- •1. Генетика – наука о наследственности и изменчивости.
- •2. Генетическая информация; её свойства
- •3. Основные типы наследования признаков
- •4. Разделы генетики.
- •5. Методы генетики
- •6. Краткая история генетики. Особенности развития отечественной генетики
- •1. Деление клетки. Митоз. Кариотип
- •1. Хромосомные перестройки (аберрации)
- •2. Изменение числа хромосом
- •1. Нуклеиновые кислоты, их строение и функции
- •2. Основные этапы биосинтеза белков
- •3. Регуляция экспрессии генов
- •3.1. Общие принципы регуляции экспрессии генов
- •3.2. Регуляция экспрессии генов у прокариот
- •3.3. Регуляция экспрессии генов у высших эукариот
- •1. Регуляция на генном уровне
- •2. Регуляция на уровне транскрипции
- •3. Регуляция на посттранскрипционном уровне: модификации (сплайсинг) мРнк
- •4. Регуляция на уровне трансляции
- •1. Изменчивость, ее причины и методы изучения. Классификация форм изменчивости. Фенотипическая изменчивость и ее компоненты. Наследуемость признаков
- •2. Мутационная изменчивость. Основные положения мутационной теории. Общие свойства мутаций
- •3. Генные мутации. Последствия мутаций. Методы выявления генных мутаций
- •4. Общие закономерности мутационного процесса. Механизмы возникновения генных мутаций
- •1. Организация прокариотической клетки. Размножение прокариот
- •2. Геномика прокариот
- •3. Вирусы. Геномика вирусов. Разнообразие форм и жизненных циклов вирусов. Рекомбинация в разных группах вирусов
- •4. Рекомбинация у прокариот. Трансформация, конъюгация, трансдукция
- •1. Цитоплазматическое наследование
- •2. Особые типы наследования
- •3. Генетика соматических клеток
- •1. Общая характеристика онтогенеза
- •2. Реализация генотипа в онтогенезе
- •3. Генетические программы онтогенеза
- •I Одностадийные и многостадийные программы
- •II Неразветвленные и разветвленные программы
- •III Простые и сложные программы
- •4. Механизмы реализации программ онтогенеза
- •1. Методы изучения наследственности человека: генеалогические, близнецовые, цитогенетические, биохимические и популяционные
- •2. Генетические (наследственные) заболевания.
- •1. История понятия «популяция». Современное определение популяции. Генетическая структура популяции
- •2. Закон Харди–Вайнберга – основной закон популяционной генетики
- •3. Выполнение закона Харди–Вайнберга в природных популяциях. Практическое значение закона Харди–Вайнберга
- •4. Биологическое разнообразие. Генетический полиморфизм популяций как основа биологического разнообразия. Проблема сохранения биоразнообразия
3. Регуляция экспрессии генов
3.1. Общие принципы регуляции экспрессии генов
Активность генов определяется объемом генопродуктов (РНК и белков). Степень активности генов называется их экспрессией.
Все гены клетки (и целостного организма) можно разделить на две группы: регуляторные и структурные. Регуляторные гены не транскрибируются, т.е. в обычных условиях им не соответствует ни один из типов РНК. Структурные гены способны транскрибироваться с образованием РНК (матричной, рибосомальной, транспортной). В свою очередь, структурные гены делятся на конститутивные и индуцибельные.
Конститутивные гены постоянно включены: они функционируют на всех стадиях онтогенеза и во всех тканях. К конститутивным относятся гены, обслуживающие матричные процессы (кодирующиетРНК, рРНК, ДНК-полимеразы, РНК-полимеразы, рибосомальные белки), гены, кодирующие обязательные структурные компоненты клетки (например, белки-гистоны), гены, контролирующие постоянно протекающие обменные процессы (например, гликолиз). Иначе говоря, это «гены домашнего хозяйства», без которых клетки не могут существовать.
Индуцибельные гены функционируют в разных тканях на определенных этапах онтогенеза, они могут включаться и выключаться, их активность может регулироваться по принципу «больше или меньше». Это тканеспецифичные гены, или «гены роскоши». К индуцибельным генам относятся как гены, контролирующие ход онтогенеза (переключатели, или диспетчеры), так и гены, прямо определяющие структуру и функции компонентов клетки и целостного организма.
(Нужно отметить, что строгой разницы между перечисленными группами генов не существует, поскольку один и тот же участок ДНК может выполнять разные функции.)
Существуют индуцибельные гены, в норме включенные, и гены, в норме выключенные. Включение нормально выключенных индуцибельных генов называется индукцией, выключение нормально включенных – репрессией.
Регуляцию активности генов осуществляют молекулярно-генетические системы управления. На индукцию и репрессию могут влиять самые разнообразные факторы, которые называются эффекторами.Одни из них прямо закодированы в геноме организма (например, белки теплового шока; см. ниже), другие образуются как промежуточные продукты обмена веществ, третьи поступают в клетку извне в готовом виде из внешней среды или из других клеток (тканей) организма, четвертые образуются в клетке под влиянием физических факторов (экстремальных температур, ультрафиолета) и т.д. Особую группу эффекторов составляют белки теплового шока, которые синтезируются в клетке при различных видах стресса (при повышении температуры, при воздействии других неблагоприятных факторов). Эти белки эволюционно консервативны, они обнаружены у самых различных организмов; вероятно, они являются универсальными эффекторами.
Именно регуляцией активности генов объясняется тот факт, что, несмотря на идентичность генотипов клеток многоклеточного организма, они значительно различаются по строению и функции. Переключение синтеза с одних белков на другие лежит в основе всякого развития, будь то репродукция вирусов в зараженных клетках, рост и спорообразование у бактерий, развитие эмбрионов или дифференцировка тканей. На каждом этапе этих процессов синтезируются специфичные белки.
Известно несколько типов механизмов, с помощью которых один и тот же набор генов в неодинаковых условиях жизнедеятельности организма и на разных стадиях развития детерминирует синтез белков. Регуляция экспрессии (выражения) генов может осуществляться на нескольких уровнях: генном, транскрипционном, трансляционном и функциональном. Первый из них связан с изменением количества или локализации генов, контролирующих данный признак. Второй определяет, какие и сколько мРНК должны синтезироваться в данный момент. Третий обеспечивает отбор мРНК, транслирующихся на рибосомах.Четвертый связан с аллостерической регуляцией активности ферментов. Наконец, контроль действия генов может осуществляться путем посттрансляционной модификации полипептидов,посттранскрипционной модификации мРНК, и другими путями.
Прежде чем детально проанализировать перечисленные механизмы регуляции экспрессии генов, рассмотрим подробнее транскрипционный уровень регуляции, в отношении которого имеется большое число данных, полученных главным образом на бактериях.