6. Регуляция биосинтеза белка.

По выполняемым функциям различают гены:

• структурные – они кодируют последовательность аминокислот в белках и нуклеотидов в РНК;

• функциональные – регулируют работу структурных генов; это гены-операторы - они включают и выключают гены для считывания информации и гены-регуляторы – на основе их информации синтезируется белок-репрессор, который способен блокировать ген-оператор.

Регуляция биосинтеза белка у прокариот (на примере лактозного оперона). Схема регуляции биосинтеза белка у прокариот была разработана французскими учеными Ф. Жакобом и Ж. Моно в 1961 г. на примере фермента β-галактозидазы E. coli.

В зависимости от условий окружающей среды количество данного фермента в клетке может резко изменяться. В каждой нормальной клетке E. coli при условии роста в присутствии лактозы насчитывается около 3 000 молекул β - галактозидазы; однако, если среда содержит другой источник углерода, то это число может уменьшаться в 1 000 раз. Лактоза, внесенная в питательную среду может усиливать синтез β - галактозидазы, и поэтому её называют индуктором, а фермент - индуцированным ферментом.

Синтезированный в клетке белок может сохраняться очень долго. Поэтому его содержание определяется, как правило, скоростью его синтеза. С другой стороны, скорость синтеза белка зависит от наличия в клетке необходимого количества соответствующей и-РНК: чем активнее клетка использует фермент, тем большее количество и-РНК необходимо. Так, при синтезе β-галактозидазы клетка имеет 30-50 молекул соответствующей и-РНК, в то время как не во всех клетках, которые синтезируют этот фермент, имеется хотя бы одна и-РНК.

Таким образом, можно сделать вывод, что синтез того, или иного фермента регулируется на уровне транскрипции – синтеза соответствующих и-РНК.

Функциональная единица хромосомы, на которой синтезируется и-РНК и которая контролируется одним репрессором и управляется одним оператором, называется опероном. В состав оперона входят:

- ДНК-промотор;

- инициатор – определенная последовательность, с которой начинается транскрипция;

- ген-оператор;

- один, или несколько структурных генов;

- терминатор транскрипции – определенная последовательность нуклеотидов, отсоединяющая РНК-полимеразу от ДНК;

- ген-регулятор, который находится на расстоянии от оперона, постоянно активен и с него синтезируется белок-репрессор.

Белок репрессор способен блокировать ген оператор, вступая с ним в химическое взаимодействие, в результате чего транскрипция не происходит, т. е. оперон «не работает».

При поступлении в клетку индуктора (лактозы) он связывает белок репрессор, освобождая ген-оператор – начинается транскрипция и синтезируются ферменты, разрушающие индуктор (лактозу). Когда последние молекулы индуктора расщеплены, белок-репрессор высвобождается и снова блокирует ген-оператор, в результате чего работа оперона прекращается – «оперон не работает».

Для лактозного оперона индуктором является лактоза, для фруктозного – фруктоза.

Регуляция биосинтеза белка у эукариот. Схема регуляции транскрипции у эукариот была предложена в 1972 г. Г. П. Георгиевым.

Единицей транскрипции у эукариот является транскриптон. Транскриптон включает в себя несколько оперонов и состоит из неинформативной и информативной зон. Неинформативная (акцепторная) зона: промотор, инициатор, несколько генов-операторов. Информативная (структурная) зона: образована структурными генами, разделенными вставками – спейсерами.

Работу транскриптона регулируют несколько генов-регуляторов. Индукторами являются сложные молекулы, например, гормоны. Когда индукторы освобождают гены-операторы от белков-репрессоров, РНК-полимераза начинает транскрипцию, в результате чего синтезируется гя (про)-и-РНК. Затем она проходит посттранскрипционный сплайсинг и далее выходит из ядра и поступает на рибосомы, где и происходит синтез соответствующих белков-ферментов, расщепляющих индуктор.

Если у прокариот процессы транскрипции и трансляции протекают одновременно, то у эукариот синтез и-РНК и её транскрипция происходят независимо друг от друга в разных частях клетки и в разное время.

Термины и понятия:

Автотрофы

Анаболизм

Анаэробы

Аэробы

Ассимиляция

Брожение

Гетеротрофы

Гликолиз

Диссимиляция

Дыхание

Катаболизм

Макроэргические связи

Метаболизм

Пластический обмен

Фосфорилирование

Фотосинтез

Фотосинтезирующий пигмент

Хемосинтез

Энергетический обмен

Вопросы для проверки самоподготовки:

1. Дать определение понятия «обмен веществ».

2. Опишите строение АТФ.

3. Что такое энергетический обмен? Каковы его этапы и в чем их сущность?

4. Что такое пластический обмен? Какие процессы к нему относятся?

5. Опишите этапы биосинтеза белка.

6. Что такое генетический код, кодон?

7. Назовите и объясните свойства генетического кода.

8. Что такое фотосинтез? В чем его значение?

9. Напишите суммарную реакцию фотосинтеза и охарактеризуйте его световую и темновую фазы.

10. Почему в результате фотосинтеза выделяется свободный кислород?

11. Что такое хемосинтез? Приведите примеры.

12. Охарактеризуйте автотрофный и гетеротрофный тип питания.