оперон – это тесно связанная последовательность структурных генов, определяющих синтез группы ферментов для какой-либо одной цепи биохимических реакций и регулирующаяся как единое целое.
В состав оперона входят: промотор, ген-оператор, структурные гены, терминатор.
Работой всего оперона управляет белок-регулятор, который синтезируется на гене-регуляторе (расположен на некотором расстоянии от оперона) и может присоединяться к гену-оператору, блокируя его.
Особенностью прокариот является транскрибирование и-РНК со всех структурных генов оперона (полицистронная и-РНК), а затем она разрезается на фрагменты, соответствующие матрицам для синтеза отдельных ферментов.
Начало функционирования лактозного оперона Escherichia coli обусловлено появлением в клетке индуктор – лактозы, выключение – расщеплением молочного сахара и высвобождением белка-репрессора.
5) Регуляция экспрессии генов у эукариот.
Так как процесс реализации наследственной информации у эукариот многоступенчатый (транскрипция, процессинг, трансляция, посттрансляционные процессы) и растянутый во времени, то регуляция тонкой работы генов осуществляется на каждом из этапов:
1) На этапе транскрипции:
· Транскриптон – единица регуляции активности гена.
· Наличие множества генов-регуляторов, синтезирующих большое количество белков-регуляторов. Такие гены располагаются в разных частях генома.
· Наличие генов-регуляторов, ускоряющих (энхансеры) и тормозящих (сайленсеры) транскрипцию.
· Наличие генов-регуляторов, которые могут управлять несколькими генами, оказывая различные эффекты.
· Индукторами транскрипции чаще всего выступают гормоны.
· Наличие гистонной регуляции – потеря связи ДНК с гистоном Н1 инициирует транскрипцию.
2) На этапе процессинга:
· Альтернативный сплайсинг.
· Интроны могут кодировать фермент (матюраза), который вырезает интроны и сшивает экзоны, следовательно, отвечает за правильность сплайсинга.
3) На этапе трансляции:
· На стадии инициации возникает блок, препятствующий связи и-РНК—т-РНК—формилметионин. В результате транскрипция не происходит.
4) На этапе посттрансляционных процессов:
· Активной формы молекулы белка не образуется.
6) Антимутационные свойства генетического материала.
К биологическим антимутационным механизмам относят: диплоидность генотипа, двойная спираль ДНК, вырожденность генетического кода, блокада редупликации ДНК, экстракопирование генов, репарация ДНК (фоторепарация, эксцизионная; дорепликативная, пострепликативная, репликативная).
Существуют мутации, которые нарушают восстановление поврежденных участков ДНК (пигментная ксеродерма, анемия Фанкони, атаксия-телеангиэктазия).
