Экспрессия у эукариот

Самое важное по теме: "экспрессия у эукариот" с профессиональной точки зрения. Мы собрали, агрегировали и представили в доступном виде всю имеющуюся по теме информацию и предлагаем ее к прочтению.

Регуляция экспрессии генов у эукариот.

Регуляция экспрессии генов у прокариот.

Оперон – тесно связанная группа структурных генов, определяющихсинтез группы белков, к. увствют в одной цепи биохим. реакций.

Данная группа генов регулируется как единое целое.

Строение оперона (Жакоб и Моно, 1961г)

· Промотор (начало оперона, к которому присоединяется ДНК-полимераза)

· Оператор (в зависимости от соединения с белком-репрессором он позволяет или не позволяет ДНК-полимеразе соединяться с промотором).

· Структурные гены-гены, содержащие информацию о белках-ферментах.

Оперон управляется геном-регулятором, который находится далеко от оперона.

Пример : работа лактозного оперона киш. палочки:

· Если в среде отсутствует лактоза, то ген-регулятор синтезирует белок-репрессор,который соединяется с геном –оператором => оператор не позволяет соединяться ДНК-полимеразе с промотором=>транскрипция структурных генов и синтез ферментов не происходит.

· Если в среде есть лактоза, то она проникает в клетку, оттягивая на себя белок-репрессор, освобождая оператор. Оператор позволяет РНК-полимеразе сесть на промотор=>начало транскрипции структурных генов и синтез ферментов

· Ферменты расщепляют лактозу, освободившийся белок-репрессор вновь соединяется с оператором и транскрипция блокируется.

Регуляция экспрессии генов у эукариот.

Процесс реализации насл. информации у эукариот многоэтапный и растянут во времени.

У эукариот нет оперонов, единицей регуляции является транскриптор, который работает по тем же принципам, он состоит из неинформативных и информативных зон.

Неинформативная зона-промотор, несколько генов-операторов, интроны, терминатор, информативная зона — экзоны.

Работой транскриптора управляет множество генов-регуляторов, синтезирующих белки-факторы транскрипции.

Индукторами транскрипции являются гормоны.

Возможность транскрипции зависит от соединения гистонов с H1

Регуляция на уровне процессинга.

Интроны являются относительно неинформативными участками, т.к. содержат информацию о ферментах сплайсинга-матюразы. Матюраза отвечает за возможность альтернативного сплайсинга.

Из одной и той же р-РНК в разных клетках организма можно получить разные матрицы для синтеза разных молекул белка. При этом экзоны сшиваются по мере увеличения порядкового номера, но могут выбрасываться некоторые из них.

Регуляция на этапе транскрипции.

Для остановки синтеза белка ферменты цитоплазмы блокируют стартовый кодон=>трансляция не происходит.

Регуляция на посттрансляционном этапе.

В случае , если синтезированный белок клетке не нужен, то ферменты цитоплазмы не позволяют образовать вторичную, третичную, четвертичную структуры=>белок разрушается.

16. Генная инженерия: этапы синтеза, достижения и перспективы

Генная инженерия,или технология рекомбинантных ДНК, изменение с помощью биохимических и генетических методик хромосомного материала – основного наследственного вещества клеток. Хромосомный материал состоит из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Биологи изолируют те или иные участки ДНК, соединяют их в новых комбинациях и переносят из одной клетки в другую. В результате удается осуществить такие изменения генома, которые естественным путем вряд ли могли бы возникнуть. Методом генной инженерии получен уже ряд препаратов, в том числе инсулин человека и противовирусный препарат интерферон. И хотя эта технология еще только разрабатывается, она сулит достижение огромных успехов и в медицине, и в сельском хозяйстве. В медицине, например, это весьма перспективный путь создания и производства вакцин. В сельском хозяйстве с помощью рекомбинантной ДНК могут быть получены сорта культурных растений, устойчивые к засухе, холоду, болезням, насекомым-вредителям и гербицидам.

Методы генной инженерии:

· метод секвенирования – определение нуклеотидной последовательности ДНК;

· метод обратной транскрипции ДНК;

· размножение отдельных фрагментов ДНК.

Этапы генного синтеза.

Гены, которые надо клонировать, подлежат дроблению. Но структурные гены, как правило, приходится либо синтезировать, либо получать в виде ДНК-копий и-РНК, соответствующих избранному гену. Структурные гены содержат только кодированную запись конечного продукта (белка, РНК) и лишены регуляторных участков, из-за чего они не способны самостоятельно воспроизводиться в клетке хозяине.

При получении рекомбинантной ДНК образуются чаще всего несколько структур, из которых только одна является нужной. Поэтому обязательный этап составляет селекция и клонирование рек-ДНК, введенной в клетку-хозяина. Существуют следующие пути селекции: генетический, иммунохимический и гибризационный (с мечеными ДНК и РНК). Практические результаты генной инженерии.

В результате развития методов генетической инженерии получены клоны множества генов рибосомальной, транспортной и 5S РНК, гистонов, глобина мыши, кролика, человека, коллагена, овальбумина, инсулина человека и других пептидных гормонов, интерферона человека и т. д. Это позволило создавать штаммы бактерий, производящих различные активные вещества, используемые в медицине, сельском хозяйстве и микробиологической промышленности.

