Особенности молекулярного строения генов и потока информации у про-и эукариотческих клеток

Клеткам прокариот характерно отсутствие обособленного ядра, так что генетический материал в виде ДНК не отграничен от цитоплазмы оболочкой. В клетке отсутствует развитая система мембран. Генетический аппарат представлен ДНК единственной кольцевой хромосомы, которая лишена основных белков — гистонов (гистоны являются белками клеточных ядер). Благодаря значительному количеству диаминокислот аргинина и лизина гистоны имеют щелочной характер. Различия прокариотических и эукариотических клеток по наличию гистонор указывают на разные механизмы регуляции функции генетического материала. В прокариотических клетках отсутствует клеточный центр. Тип клеточной организации представлен двумя подтипами. Особенностью организмов простейших является то, что они (исключая колониальные формы) соответствуют в структурном отношении уровню одной клетки, а в физиологическом — полноценной особи. В связи с этим одной из черт клеток части простейших является наличие в цитоплазме миниатюрных образований, выполняющих на клеточном уровне функции жизненно важных органов многоклеточного организма.

Жизнедеятельность клетки как единицы биологической активности обеспечивается совокупностью взаимосвязанных, приуроченных к определенным внутриклеточным структурам, упорядоченных во времени и пространстве обменных (метаболических) процессов. Эти процессы образуют три потока: информации, энергии и веществ. Благодаря наличию потока информации клетка на основе многовекового эволюционного опыта предков приобретает структуру, отвечающую критериям живого, поддерживает ее во времени, а также передает в ряду поколений. В потоке информации участвуют ядро (конкретно ДНК хромосом), макромолекулы, переносящие информацию в цитоплазму. Среди органелл животной клетки особое место в дыхательном обмене принадлежит митохондриям, выполняющим функцию окислительного фосфорилирования, а также матриксу цитоплазмы, в котором протекает процесс бескислородного расщепления глюкозы — анаэробный гликолиз (рис. 2.8). Из двух механизмов, обеспечивающих жизнедеятельность клетки энергией, анаэробный гликолиз менее эффективен. В связи с неполным (в отсутствие кислорода) окислением, прежде всего глюкозы, в процессе гликолиза для нужд клетки извлекается не более 10% энергии. Недоокисленные продукты гликолиза (пируват) поступают в митохондрии, где в условиях полного окисления, сопряженного с фосфорилированием АДФ до АТФ, отдают для нужд клетки оставшуюся в их химических связях энергию

ГЕН. Геном у всех видов является дискретным образованием состоящих из различных по размерам функциональных единиц- генами. Ген- единица наследственной информации представляет собой участок молекул ДНК включающихся окло тысячи нуклеотидов. Изучая Функцию генов американский ученый в 1941г Татум — ген контролирует синтез белков ферментов в клетке. Дальнейшее изучение показало, что гены контролируют не только белки ферменты, а все другие не ферментные белки. Установленно, что в ДНК записана структура не только белка, но и т-РНК и рибосомные РНК. Все РНК клетки синтезируются на матрице ДНК. Информационная-РНК снимает информацию с генов. Рибосомные и транспортные РНК- не являются матрицей для синтеза белка.
Учитывая функции все гены делят на три группы.
1) Структурные – синтез ферментов, структурных белков, антител.
2)регуляторные синтез белки-репрессоры
3) Гистоновые – синтез белков гистонов.
4. гены т-РНК –т-РНК
5.гены р-РНК- рибосом РНК.
Первые три групп – информационные, 4-5-транскребируются на конечных продуктах.
Особенность экспрессии генов у эу- и про- кариот.
Связана во-первых с организмом самих эу- и про- кариот, строением самого гена. ДНК транскрипция и-РНК транцляция белок — у прокариот. Уэукариот ДНК транскрипция про-иРНК процессинг сплайсинг «зрелая» и-РНК трансляция белок. У прокариот два этапа – транскрипция и трансляция. У эукариот эти этапы разделены на 1 этапе обр. незрелая инф-РНК

25. Геном, особенности его молекулярной организации у про- и эукариот. Понятие о нестабильности генома (мобильные генетические элементы). Геном- совокупность генов, локализованных в гаплоидном наборе хромосом данного организма. Половые клетки содержат один геном, соматич. клетки - два: один геном отцовский, другой - материнский.

