Лекция 12. Регуляция. Часть Регуляция активности генов у прокариот Парадокс количества и сложности
 Скачать 1.17 Mb.
|
Молекулярная биологияСкоблов Михаил Юрьевич Лекция 12. Регуляция. Часть 1. Регуляция активности генов у прокариотПарадокс количества и сложности: “Эволюционное качество” достигается не количеством генов, а их регуляцией.Типы регуляции активности генов у прокариотовЭкспрессируемые гены можно поделить на следующие категории: конститутивные, присутствующие в клетках в постоянных количествах независимо от метаболического состояния организма индуцируемые, их концентрация в обычных условиях мала, но может возрастать в 100 раз и более, если, например, в среду культивирования клеток добавить субстрат такого фермента; репрессируемые, т.е. ферменты метаболических путей, синтез которых прекращается при добавлении в среду выращивания конечного продукта этих путей. Репрессия и индукция синтеза белков у прокариотов реализуют принципы адаптации к меняющимся условиям существования и клеточной экономии: ферменты появляются в клетках, когда в них существует потребность, и перестают вырабатываться, если потребность исчезает. Регуляция транскрипции у прокариотОперон — функциональная единица генома у прокариот, в состав которой входят цистроны (гены, единицы транскрипции), кодирующие совместно или последовательно работающие белки и объединенные под одним (или несколькими) промоторами. Опероны по количеству цистронов делят на моно-, олиго- и полицистронные, соответственно, только один, несколько или много цистронов содержащие, (генов). Концепцию Франсуа Жакоб Жак Люсьен Моно Структура лактозного оперона оперона для прокариот предложили в 1961 году французские ученые Жакоб и Моно, за что получили Нобелевскую премию в 1965 году. Клетки Е. coli обычно растут на среде, используя в качестве источника углерода глюкозу. Если в среде культивирования глюкозу заменить на дисахарид лактозу, то клетки адаптируются к изменившимся условиям, начав синтез трёх белков, обеспечивающих утилизацию лактозы. Один из этих белков - фермент β-галактозидаза, катализирующий гидролитическое расщепление лактозы до глюкозы и галактозы В отсутствие индуктора (лактозы) белок-репрессор связан с оператором. РНК- полимераза не может присоединиться к промотору, транскрипция структурных генов оперона не идёт В присутствии лактозы белок-репрессор присоединяет её, изменяет свою конформацию и теряет сродство к оператору. РНК-полимераза связывается с промотором и транскрибирует структурные гены. Выше описана система регуляции триптофанового оперона по принципу вкл/выкл. Эта система реагирует на различные концентрации триптофана, изменяя скорость синтеза ферментов биосинтеза в 700-кратном диапазоне Как только репрессия ослабляется и начинается транскрипция, скорость транскрипции регулируется вторым более тонким регуляторным процессом называемым транскрипционная аттенюация (transcription attenuation - транскрипционное ослабление). Транскрипционная аттенюация описана как процесс, в котором транскрипция инициируется как обычно, но резко останавливается перед транскрибирующимся опероном генов. Частота, с которой транскрипция «ослабляется» зависит от имеющейся концентрации триптофана. Основой данного механизма, разработанной Чарльзом Янофски, является очень сильная связь между транскрипции и трансляции у бактерий. Терминация транскрипции у прокариотТерминация транскрипции может осуществляться по двум вариантам: Rho-зависимая терминация контролируется Rho белком фактор Rho связывается с растущей цепью РНК в местах p-зависимой терминации транскрипции РНК- полимераза прекращает элонгацию белок Rho дестабилизирует водородные связи между матрицей ДНК и мРНК, высвобождая молекулу РНК Rho-независимая терминация Контролируется последовательностью в ДНК-матрице РНК-полимераза доходит до CG- богатого участка Синтезированная молекула РНК формирует стебель-петлю, за которой расположено несколько урацилов, что приводит к отсоединению молекулы РНК от матрицы ДНК. В лидерном пиптиде фенилаланино вого оперона 15 7 среди остатков остатков фенилаланина, а в лидерном пиптиде гистидинового оперона — 7 подряд остатков гистидина. Клеточный SOS-ответSOS-ответ представляет собой индуцируемую реакцию клеток на резкую остановку синтеза ДНК, ДНК, другими вызванную повреждением голоданием клетки или стрессовыми факторами. клетки на критическое приближающее ее к Это реакция состояние, гибели. Ключевыми регуляторными элементами являются Репрессор LexA регулирующий транскрипцию всех SOS генов RecA способный с одноцепочечной Белок связываться ДНК Комплекс RecA-ssDNA приводит к индукции SOS ответа, способствуя удалению LexA путём его на два авторасщеплению белковых фрагмента Часть 2. Регуляция активности генов у эукариотовВ организме человека имеется более 200 различных типов клеток, существенно различающихся по структуре и функциям Зачем нужна регуляция эукариотам? Количество клеток в организме человека — около 100.000.000.000.000 (100 триллионов , или 1014). При рождении человека в мозгу насчитывается около 14 миллиардов клеток. Это количество не увеличивается до самой смерти. После того, как человеку исполняется 25 лет, ежедневно происходит сокращение количества клеток мозга на 100 тысяч. Разница между прокариотами и эукариот
Типы регуляции экспрессии генов эукариотТранскрипционная регуляция экспрессии генов эукариотТранскрипционная регуляция включает в себя механизмы предотвращающие синтез мРНК. Организация и статус хроматина Модификации гистонов ДНК-метилирование Транскрипционные факторы Энхансеры Сайленсеры Инсуляторы Посттранскрипционная регуляция экспрессии генов эукариотПосттранскрипционная регуляция включает в себя механизмы контролирующие или регулирующие мРНК после синтеза. Альтернативный сплайсинг Скорость транспорта мРНК через ядерную мемрану Время жизни мРНК Трансляционная регуляция экспрессии генов эукариотТрансляционная регуляция включает в себя механизмы предотвращающие синтез белка. Как правило, очень часто речь идет о белковых факторах необходимых для трансляции
Факторы инициации трансляции Посттрансляционная регуляция экспрессии генов эукариотПосттрансляционная регуляция включает в себя механизмы действующие на белок после его синтеза.
Много белков активируются после фосфорилирования Feedback Control Некоторые ферменты в метаболических путях могут быть негативно ингибированы продуктами этого же пути Деградация белков Модификации ДНКАмплификация генов Перестройка генов (иммуноглобулиновые гены) Транспозоны |