Ген и т. 1. Дайте определение понятию "ген" в чем заключаются функции гена
 Скачать 1.42 Mb.
|
|
1. Дайте определение понятию "ген" 2. В чем заключаются функции гена? В процессе реализации наследственной информации, заключенной в гене, проявляется целый ряд его свойств. Определяя возможность развития отдельного качества, присущего данной клетке или организму, ген характеризуется дискретностью действия, прерывностью (интроны и экзоны). Дискретность наследственного материала, предположение о которой высказал еще Г. Мендель, подразумевает делимость его на части, являющиеся элементарными единицами, - гены. В настоящее время ген рассматривают как единицу генетической функции. Он представляет собой минимальное количество наследственного материала, которое необходимо для синтеза тРНК, рРНК или полипептида с определенными свойствами. Ген несет ответственность за формирование и передачу по наследству отдельного признака или свойства клеток, организмов данного вида. Кроме того, изменение структуры гена, возникающее в разных его участках, в конечном итоге приводит к изменению соответствующего элементарного признака. В гене заключается информация об аминокислотной последовательности определенного полипептида, его действие является специфичным. Однако в некоторых случаях одна и та же нуклеотидная последовательность может детерминировать синтез не одного, а нескольких полипептидов. Ген характеризуется дозированностью действия, т.е. количественной зависимостью результата его экспрессии от дозы соответствующего аллеля этого гена. Примером может служить зависимость степени нарушения транспортных свойств гемоглобина у человека при серповидно-клеточной анемии от дозы аллеля НЬS. 1. Конститутивные гены. 2. Гены «роскоши». Гены общеклеточных функций (их ещё называют конститутивные гены или гены «домашнего хозяйства) постоянно находятся в активном состоянии. Их активность в малой степени зависти от состояния внешней среды (организма), т.е. практически не регулируется. Эти гены кодируют белки - ферменты, которые принимают участие в жизненно важных для клетки метаболических процессах. Например, таких как гликолиз, цепь передачи электронов, синтез ДНК, аминокислот и т.д. В сущности, эти гены полностью обеспечивают жизнедеятельность клетки. Гены «роскоши» контролируют строго специализированные, специфические функции клетки. Структурные гены содержат информацию о структуре белка и РНК (рибосомальных и транспортных ) Регуляторные гены координируют активность структурных генов на уровне клетки и на уровне организма( ген-регулятор лактозного оперона, ген ТFМ и др .) Регуляторные последовательности на уровне ДНК (промотор,оператор,терминатор,энхансеры,сайленсеры,элемент перед промотором), их функция выявляется при взаимодействии со специфическими белками 3. Рассмотрите структурную организацию гена прокариот и эукариот. 5. Рассмотрите роль экзонов и интронов в структурной организации гена. У прокариот структурные гены организованы в виде независимых генов, транскрипционных единиц и оперонов. Независимые гены состоят из непрерывной последовательности кодонов. Транскрипционные единицы - группы разных генов, которые связаны функционально и транскрибируются одновременно, что обеспечивает в последующем одинаковое количество синтезируемых продуктов. Обычно это гены белков или нуклеиновых кислот (у кишечной палочки в составе одного из транскриптонов находятся два гена т-РНК, три гена р-РНК). Оперон - это группа структурных генов, следующих друг за другом, находящихся под контролем оператора - определённого участка ДНК. Структурные гены имеют общий промотор, оператор и терминатор, участвуют в одном метаболическом цикле и регулируются координированно Для прокариот характерна регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции и осуществляется регуляторным геном. Лактозный оперон может быть «выключен»-репрессирован или включен- экспрессирован. Экзонов - кодирующие участки и интронов – некодирующие участки. Экзон — это последовательность ДНК, которая представлена в зрелой РНК. . В зависимости от контекста, экзон может соответствовать и последовательности нуклеотидов ДНК и транскрипта РНК. Интрон — участок ДНК, который является частью гена, но не содержит информации о последовательности аминокислот белка. Для того, чтобы получить полноценный продукт гена – белок, интроны должны быть вырезаны, а экзоны – «сшиты» друг с другом Клетки эукариот имеют одинаковую ДНК, но фенотипически различаются В клетках экспрессируются разные гены, соответственно синтезируются разные мРНК и белки Экспрессия генов (например, глобина) регулируется на различных уровнях реализации генетической информации Независимые гены Повторяющиеся гены Кластеры генов (гены глобинов в составе А и В кластеров) 6. Какие молекулы принимают участие в организации первичной структуры белковой молекулы, какова природа их химического взаимодействия? 7. В виде чего записана информация о структуре белка в гене? 8. С чего начинается процесс биосинтеза белка в клетке? 