На основе генной инженерии возникла отрасль фармацевтической промышленности. Это одна из современных ветвей биотехнологии. Для лечебного применения допущен инсулин человека, полученный посредством рек-ДНК. Кроме того, получены особые, так называемые тест-системы, которые позволяют выявлять мутантные клетки. Теоретическое значение генетической инженерии. За короткий срок генная инженерия оказала огромное влияние на развитие молекулярно- генетических методов и позволила существенно продвинуться в изучении строения и функционирования генетического аппарата.

Регуляция экспрессии генов у эукариот

В связи с особенностями организации отдельных генов эукариот и генома в целом регуляция генной активности у них характеризуется некоторыми отличиями по сравнению с прокариотами.

У эукариот не установлено оперонной организации генов. Гены, определяющие синтез ферментов одной цепи биохимических реакций, могут быть рассеяны в геноме и, очевидно, не имеют, как у прокариот, единой регулирующей системы (ген-регулятор, оператор, промотор). В связи с этим синтезируемые мРНК у эукариот моноцистронны, т.е. являются матрицами для отдельных пептидных цепей.

В настоящее время механизмы регуляции и координации активности эукариотических генов интенсивно изучаются. Установлено, что их функционирование несомненно подчиняется регуляторным воздействиям, однако регуляция транскрипции у эукариот является комбинационной, т.е. активность каждого гена регулируется большим спектром генов-регуляторов (рис. 3.87).

Рис. 3.87. Регуляция экспрессии гена, кодирующего белок Х у эукариот,

двумя регуляторными белками

У многих эукариотических генов, кодирующих белки и транскрибируемых РНК-полимеразой II, в ДНК имеется несколько областей, которые узнаются разными белками-регуляторами. Одной из них является область, расположенная вблизи промотора. Она включает около 100 пар нуклеотидов, в том числе ТАТА-блок, располагающийся на расстоянии 25 пар нуклеотидов от точки начала транскрипции. Установлено, что для успешного присоединения РНК-полимеразы II к промотору необходимо предварительное соединение с ТАТА-блоком особого белка — фактора транскрипции — с образованием стабильного транскрипционного комплекса. Именно этот комплекс ДНК с белком узнается РНК-полимеразой II. Последовательности нуклеотидов, примыкающие к ТАТА-блоку, формируют требуемый для транскрипции элемент, расположенный перед промотором.

Читайте так же:  Адаптация младшего школьника

Другая область, играющая важную роль в регуляции активности эукариотических генов, располагается на большом расстоянии от промотора (до нескольких тысяч пар нуклеотидов) и называется энхансером (от англ. enhance —усиливать).

И энхансер, и препромоторный элемент эукариотических генов содержат серию коротких нуклеотидных последовательностей, которые связываются с соответствующими регуляторными белками. В результате взаимодействия этих белков происходит включение или выключение генов.

Особенностью регуляции экспрессии эукариотических генов является также существование белков-регуляторов, которые способны контролировать транскрипцию многих генов, кодирующих, возможно, другие белки-регуляторы. В связи с этим некоторые (главные) белки-регуляторы обладают координирующим влиянием на активность многих генов и их действие характеризуется плейотропным эффектом (рис. 3.88). Примером может служить существование белка, который активирует транскрипцию нескольких специфических генов, определяющих дифференцировку предшественников жировых клеток.

Рис. 3.88. Регуляция экспрессии многих генов эукариот

Ввиду того что в геноме эукариот имеется много избыточной ДНК, а в каждой клетке организма транскрибируется всего 7—10% генов, логично предположение о том, что у них преобладает позитивный генетический контроль, при котором активация небольшой части генома оказывается более экономичной, нежели репрессия основной массы генов.

Несомненной особенностью регуляции транскрипции у эукариот является подчиненность этих процессов регулирующим влияниям со стороны гормонов организма. Последние часто играют роль индукторов транскрипции. Так, некоторые стероидные гормоны обратимо связываются особыми белками-рецепторами, образуя с ними комплексы. Активированный гормоном рецептор приобретает способность соединяться со специфическими участками хроматина, ответственными за регуляцию активности генов, в которых рецепторы узнают определенные последовательности ДНК.

Специфичность регулирующего воздействия гормона на транскрипцию обусловлена не только природой самого гормона, но и природой клетки-мишени, синтезирующей специфический белок-рецептор, который влияет на транскрипцию определенного для данной клетки набора генов. Примером участия гормонов в регуляции активности определенных генов может служить влияние тестостерона на развитие тканей организма по мужскому типу при наличии специфического белка-рецептора. Отсутствие последнего при мутации соответствующего гена не дает возможности гормону проникнуть в ядра клеток-мишеней и обеспечить включение определенного набора генов: развивается синдром тестикулярной феминизации, или синдром Морриса (см. разд. 3.6.5.2).

Следующая особенность регуляции генной активности у эукариот связана с образованием стойкого комплекса ДНК с белками — хроматина (см. разд. 3.5.2.2). Ведущая роль в компактизации ДНК принадлежит гистонам, поэтому они, несомненно, участвуют и в процессах регуляции генной активности (см. разд. 3.5.4). Непременным условием для осуществления транскрипции у эукариот является предварительная декомпактизация хроматина на соответствующем участке, где временно утрачивается связь с Hi-гистонами и несколько ослабляется связь с нуклеосомными гистонами. Правда, нуклеосомная организация хроматина не утрачивается даже в ходе транскрипции, однако контакт ДНК и негистоновых белков становится возможным и происходит дерепрессия гена.

