Строение гена прокариот.
«Ген это – совокупность сегментов ДНК, обуславливающих образование либо молекулы РНК, либо белкового продукта».
Практически любой ген несёт информацию о строении какой-либо РНК. Эта информация закодирована в определённой последовательности триплетов. Однако сам ген функционировать практически не может.
Необходим целый ряд дополнительных, «обслуживающих работу гена» структур, зон или участков, которые не только включают и выключают работу гена, но и меняют интенсивность его деятельности в зависимости от нужд организма. К таким структурам относятся регуляторные зоны и регуляторные гены. Регуляторные зоны это участки ДНК на которых не происходит синтез РНК, но которые служат местом связывания различных белков (или РНК). На регуляторных генах транскрибируется какая-либо РНК. Эта РНК может не кодировать белок, а осаждаться на регуляторной зоне гена. Но может и нести информацию о каком-либо белке, тогда с регуляторной зоной связывается кодируемый РНК белок.
Наименьшей функциональной областью в ДНК является совокупность состоящая из структурного гена, регуляторных зон и регуляторных генов.
Сам ген представляет в основном кодирующую часть ДНК. У разных генов регуляторные области различны не только по строению, величине и другим параметрам, но и отличаются по пространственному положению относительно гена (или генов), функцию которого они курируют.
+ см. следующий вопрос.
Строение оперона прокариот.
У прокариот регуляторные зоны «обслуживают» несколько генов. Эти гены вместе с регуляторными элементами носят название оперон. Таким образом, оперон состоит из двух функционально различных участков:
Кодирующего участка, который содержит несколько структурных генов.
Регуляторной зоны , которая включает следующие участки:
а. Стартовый кодон – сайт (место) инициации транскрипции.
б. Терминатор – сайт конца транскрипции.
в. Лидирующую область.
г. Трейлерную область.
д. Промотор.
е. Оператор.
ж. Активатор
з. Спейсеры. Оперон
Регуляторная зона Кодирующая область (Гены)
А 5’
3’
Регуляторная зона Ст. 1 Ст. 2 Ст. 3
Б
5’
3’
Сайт начала транскрипции
Терминатор
В 5’
3’
Лидерная последовательность Трейлерная последовательность.
Ак. Пр. Оп. К о д и р у
ю щ а я о б л а с т ь
Г 5’ 3’
Рис. 18. Схема регуляторных и кодирующих элементов оперона прокариот. На рисунке от А до Г повышается детализация строения оперона, его регуляторной и кодирующей области. Ст.1,2,3 – структурные гены. Ак. – активатор, Пр. – промотор, Оп. – оператор.
Кодирующая область (собственно ген) начинается с сайта инициации (стартовый кодон). С этого участка РНК-полимераза, проходя через структурный ген, начинает синтезировать РНК. Заканчивается кодирующая область участком, который называется терминатор (рис. 18, Б). Подходя к нему, РНК-полимераза заканчивает транскрипцию и сходит с нити ДНК.
Чаще всего в терминирующей области располагается один из бессмысленных кодонов (УАА, УАГ, УГА), не кодирующий ни одну аминокислоту. Обнаружив эту последовательность, РНК-полимераза прекращает синтез РНК.
Сигналом к окончанию транскрипции могут быть определённые короткие последовательности ДНК (не бессмысленные кодоны), которые располагаются в зоне окончания синтеза РНК. К этим последовательностям прикрепляется белок, который и прекращает транскрипцию.
В последнее время обнаружили, что в зоне терминатора ДНК может формировать шпильки, которые и приводят к окончанию транскрипции.
Область, располагающаяся между сайтом инициации и терминации - единица транскрипции.
Перед стартовым кодоном и терминатором располагаются лидерные и трейлерные области. Лидерная область включает или отключает транскрипцию иРНК, трейлерная принимает участие в «созревании» иРНК.
Начиная с 5’ конца, по направлению к 3’ концу располагаются – активатор, промотор и оператор (рис. 18, Г). К промотору присоединяется РНК-полимераза. Активатор и оператор регулируют активность гена. Так к активатору присоединяется белок, способный облегчить присоединение фермента к промотору или, наоборот, затормозить этот процесс. На операторе также осаждается белок, который может блокировать работу РНК-полимеразы.
Подчеркнём важную особенность функционирования оперона у прокариот:- одна регуляторная область оперона (куда входят активатор, промотор, оператор, стартовый кодон и др.), как правило, обслуживает несколько структурных гена. Причём, между последними располагаются последовательности ДНК не несущие никакой информации. Эти последовательности называют спейсерами (см. рис. 19).
РО Ст.1 Ст.2 Ст.3 Ст.4
С п е й с е р ы Терминатор
Рис. 19 Кодирующая область оперона, включает 4 структурных гена (Ст.1,Ст2, Ст3, Ст4), которые разделены спейсерами. Обслуживаются они одной регуляторной областью (на рисунке она обозначена как РО).