9. Рассмотрите биохимический механизм транскрипции. 10. Как осуществляется механизм трансляции? Общая схема трансляции . Инициация . 1. Узнавание стартового кодона (AUG), сопровождается присоединением тРНК аминоацилированной метионином (М) и сборкой рибосомы из большой и малой субъединиц. Элонгация . 2. Узнавание текущего кодона соответствующей ему аминоацил-тРНК (комплементарное взаимодействие кодона мРНК и антикодона тРНК увеличено). 3. Присоединение аминокислоты, принесённой тРНК, к концу растущей полипептидной цепи. 4. Продвижение рибосомы вдоль матрицы, сопровождающееся высвобождением молекулы тРНК. 5. Аминоацилирование высвободившейся молекулы тРНК соответствующей ей аминоацил- тРНК-синтетазой. 6. Присоединение следующей молекулы аминоацил-тРНК, аналогично стадии (2). 7. Движение рибосомы по молекуле мРНК до стоп-кодона (в данном случае UAG). Терминация . Узнавание рибосомой стоп-кодона сопровождается (8) отсоединением новосинтезированного белка и в некоторых случаях (9) диссоциацией рибосомы. 11. Что такое кодон, антикодон и каким органическим молекулам они присущи? 12. Биологическая сущность транскриптона. 13. Что такое промотор? Промотор - это предшествующая гену последовательность нуклеотидов, которую узнает фермент РНК-полимераза . Основной элемент промотора - место связывания РНК- полимеразы, которое она занимает перед началом синтеза РНК. В состав промоторов могут входить также участки связывания белков-регуляторов. 14. Спейсерные участки и их роль в организации информационной зоны. 15. Явление процессинга и его биологическое значение в эукариотической клетке. 16. Феномен сплайсинга. 17. Рассмотрите схемы регуляции транскрипции структурных генов прокариотической клетки по типу индукции и репрессии. 18. Какие принципы положены в основу регуляции функционирования транскриптона эукариот? 19. Рассмотрите структурные уровни организации белковых молекул в клетке. 2.1.2. Вторичная структура белка представляет собой способ свёртывания полипептидной цепи в спиральную или иную конформацию. При этом образуются водородные связи между СО-и NH- группами пептидного остова одной цепи или смежных полипептидных цепей. 2.1.3. Третичная структура белка - это распределение в пространстве всех атомов белковой молекулы, или иначе говоря, пространственная упаковка спирализованной полипептидной цепи. Основную роль в образовании третичной структуры белка играют водородные, ионные, гидрофобные и дисульфидные связи, которые образуются в результате взаимодействия между радикалами аминокислот.. По форме молекулы и особенностям формирования третичной структуры белки делят на глобулярные и фибриллярные. Глобулярные белки - имеют сферическую или эллипсовидную форму молекулы (глобула Фибриллярные белки - имеют нитевидную форму (фибриллы) , образуют волокна и пучки волокон. 2.1.4. Четвертичная структура белка - размещение в пространстве взаимодействующих между собой субъединиц, образованных отдельными полипептидными цепями белка. Четвертичная структура - высший уровень организации белковой молекулы, к тому же необязательный - более половины известных белков её не имеют. Белки, обладающие четвертичной структурой, называют также олигомерными белками, а полипептидные цепи, входящие в их состав, - субъединицами или протомерами. МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ ГЕНАМИ В явлениях комплементарности, эпистаза и полимерии обнаруживается фенотипическое проявление молекулярных взаимодействий между генами. В ряде экспериментов, проведенных в лабораторных условиях с ферментами, выделенными из организмов с различным генотипом, было по казано, что механизм комплементарного взаимодействия генов заключается во взаимодействии генных продуктов в цитоплазме. Обнаружены также гены, которые не контролируют синтеза определенных белков, но регулируют этот процесс. Таким образом, возникла необходимость разделить гены на две категории: структурные и функциональные. Структурные гены определяют последовательность аминокислот в полипептидной цепи. У бактерий (у которых эти гены изучены) структурные гены, как правило, располагаются в хромосоме в последовательности, соответствующей кодируемым реакциям. Функциональные гены, по-видимому, не образуют специфических продуктов, которые можно обнаружить в цитоплазме. Эти гены выполняют контроль за функцией других генов. Один из функциональных генов получил название гена-оператора. По представлениям, введенным в науку Ф. Жакобом и Ж. Моно (1960, 1961), ген-оператор и ряд структурных генов, расположенных рядом в линейной последовательности, составляют оперон. Оперон является единицей считывания генетической информации, т. е. с каждого оперона снимается своя молекула информационной РНК. Функция гена-оператора в свою очередь регулируется геном-регулятором. Он кодирует синтез белка-репрессора. Наличие или отсутствие этого белка, присоединяющегося к гену-оператору, определяет начало или прекращение считывания информации. |