Отличительной особенностью регуляции экспрессии генов у эукариот является возможность ее осуществления не только на стадии транскрипции, но и на других этапах растянутого во времени процесса реализации наследственной информации. Регуляция на стадии транскрипции является наиболее экономичной, но недостаточно быстро реагирующей на изменение ситуации. Так, возникшая в клетке потребность в каком-либо белке не может быть быстро удовлетворена путем включения транскрипции соответствующего гена. Синтезированный транскрипт должен подвергнуться процессингу, затем зрелая мРНК должна выйти из ядра в цитоплазму и, образуя комплекс с рибосомами, осуществить трансляцию информации, синтезировав пептид, который, лишь пройдя посттрансляционное изменение, формирует активный белок, необходимый клетке.

В том случае, когда клетке нужно прекратить синтез какого-то продукта, после выключения транскрипции соответствующего гена в цитоплазму некоторое время будут продолжать поступать созревающие молекулы мРНК, осуществляющие там синтез пептидных цепей, пока они не деградируют под действием ферментов. Таким образом, для эффективной регуляции экспрессии генов у эукариот должны существовать механизмы, работающие не только на стадии транскрипции, но и на других этапах этого процесса.

Связанная с экзон-интронной организацией генов необходимость процессичга, в том числе сплайсинга, делает возможным регуляцию этих процессов в ядре. В настоящее время обсуждается роль интронных участков ДНК в изменении схемы сплайсинга при синтезе антител (см. разд. 3.4.3.2) или цитохрома b (см. разд. 3.4.3.3). Это создает возможность, используя один и тот же первичный транскрипт, обеспечивать образование матриц для разных пептидов, вырезая из них разные последовательности или изменяя последовательности на 5′- и 3′-концах мРНК.

Очевидно, и транспорт зрелых мРНК из ядра в цитоплазму также регулируется определенным образом, так как установлено, что лишь небольшая часть РНК, транскрибируемой с генов, после сплайсинга покидает ядро. Значительное количество ее деградирует. Возможно, это является результатом процессинга, приводящего к появлению «неправильных» матриц.

Существуют механизмы, обеспечивающие регуляцию процессов синтеза пептидных цепей. Они менее экономичны, но отличаются быстротой реагирования на изменения потребностей клетки в данном белке. Регуляция трансляции осуществляется на стадии инициации путем воздействия на один из факторов инициации, катализирующий присоединение к малой субъединице рибосомы тРНК, несущей метионин (формилметионин) (см. разд. 3.4.3). В результате при наличии в цитоплазме мРНК трансляции на ней не происходит. Такая ситуация наблюдается, например, при отсутствии в цитоплазме гема, что ведет к выключению трансляции глобиновых цепей гемоглобина.

Наконец, регуляция процесса реализации наследственной информации может осуществляться и на стадии посттрансляционных изменений. Прекращение этих процессов обусловливает задержку в формировании активных молекул белка при наличии необходимых для этого пептидных цепей. Например, для формирования активной формы белкового гормона — инсулина — из проинсулина должны вырезаться две субъединицы. Торможение этих процессов уменьшает выход конечного активного продукта.

Таким образом, рассмотренный выше пример регуляции экспрессии генов демонстрирует сложнейшие взаимосвязи, которые существуют между ними в геноме. Формирование любого признака поэтому нельзя рассматривать как результат действия одной пары аллельных генов в генотипе. В любом случае регуляция экспрессии ответственного за этот признак гена осуществляется при участии других генов.

Читайте так же:  Паника на рынке

Дата добавления: 2016-08-23 ; просмотров: 2011 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Экспрессия у эукариот

Еукариоты имеют более сложную организацию, чем прокариоты, Например, в организме человека насчитывается более 200 разных типов клеток и 100 тысяч белков. Контроль экспрессии генов у эукариот включает не только механизмы, существующие у эукариот, но и механизмы, присущие только эукариотам.

Регуляция экспрессии генома у эукариот осуществляется на нескольких уровнях:

— на уровне структурной организации генома (претранскрипционный контроль)

— на уровне транскрипции. Существует транскрипционная и посттранскрипционная регуляция. Регулироваться может сам процесс транскрипции, дозревание мРНК (процессинг), транспорт и деградация мРНК.

— на уровне трансляции – через фосфорилирование-/дефосфорилирование белковых факторов трансляции.

— на пострансляционном уровне – через регуляцию процессов формирования белковой молекулы, ее транспорта, активности и деградации.

Претранскрипционный контроль экспрессии генов у эукариот.

Геном эукариот содержит много нуклеотидов, но лишь 2-5% ДНК используется для кодировки белков. Наличие у ДНК не только кодирующих, но и регуляторных (сигнальных) участков, значительного количества сайтов, которые не транскрибируются, составляет особенность генома эукариот. Хотя все соматические клетки содержат идентичный геном, но в разных типах клеток экспрессируются различные гены, а это свидетельствует о существовании механизмов, которые обеспечивают стабильную экспрессию в течение жизни клетки одних генов и торможения экспрессии других.

