Особенности регуляции генов прокариот и эукариот.

Впервые термин "оперон" был применен для объяснения схемы модели биосинтеза белков у бактерий. Была предложена учеными Ф.Жакобом и Ж.Мано в 1861г. Предложили теорию индукции и репрессии белкового синтеза у бактерий и ввели понятие "оперон", как единицу координированной экспрессии генов у прокариот.

Концепция оперона была разработана на примере регуляции синтеза ферментов, необходимых для использования лактозы кишечной палочкой. В рамках этой концепции происходит регуляция активности структурных генов на этапе транскрипции. По модели оперона транскрипция группы структурных генов, кодирующих полипептиды, связанные между собой функционально, регулируется двумя контролирующими элемеентами:

1. ген-регулятор

2. ген-оператор

Это два главных элемента оперона, кроме этого, имеются доп нуклеотидные последовательности. Такая функциональная группа и была названа опероном.

Ген-регулятор - фрагмент молекулы ДНК, контролирующий выработку регуляторных белков.

Ген-оператор - фрагмент молекулы ДНК, осуществляющий запуск/блокаду структурных генов (транскрипции). Ему предшествует особая нуклеотидная последовательность, которая носит название инициатор и промотор.

Инициатор - место первичного прикрепления РНК-полимеразы

Промотор - участок, в рез-те взаимодействия которого с РНК-полимеразой начинается транскрипция.

В зависимости от того, какие белки будет вырабатывать ген-регулятор, оперон будет включаться в работу или выключаться. Работу оперона обеспечивает особый белок - катаболит-активирующий белок, необходимый для эффективного связыания РНК с промотором.

Заканчивается оперон особой нуклеотидной последовательностью, представляющей собой ген терминатор.

Особенностью работы генов у прокариот является то, что в структуре гена имеется 1 ген-оператор и несколько структурных генов. Эти гены обеспечивают синтез сходных ферментов. В результате работы оперона образуется полицистронный транскрипт, т.е синтезируется иРНК с нескольких структурных генов.

Второй особенностью является то, что в каждый момент времени экспрессируется большая часть генома (в среднем 95%).

Эукариоты.

Схема регуляции разработана Георгиевым в 1972г. Единица считывания информации - транскриптон. Это связано с тем, что у эукариот гены, кодирующие ферменты определенного метаболита могут находиться в разных участках хромосомы или в разных хромосомах.

Особенность связана и с мозаичной организацией структурных генов. Образование моноцистронного первичного транскрипта, содержащего кодирующие и некодирующие последовательности.

На транскрипцию большинства генов эукариот оказывают влияние дополнительные генетические элементы - энхансеры. Они представлены серией коротких нуклеотидных последовательностей, которые нефиксированы и могут быть локализованы как в 3", так и в 5" положении. Оги могут находиться на значительном расстоянии от промотора и инициатора, и это расстояние может определяться несколькими тысячами пар нуклеотидов. Энхансеры значительно повышают эффективность транскрипции. Это происходит за счет того, что они связываются с факторами транскрипции (белки). Они способны изменять конформацию хроматина и формировать активированные транскрипционные комплексы.

Транскриптон состоит из акцепторной зоны (неинформативной) и структурной.

(1) инициатор, промотор, оператор

(2) структутрный ген.

Особенностью регуляции генов у эукариот является то, что экспрессия одного структурного гена осуществляется несколькими генами-регуляторами, которым отвечают гены-операторы, т.е. осуществляется комбинационная регуляция.

У эукариот существуют белки-регуляторы, обладающие плейотропным эффектом. В качестве эффекторов у эукариот могут выступать сложные молекулы (гормоны), для расщепления которых требуется несколько ферментов --- многоступенчатые реакции. Для образования окончательного транскрипта необходим процессинг и сплайсинг.

В работе оперона и транскриптона большое значение имеют обратные связи. Т.к в геноме эукариот имеется большое количество повторов и уникальные последовательности, то механизм регуляции работы генов носит многоуровненый характер и, к.пр., не ограничивается рамками одной клетки. Следовательно, у эукариот имеются надклеточные уровни регуляции:

- органоспецифические белки-активаторы

- факторы НС

- факторы эндокринной системы и др БАВ

Передача наследственной информации в процессе деления клетки.

1. Генетические аспекты митоза, мейоза

2. Запрограмированная гибель клеток - апоптоз

3. Нарушения митоза и мейоза

4. Генетические аспекты оплодотворения

5. Партеногенез

Генетические аспекты митоза и мейоза.

Все живые организмы обладают способностью к репродукции.

процесс репродукции обепечивает генетическую непрерывность жизни и осуществляется различными способома, среди которых 2 основных: бесполое и половое.

1. Прямое деление - амитоз

2. Непрямое деление: митоз, мейоз

Амитоз - прямое деление ядер, находящихся в интерфазном состоянии в условиях физиологической и репаративной регенерации. Наблюдается при опухолевом росте (аномалия)

При амитозе не наблюдается образование видимых хромосом и веретена деления. Начинается с изменения формы и числа ядрышек. Крупные ядрышки делятся перетяжкой, затем начинается образование перетяжки ядра, потом цитоплазмы и разделение их на две части. В результате такого деления может образоваться 2 ядра или множество. При этом ядра могут быть неравной величины. В связи с этим вначале считали, что не происходит равномерного распределения генетического материала. Сейчас установлено, что при амитозе происходит РАВНОМЕРНОЕ распределение ГМ, но механизм остается невыясненным.

Сохраняется интрефазное состояние ядра. К.пр, амитоз наблюдается:

- в случае быстрого накопления массы клеток

- в зародышевых оболочках

- в фолликулярных клетках яичников

- в полиплоидных клетках

- иногда в кл скелетной мускулатуры

- кожного эпителия

- соединит ткани

- в отживающих, дегенерирующих клетках, которые уже не способны дать новые полноценные клетки.

Наиболее распространенный и универсальный способ - митоз (греч митос - нить). Это уравнительное деление, обеспечивающее формирование генетически равноценных клеток при сохранении преемственности хромосом в ряду поколений. Биологическое значение митоза определяется за счет сочетания 2 основных процессов:

- репродукция ГМ (репликация ДНК)

- равномерное распределение ГМ между двумя дочерними клетками

2 основных процесса:

1) размножение и деление ядер - кариогенез

2) деление цитоплазмы - цитогенез

В опред условиях может не наступить цитогенез, тогда возникают сначала 2ядерные, а затем многоядерные структуры - синцитий. МБ вариант, при котором после репликации ДНК не происходит деление ядра, тогда формируется полиплоидная клетка.

При нормальном делении ядра и цитоплазмы в исходной и дочрней клетках оказывается равное количество хромосом, которое соответствует хромосомному набору данного вида.

Митоз обеспечивает точное распределение ГМ для 2 дочерних клеток. Причем, во время митоза количество ГМ в клетках не изменяется.