13.03.2013 Лекция №4

Регуляция работы гена.

1. Классификация генов

2. Общие принципы регуляции работы гена

3. Особенности регуляции работы генов прокариот и эукариот.

Все клетки многоклет орг-ма имеют одинаковый набор хромосом, но они дифференцируются по-разному и отличаются друг от друга морфологическими, биохимическими и физиологическими св-ми. В организме клетки отличаются по качественному и количественному составу белков, и даже в одной и той же клетке в разное время наблюдаются различия.

При одинаковом наборе генов (тождественном генотипе) клетки имеют разный фенотип. Различия между фено- и генотипом в клетках и в организме определяются функционированием разных частей тождественного генома. В кждый данный отрезок времени в клетках транскрибируются не все гены, а только те белки и ферменты которых необходимы в данный момент для выполнения функции. Т.е на уровне транскрипции - спектр функционирующих генов. Этот спектр зависит:

- от тканевой принадлежности

- от периода жизненного цикла

- от стадии индивидуального развития

В связи с тем, что во временном пространстве в клетках работают разные блоки генов, можно говорить о поле действия гена - область, в которой проявляется данный ген. Ген функционируют определенный отрезок времени - время работы гена.

В клетках организма большая часть генов (90-93%) не функционирует, т.е находится в репрессированном состоянии, и только небольшая часть генов активно транскрибируется (депресс. состояние??).

Классификация:

1. Конститутивные (структурные) - кодируют белки, РНК и др полипептиды, кот постоянно нужны клетке (осн масса генов)

2. Функциональные - продукция не нужна постоянно. отвечают за синтез белков и полипептидов, оказывающих регуляторное действие.

1) гены-модуляторы

2) ингибиторы

3) интеграторы

4) регуляторы

5) операторы и др.

Механизмы, заставляющие один и тот же набор генов в разных условиях детерминирует синтез белков - осуществляется экспрессия генов - реализация генетической информации, закодированной в ДНК, путем ее транскрипции и трансляции.

Регуляция экспрессии может осуществляться на нескольких уровнях:

- генном

- уровне транскрипции

- уровне трансляции

- функциональном и подобных уровнях

Генный уровень связан с изменением количества или локализации генов, контролирующих данный признак.

Транскрипционный уровень определяет, какие иРНК и в каком количестве должны синтезироваться в данный момент времени.

Трансляционный уровень обеспечивает отбор иРНК, которые транслируются на рибосомах

Функциональный - связан с особой регуляцией активности ферментов - аллостерическая регуляция - контроль скорости метаболических процессов осуществляется за счет изменения активности аллостерических ферментов. А/с ферменты отличаются от обычных тем, что кроме активного центра они имеют еще и особые а/с центры, которые связываются со специфическими регуляторами.

Контроль за работой генов может осуществляться и другими путями:

1. посттрансялционная модификация полипептидов

2. посттранскрипционная модификация иРНК и др.

Наиболее изучен транскрипционный уровень.

Все системы, регулирующие работу генов (типы):

1) Обеспечивающие возможность включения/выключения экспрессии гена в ответ на изменяющиеся условия.

2) -\-- программированное каскадное включение экспрессии многих генов.

(1) осуществляется с помощью особых белков-регуляторов: репрессора и индуктора (изучен у бактерий)

(2) обеспечивает запуск цепной реакции включения многих генов, притом их работа разобщена во времени. Наиболее изучен у бактериофагов. Применяется к тем генам, продукция которых для клетки постоянно не нужна.

Важным фактором регуляции генной активности являются гены-регуляторы: элементы генома, которые отвечают за синтез регуляторных белков. Эти белки способны соединяться со специфическими последовательностями ДНК, которые предшествуют структурной части регулируемого гена.

Участок молекулы ДНК, который обеспечивает координированное функционирование и регуляцию генов, контролирующих родственные биохимические реакции - оперон - единица генетической регуляции. Ген-регулятор может располагаться непосредственно рядом с опероном или на расстоянии от него. Кроме белков-регуляторов, экспрессию генов могут изменять особые вещества, имеющиеся в цитоплазме - эффекторы, притом ими мб не только высокомолекулярные, но и относительно простые низкомолекулярные вещества. Эффекторы выступают ко-репрессорами или ко-индукторами структурных генов, входящих в оперон. В зависимости от влияния регуляторных элементов на оперон, различают:

- индуцируемые

- репрессируемые

опероны.

Регуляция может быть негативной и позитивной.

Негативная регуляция осуществляется белками-репрессорами, которые, связываясь с генами-операторами, препятствуют транскрипции структурных генов.

Позитивная регуляция связана с образованием активаторных белков, которые обеспечивают взаимодествие РНК-полимеразы с особым участком оперона и, в рез-те, осуществляется транскрипция. Белки-индукторы.