А. Структурна та химическая модификация генома

а) роль упаковки хроматина. В ядрах дифференцированных клеток хроматин так упакован, что только небольшое число генов (до 1%) доступно для

транскрипции. В участках гетерохроматина ДНК упакована очень плотно и недоступна для транскрипции, тогда как в участках эухроматина, имеющего рыхлую упаковку, доступна для РНК-полимеразы. В разных типах клеток в область эухроматина попадают различные гены, а это означает, что в разных тканях транскрибируются различные гены.

б) химическая модификация белков хроматина. Гистоновые и негистоновые белки, которые образуют прочные комплексы с ДНК, препятствуют использованию ДНК в процессах репликации или транскрипции. Ковалентная модификация (ацетилирование, фосфорилирование, метилирование, гликозилирование и АДФ-рибозилирование) изменяет заряд и другие свойства ядерных белков и может уменьшить или увеличить их взаимодействие с ДНК. Например, присоединение остатков уксусной кислоты к аминогруппам лизина (ацетилирование) в гистонах уменьшает положительный заряд этих белков, благодаря чему гистоны отсоединяются от ДНК, а на освобожденных от гистонов участках может происходить считывание информации. Поэтому ацетилирование пистонов усиливает скорость транскрипции.

в) метилирование ДНК. Метилирование — это вариант эпигенетической регуляции активности генов, который не ведет к изменению нуклеотидной после- довательности ДНК. ДНК-метилтрансферазы переносят метильную группу от S- аденозилметионина на цитозин с образованием 5-метилцитозина. Метилируется около 5% остатков

области СрG-остров- ков (последователь- ностей от 500 до 2000 нуклеотидов с высо- ким содержанием гуанина и цитозина). Эти островки лока- лизуются в регулятор- ных элементах гена, промоторах. Метили- рование приводит к временной инакти- вации гена и блоки- ровки его транскрип- ции. Однако конечный биологический

результат метилирования определяется функцией гена. Если метилируется ген белка-активатора, то это ведет к торможению определенной функции клетки, а если ген белка-репрессора, то это усиливает определенную функцию. Например, метилирование гена-супрессора опухолевого роста (белка р53) способствует развитию опухолей. Метилирование — это обратимый процесс и вместе с метилированием существует процесс деметилирования. Однако, метилирование некоторых генов является необратимым, в частности генов, которые функционируют во время эмбриогенеза, а затем становятся ненужными.

Б. Изменение количества генов.

а) Амплификация — это процесс увеличения копий соответствующих генов.

Молекулярной основой амплификации является многократная (взрывообразная) репликация одного гена, или его фрагмента. Амплифицированные участки могут располагаться в хромосоме друг за другом (тандемный) или образовывать внехромосомные фрагменты ДНК (двойные минихромосомы). Способны к амплификации гены металотионеина (белка, связывающего ионы тяжелых металлов), дигидрофолатредуктази, многих других белков. При поступлении в организм ионов тяжелых металлов или метотрексата (ингибитора дигидрофолдатредуктазы происходит взрывообразное усиление синтеза этих белков. Явление амплификации лежит в основе полимеразной цепной реакции (ПЦР). Для проведения ПЦР используют РНК-праймеры (последовательности специфичны тем участкам ДНК, которые исследуются), а затем ДНК-полимераза реплицирует только те участки ДНК, которые отвечают праймеру. С применением ПЦР проводят диагностику вирусных и бактериальных инфекций, поскольку ПЦР дает возможность выявить ДНК и РНК возбудителей в организме хозяина. Метод ПЦР является основным в выявлении мутаций и генетического полиморфизма, установлении отцовства, этнической принадлежности и т.д.

б) потеря генетического материала. Это редкий способ регуляции и, например, проявляется потерей ядра при дозревании эритроцитов или потери части генетического материала при дозревании лимфоцитов.

В.Перестройка генов (генетические рекомбинации или реаранжирование) Перестройка генов – это обмен фрагментами ДНК между различными генами

или объединение генов из различных биологических источников. Механизм

[2]

рекомбинаций включает разрезание реципиентной ДНК и включение инородных фрагментов (транспозонов) из другой хромосомы или другого локуса той же хромосомы. Способность транспозонов встраиваться в молекулы других ДНК определяется наличием на их концах особенных фрагментов – инсерционных последовательностей.

К рекомбинациям, присущим прокариотам, принадлежат: а) трансформация

– включение в геном реципиентного микроорганизма донорной ДНК погибшей клетки того же вида; б) трансдукция – перенос бактериофагом фрагмента ДНК одного микроорганизма в геном другого реципиентного организма; в) конъюгация

Видео удалено.
Видео (кликните для воспроизведения).

– процесс полового размножения у бактерий, который заключается в перенесении фрагмента ДНК из донорной в реципиентную клетку.

У эукариот генетические рекомбинации обеспечивается механизмом кроссинговера (обмен идентичными участками между гомологичними хромосомами во время мейоза), который является необходимым элементом формирования половых клеток. Именно рекомбинация родительских хромосом при образовании гамет — главный фактор комбинативной изменчивости у людей.