Особенность молекулярной организации геномов у про- и эукариот.

1. Суммарная длина РНК и информационная емкость. Информационная емкость наименьшая у вирусов, у прокариот тоже не велика.

2) Наличие избыточных по отношению информации емкости – ДНК. У прокариот кол-во ДНК точно соответствует информационной емкости. У эукариот ДНК намного больше, чем требуется для построения генов с определенной информационной емкостью. Избыточность ДНК является антимутационным барьером.

3) Наличие у эукариот повторяющихся генов или явлений дубликации генов т.е у прокариот каждый ген представлен одной единственной копией изменение в структуре генов сопровождается мутацией. У эукариот каждый ген имеет в геноме не один, а несколько копии, что является защитой от мутаций.

МОБИЛЬНЫЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ (подвижные генетические элементы) - фрагменты ДНК, способные к перемещению в геноме клетки или между геномами. Содержат гены ферментов, необходимых для их перемещения (транспозиции). Встраиваясь в различные участки хромосом, мобильные генетические элементы изменяют активность генов, вызывают различные типы мутаций, способствуя нестабильности и изменчивости генома. Мобильные генетические элементы эукариот часто называют также транспозонами

26. Регуляция экспрессии генов в процессе биосинтеза белка у прокариот. Изучение регуляции генной активности у прокариот привело французских микробиологов Ф. Жакоба и Ж. Моно к созданию (1961) оперонной модели регуляции транскрипции.

Оперон — это тесно связанная последовательность структурных генов, определяющих синтез группы белков, которые участвуют в одной цепи биохимических преобразований. Например, это могут быть гены, которые детерминируют синтез ферментов, участвующих в метаболизме какого-либо вещества или в синтезе какого-то компонента клетки.

Оперонная модель регуляции экспрессии генов предполагает наличие единой системы регуляции у таких объединенных в один оперон структурных генов, имеющих общий промотор и оператор. Особенностью прокариот является транскрибирование мРНК со всех структурных генов оперона в виде одного полицистронного транскрипта, с которого в дальнейшем синтезируются отдельные пептиды. При отсутствии в среде, на которой выращиваются бактерии, сахара лактозы активный белок-репрессор, синтезируемый геном-регулятором (I), взаимодействует с оператором (О), препятствуя соединению РНК- полимеразы с промотором (Р) и транскрипции структурных генов Z, Y, А. Появление в среде лактозы инактивирует репрессор, он не соединяется с оператором, РНК-полимераза взаимодействует с промотором и осуществляет транскрипцию полицистронной мРНК. Последняя обеспечивает синтез сразу всех ферментов, участвующих в метаболизме лактозы. Уменьшение содержания лактозы в результате ее ферментативного расщепления приводит к восстановлению способности репрессора соединяться с оператором и прекращению транскрипции генов Z, Y, А.

Таким образом, регуляция экспрессии генов, организованных у прокариот в опероны, является координированной. Синтез полицистронной мРНК обеспечивает одинаковый уровень синтеза всех ферментов, участвующих в биохимическом процессе.

27. Генетический аппарат эукариотической клетки. Роль ядра и цитоплазмы в наследственности. Характеристика генома и плазмона человека.

Особенности наследования признаков через цитоплазму. В генетическом аппарате эукариотической клетки выделяют три уровня структурной и, одновременно, функционально-генетической организации: генный, хромосомный и геномный. На каждом из них решаются свои специфические задачи, с одной стороны, наследственности, а с другой, — биологической изменчивости с целью требуемого биоинформационного обеспечения процессов жизнедеятельности, размножения, индивидуального (онтогенез) и исторического (филогенез, эволюция) развития.