Процессы перемещения отдельных генов, или групп генов в другое место генома имеют место в В-лимфоцитах, гены которых кодируют образование иммуноглобулинов. Имеется несколько типов иммуноглобулинов (IgG, IgA, IgM, IgD, IgE), которые отличаются по типу тяжелых и легких цепей. В каждой белковой цепи иммуноглобулина существуют константные и вариабельные участки (соответственно, с постоянным или переменным составом аминокислот). Легкие цепи экспрессируються генами 3-х семейств, а тяжелые цепи – 4-х семейств. Каждое семейство насчитывает десятки и сотни генов. Благодаря рекомбинации генов, принадлежащим семействам генов легких и тяжелых цепей, становится возможным образование огромного количества (до

Читайте так же:  Депрессия взять себя в руки

108) вариантов генов и, соответственно, столько же вариантов иммуноглобулинов с разной антигенной специфичностью.

Транспозон – это последовательность ДНК, способная перемещаться в середине генома. Транспозоны принадлежат к так называемым мобильным элементам генома (к которым относят плазмиды и инсерционные элементы). Различают ДНК-транспозоны и ретротранспозоны. Перенос и вставка ДНК- транспозонов катализируется ферментом транспозазой (код фермента присутствует в самом транспозоне). Ретротранспозоны перемещаются по геному путем обратной транскрипции с их РНК (как ретровирусы).

Экспрессия у эукариот

МикроРНК — это короткие (18—25 нуклеотидов) последовательности односпиральной РНК, вызывают подавление экспрессии генов. МикроРНК связываются со своей мишенью — информационной РНК — по принципу комплементарности . Это вызывает подавление синтеза белка или деградацию информационной РНК.

МикроРНК могут иметь большую или меньшую специфичность благодаря большей или меньшей доле комплементарных своей мишени азотистых оснований. Низкая специфичность позволяет одной микроРНК подавлять экспрессию сотен разных генов. [1]

Моноаллельная экспрессия генов

Моноаллельная экспрессия у эукариот характерна:

  • для генов Х-хромосомы в женских клетках из-за механизма дозовой компенсации;
  • для импринтируемых генов;
  • В настоящее время известно, что около 5—10 % генов эукариот экспрессируются в клетках моноаллельно, среди таких генов чаще наблюдаются гены, кодирующие поверхностные клеточные белки и, в частности, гены, кодирующие иммуноглобулины, Т-клеточные и обонятельные рецепторы. Это явление носит также название аллельное исключение. Выбор экспрессирующегося аллеля происходит рано в развитии, и этот выбор осуществляется случайно, в результате около половины клеток организма экспрессируют отцовский аллель, а другая половина клеток — материнский аллель. Иногда наблюдается тканеспецифичная моноаллельная экспрессия гена, в других тканях такой ген может экспрессироваться биаллельно. К случайной моноаллельной экспрессии аутосомных генов не относят случаи, когда разные алллели гена экспрессируются на различном уровне из-за полиморфизма в cis-регуляторных последовательностях гена [2] .
  • Репрессия генов

Примечания

  1. Klipp, E.; Liebermeister, W.; Wierling, C.; Kowald, A.; & Lehrach, H. (2009). Systems Biology, 235—245. Federal Republic of Germany: Wiley Blackwell, ISBN 978-3-527-31874-2
  2. Chess A (June 2012). «Mechanisms and consequences of widespread random monoallelic expression». Nat. Rev. Genet.13 (6): 421–8. PMID 22585065.

Литература

  • Патрушев Л. И. Экспрессия генов. — М.: Наука, 2000. — ISBN 5-02-001890-2

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Экспрессия генов» в других словарях:

экспрессия генов — Преобразование информации, заложенной в ДНК в белок [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] Тематики биотехнологии EN gene expression … Справочник технического переводчика

Экспрессия генов — (от лат. expressio выражение) сложный молекулярный процесс в результате которого информация содержащаяся в ДНК (или РНК) молекуле преобразуется в вещество (белок, фермент) … Физическая Антропология. Иллюстрированный толковый словарь.

Клеточно-специфическая экспрессия генов — * клетачна спецыфічная экспрэсія генаў * cell specific gene expression экспрессия только определенной части генома в определенных клетках и в определенное время, которая происходит под контролем транскрипционных факторов, включающих и выключающих … Генетика. Энциклопедический словарь

генов поток — * генаў паток * gene flow обмен генами между разными популяциями одного и того же вида за счет мигрантов, что приводит к временному изменению частоты генов многих локусов в общем пуле генов (см. ) популяции реципиента (см. ). Генов распределение… … Генетика. Энциклопедический словарь

Экспрессия гена — Экспрессия генов это процесс, в котором наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт РНК или белок. Экспрессия генов может регулироваться на всех стадиях процесса: и во время… … Википедия

Экспрессия — Экспрессия (лат. expressio выражение): В Викисловаре есть статья «экспрессия … Википедия

Экспрессия белков — * экспрэсія бялкоў * protein expression синтез белков в клетке под контролем соответствующих генов. При вставке рекомбинантного гена в клетку хозяина экспрессируют нужный исследователю белок. Многие методики и технологии базируются на Э. б., при… … Генетика. Энциклопедический словарь

ЭКСПРЕССИЯ ГЕНА — программируемый геномом процесс биосинтеза белков и(или) РНК. При синтезе белков Э. г. включает транскрипцию синтез РНК с участием фермента РНК полимеразы; трансляцию синтез белка на матричной рибонуклеиновой кислоте, осуществляемый в рибосомах,… … Химическая энциклопедия

геномная библиотека банк генов — геномная библиотека, банк генов * геномная бібліятэка, банк генаў * genomic library or gene bank набор клонированных фрагментов ДНК, представляющих индивидуальный (групповой, видовой) геном. У млекопитающих (в т. ч. человека) геномы крупные,… … Генетика. Энциклопедический словарь

Импринтинг генов — Геномный импринтинг это эпигенетический процесс, при котором экспрессия определенных генов осуществляется в зависимости от того, от какого родителя поступил аллель гена. Это ненаследуемый процесс, который не подчиняется наследованию по Менделю.… … Википедия

Механизмы регуляции экспрессии генов у эукариот

Регуляция экспрессии генов у эукариот. У эукариот организмов по сравнению с прокариотическими существенно возрастает содержание ДНК на гаплоидную клетку: с 4,2Ч10 6 пар нуклеотидов у Е. coli до 3,3Ч10 9 пар нуклеотидов в клетках человека.

1. Организация хроматина в дифференцированных клетках многоклеточного организма

В клетках млекопитающих существуют механизмы, которые сохраняют стабильную репрессию одних генов и депрессию других.

Различают участки гетерохроматина, в которых ДНК упакована очень компактно и недоступна для транскрипции, и участки эухроматина, имеющие более рыхлую укладку и способные связывать РНК-полимеразу. В разных типах клеток в область эухроматина попадают разные гены.

Стойкая репрессия генов гетерохроматина обеспечивается:

  • · высококонденсированным состоянием гетерохроматина;
  • · метилированием дезоксицитидина ДНК-ме-тилазами в 5′-CG-3′ последовательностях ДНК.
  • · связыванием с гистонами и образованием нуклеосом, которые также снижают транскрипционную активность ДНК.

Исследования показали, что области эухроматина, в которых расположены активно транскрибируемые гены, обладают некоторыми структурными особенностями:

  • · они более чувствительны к действию ДНК-аз, чем остальные участки ДНК;
  • · к областям «активного» хроматина присоединяется группа негистоновых HMG-бел-ков, или белков с высокой подвижностью при гель-электрофорезе.
Читайте так же:  Я пошел налево прости

Разный набор и количество белков в эукариотических клетках может регулироваться:

  • · изменением количества структурных генов;
  • · перестройкой генов в хромосомах;
  • · эффективностью транскрипции разных участков генома;
  • · характером посттранскрипционных модификаций первичных транскриптов;
  • · на уровне трансляции;
  • · с помощью посттрансляционных превращений вновь синтезированных полипептидных цепей.

Амплификация генов используется организмом в том случае, когда возникает необходимость увеличить синтез определённого генного продукта. Многие гены, кодирующие белки или РНК постоянно присутствуют в амплифицированном состоянии. Амплифицированные участки могут располагаться друг за другом в хромосоме или образовывать внехромосомные фрагменты ДНК.

Нестабильны амплифицированные гены, двойные хромосомы. Они могут исчезать в последующих генерациях. Утрата генетического материала происходит в процессе созревания лимфоцитов и образования клеток синтезирующих иммуноглобулины.

генетическая рекомбинация — процесс обмена, перемещения генов между хромосомами или внутри хромосомы, объединение генов с образованием изменённой хромосомы, которая после таких структурных изменений способна к репликации и транскрипции. Этот процесс получил название «».

У эукариотов рекомбинации наблюдают:

  • · при половом слиянии яйцеклетки и сперматозоида;
  • · при перемещении подвижных генетических элементов — транспозонов, в состав которых входят отдельные гены или группа генов, с исходной позиции в какое-либо другое место той же или другой хромосомы;
  • · при формировании в лимфоцитах «библиотеки» генов, кодирующих антитела или иммуноглобулины.

Регуляция транскрипции генов высших организмов сходна с регуляцией экспрессии генов прокариотов. Основное различие состоит в значительно большем количестве участков ДНК и регуляторных факторов, контролирующих этот процесс. белки способных взаимодействовать со специфическими регуляторными последовательностями ДНК имеют один или несколько доменов, обеспечивающих выполнение регуляторных функций.

  • · ДНК-связывающие домены, ответственные за узнавание и связывание регуляторных факторов со специфическими участками на молекуле ДНК;
  • · Домены, активирующие транскрипцию за счёт связывания с белками основного инициаторного комплекса: транскрипционными факторами, коактиваторами и РНК-поли-меразой;
  • · Антирепрессорные домены, благодаря которым белки способны взаимодействовать с гистонами нуклеосом и освобождать транскрибируемые участки ДНК от связи с этими ингибиторными структурами; Домены, связывающие лиганды, присоединение которых к белку изменяет его конформацию и обеспечивает связывание с молекулой ДНК. Лигандь1-индукторы транскрипции — стероидные гормоны, ретиноевая кислота, кальцитриол (производное витамина D3) и гормоны щитовидной железы. Лигандами-репрессорами могут быть конечные продукты метаболических путей, некоторые гормоны. Будучи липофильньши молекулами, они проходят плазматическую, а иногда и ядерную мембраны, взаимодействуют с внутриклеточными рецепторами, присоединяясь к лиганд-связьгвающему участку. Присоединение лиганда к рецептору образует ДНК-связьшающий участок, узнающий специфическую последовательность в регуляторной зоне ДНК и индуцирующий транскрипцию определённых генов.

· В организме животных существенное значение в обеспечении разнообразия белков играет посттранскрипционный процессинг РНК. Основные способы такой регуляции — альтернативный сплайсинг и изменение стабильности РНК.

Экспрессия генов в процессе биосинтеза белка. Регуляция экспрессии генов у прокариот и эукариот.

Экспрессия генов — это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок. Экспрессия генов может регулироваться на всех стадиях процесса.

Регуляция экспрессии генов позволяет клеткам контролировать собственную структуру и функцию и является основой дифференцировки клеток, морфогенеза и адаптации.

Для того чтобы информация, заложенная в ДНК, превратилась в жизненные функции, она должна быть превращена в действия, которые по частям представлены активностью белков-ферментов, а в полной мере — размножающимся организмом.

Переход представляет собой экспрессию генетической информации и осуществляется в два этапа. На первом действует аппарат РНК, включающий транскрипцию с ДНК на РНК с помощью РНК-полимеразы и трансляцию с РНК(второй этап), с помощью рибосомы, в белки. Именно эти последние и используются для образования как компонентов клетки, в том числе клеточных структур, так и ферментов. Синтез белка осуществляется путем присоединения в рибосоме молекулы транспортной РНК (тРНК) с аминокислотой к соответствующему участку на нити мРНК с образованием полипептидной цепи.

Между аминокислотами и основаниями существует «генетический код», в котором каждой аминокислоте соответствуют кодоны, содержащие три нуклеотида.

[1]

РНК синтезируется на матрице ДНК посредством фермента РНК-полимеразы. Связывание начинается с участка, называемого промотором. Промотор может быть сильным и слабым. С другой стороны, промотор может быть регулируемым и нерегулируемым. Двойная нить (дуплекс) ДНК в этом месте расплетается, и считывается лишь одна нить. В конце гена или оперона располагается стоп-сигнал, позволяющий РНК-полимеразе отделиться.

Особенности регуляции экспрессии генов прокариот:

Экспрессия генов у прокариот регулируется главным образом на уровне транскрипции. Роль сигнальных веществ для запуска транскрипции играют молекулы-эффекторы, представляющие собой низкомолекулярные соединения. Индукция и репрессия представляют собой разные стороны одного и того же явления. Малые молекулы, индуцирующие образование ферментов, способных метаболизировать их, называются индукторами. Те же, которые предотвращают образование ферментов, способных синтезировать их, — корепрессорами.
Молекулы-эффекторы не могут вступать в прямое взаимодействие с ДНК, посредником для них служит специальный регуляторный белок. Регуляторный белок, который связывается с ДНК в отсутствии индуктора, называется репрессором

Особенности регуляции экспрессии генов эукариот:

У эукариотических организмов механизм регуляции транскрипции гораздо более сложен. В результате клонирования генов эукариот обнаружены специфические последовательности, принимающие участие в транскрипции и трансляции.

Для эукариотической клетки характерно:

1. Наличие интронов и экзонов в молекуле ДНК.

2. Созревание и-РНК — вырезание интронов и сшивка экзонов.

3. Наличие регуляторных элементов, регулирующих транскрипцию, таких как:

а) промоторы — 3 вида, на каждый из которых садится специфическая полимераза

б) модуляторы — последовательности ДНК, усиливающие уровень транскрипции;

в) (энхансеры) усилители — последовательности, усиливающие уровень транскрипции и действующие независимо от своего положения относительно кодирующей части гена и состояния начальной точки синтеза РНК;

г) терминаторы — специфические последовательности, прекращающие и трансляцию, и транскрипцию.

44. Генетическая (генная) инженерия, ее задачи, методы, возможности, перспективы использования.

[3]

Генетическая инжене́рия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.

Читайте так же:  Статусы одиночество грусть

Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.

Генная инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого организма

Цель генной инженерии — не воплощение в реальность мифов о кентаврах (человеко-конях) и русалках (человеко-рыбах), а получение клеток (в первую очередь бактериальных), способных в промышленных масштабах нарабатывать некоторые «человеческие» белки. Так, с 1980 г. гормон роста человека — соматотропин получают из бактерии Е. coli (кишечной палочки). Соматотропин представляет собой полипептидную цепь, состоящую из 191 аминокислоты. Он вырабатывается в гипофизе и контролирует рост животного; его недостаток приводит к карликовости. До развития генной инженерии его выделяли из гипофизов от трупов. Соматотропин, синтезированный в специально сконструированных клетках бактерий, имеет очевидные преимущества: он доступен в больших количествах, его препараты являются биохимически чистыми и свободны от вирусных загрязнений.
Основной задачей генной инженерии является выделение, идентификация и направленное изменение генетического материала из одного организма таким образом, чтобы его можно было ввести в новый организм -«хозяин». Цель ее — создание новых генетических структур и организмов с новыми наследственными свойствами.

Задачи генной инженерии:

1.создание рекомбинантных ДНК для переноса в другие клетки

2.разработка методов введения рекомбинанатной ДНК в клетку

3.создание условий для нормальной экспрессии генов , введенных в клетку

Основные направления генетической модификации организмов:

– придание устойчивости к ядохимикатам (например, к определенным гербицидам);

– придание устойчивости к вредителям и болезням (например, Bt-модификация);

– повышение продуктивности (например, быстрый рост трансгенного лосося);

– придание особых качеств (например, изменение химического состава).

Методы генной инженерии

Методы основаны на получении фрагментов исходной ДНК и их модификации.

Для получения исходных фрагментов ДНК разных организмов используется несколько способов:

– Получение фрагментов ДНК из природного материала путем разрезания исходной ДНК с помощью специфических нуклеаз (рестриктаз).

– Прямой химический синтез ДНК, например, для создания зондов (см. ниже).

– Синтез комплементарной ДНК (кДНК) на матрице мРНК с использованием фермента обратной транскриптазы (ревертазы).

Определение нуклеотидного состава фрагментов ДНК по классической методике производится с помощью радиоактивных зондов – молекул ДНК с заранее известной структурой, в состав которых входят радиоактивные изотопы фосфора или водорода. Если структура выделенного фрагмента хотя бы частично комплементарна структуре зонда, то происходит ДНК-ДНК-гибридизация, и на микрофотографии препарата появляется засветка от радиоактивного изотопа. В настоящее время для определения нуклеотидных последовательностей ДНК широко используют флуоресцентные метки.

Выделенные участки ДНК встраивают в векторы переноса ДНК. Векторы ДНК – это небольшие молекулы ДНК, способные проникать в другие клетки и реплицироваться в них. В качестве векторов часто используют плазмиды (кольцевые молекулы ДНК прокариотических клеток), а также ДНК вирусов.

В состав вектора ДНК входит не менее трех групп генов:

1. Целевые гены, которые интересуют экспериментатора.

2. Гены, отвечающие за репликацию вектора, его интеграцию в ДНК клетки-хозяина и экспрессию требуемых генов.

3. Гены-маркеры (селективные, репортерные гены), по деятельности которых можно судить об успешности трансформации (например, гены устойчивости к антибиотикам или гены, отвечающие за синтез белков, светящихся в ультрафиолетовом свете).

Для внедрения векторов в прокариотические или эукариотические клетки используют различные способы:

1. Биотрансформация. Используются векторы, способные сами проникать в клетки.

2. Микроинъекции. Используются, если клетки, подлежащие трансформации, достаточно крупные (например, икринки, пыльцевые трубки).

3. Биобаллистика (биолистика). Векторы «вбивают» в клетки с помощью специальных «пушек».

После внедрения векторов получают трансгенные клетки. В ходе размножения трансгенных клеток происходит клонирование требуемых фрагментов ДНК.

Возможности генной инженерии

Возможности генной инженерии год от года стремительно возрастают. Вот еще более сногсшибательный проект в с/х: вставить в геном картофеля ген хитиназы — фермента, расщепляющего хитин, слагающий оболочки насекомых. И если раньше колорадский жук переваривал съеденный им картофель, то тогда картофель, съедаемый вредителем, будет переваривать его самого!

Перспективы генной инженерии

:

Таким образом, генная инженерия в будущем, возможно, обеспечит создание организмов с новыми свойствами, например, бактерий, синтезирующих человеческие гормоны, микроорганизмов, обладающих повышенной продуктивностью для получения антибиотиков, а в гораздо более отдаленном будущем, может быть, поможет человечеству избавиться от наследственных болезней.

И создание новых методов лечения человека, и разработка новых культур растений, употребляемых в пищу, и выведение новых пород животных требует детального исследования свойств, приобретаемых модифицированным организмом. Необходимо выявить не только реальную опасность, возможно уже существующую, но и потенциальную, которая может проявиться лишь через некоторое время.

Видео удалено.
Видео (кликните для воспроизведения).

Поскольку эволюция всего живого на Земле представляет собой цепь мутаций генов в организмах, очень важно убедиться, что встроенный ген не будет мутировать в нежелательную для человека сторону, не даст развиться в организме таким свойствам, которые могут нанести вред нынешнему и последующим поколениям.

Источники


  1. Культура семейных отношений. — М.: Знание, 2017. — 176 c.

  2. Альбисетти, Валерио Нам хорошо вместе / Валерио Альбисетти. — М.: Паолине, 2019. — 160 c.

  3. Зорин, П. Г. Гипнотизм и психология общения / П.Г. Зорин, Я.П. Зорин. — М.: Адити, 2018. — 288 c.
  4. Джон, Таусенд 21 способ сделать семейную жизнь счастливой / Таусенд Джон. — М.: Триада, 2007. — 682 c.
  5. Маргарита Заворотняя Русские семьи счастливы по-своему / Маргарита Заворотняя. — М.: АСТ, 2015. — 543 c.
Экспрессия у эукариот
Оценка 5 проголосовавших: 1

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Please enter your comment!
Please enter your name here