5.Регуляция транскрипции

В каждой клетке реализуется не вся, а только часть генетической информации. Большая часть генов в каждый момент времени «молчит». Имеются сложные механизмы, регулирующие «включение» и «выключение» генов.

Разберем наиболее простой из них, который имеется у бактерий. Его открыли французские ученые: Франсуа Жакоб, Жак Моно и Андре Львов, которые были удостоены Нобелевской премии в 1965г. за открытие оперона – механизма генетической регуляции синтеза белка у бактерий.

Суть этого механизма: пока сахар (субстрат) не поступил в клетку, ферменты, расщепляющие его, не синтезируются.

Оперон включает: промотор, оператор, структурные гены.

Имеется также ген – регулятор (может находиться в другой области хромосомы). Он кодирует синтез белка – репрессора, который «садится» на операторный участок и мешает РНК – полимеразе осуществлять транскрипцию. Репрессор может быть активным сам по себе, а при соединении с низкомолекулярным веществом (например, субстратом) он становится неактивным. В этом случае, когда субстрат А (индуктор) попадает в клетку, он связывается с репрессором, изменяя его конформацию, и тот «сваливается» с операторного участка, «давая дорогу» РНК – полимеразе.

Перечисленный механизм относится к негативной регуляции транскрипции (негативная репрессия).

Может быть и обратная зависимость (негативная индукция): сам по себе репрессор неактивен, а при соединении с низкомолекулярным веществом, например, с конечным продуктом реакции, он активируется (триптофановый оперон).

У высших организмов регуляция транскрипции гораздо сложнее. Здесь действуют механизмы позитивной регуляции, когда транскрипция включается только при участии активатора, без него РНК – полимераза не работает. В этом процессе участвуют особые белки – специфические факторы транскрипции, а также гормоны.

Каждый гормон через систему посредников активирует группу генов в своих клетках – мишенях и может действовать как на стадии транскрипции, так и на стадии трансляции.

У высших организмов, в отличие от бактерий, и – РНК образуются в ядре, подвергаются там действию различных ферментов, соединяются с различными белками и в виде таких комплексов («информосомы») выходят в цитоплазму. Трансляция у них поэтому может произойти не сразу (как у бактерий), а через некоторое время, например, когда поступит гормональный сигнал или белки, связанные с и-РНК, будут разрезаны пептидазами.

Познание сложных механизмов регуляции транскрипции и трансляции необходимо для освоения методов управления процессами реализации генетической информации.

Лекция № 3

Тема лекции: Хромосомный уровень организации генетического материала

План лекции:

1. Морфология хромосом эукариот

2. Кариотип, идиограмма, дифференциальная окраска хромосом

3. Химический состав хромосом

4. Структурная организация хроматина

5. Особенности генетического материала в прокариотической клетке

1. Морфология хромосом эукариот

Хромосомы – нуклеопротеиновые тела, в которых хранится, передается по наследству и реализуется наследственная информация.

История вопроса: профессор Санкт-Петербургского университета

И. Д. Чистяков в 1874 г. описал ряд стадий митоза в спорах плаунов, т. е. впервые обнаружил хромосомы.

Э. Страсбургер, В. Флеминг - в 1875-1882 гг. описали митоз у растений и животных.

В. Вальдейер (W. Waldeyer) в 1888 г. предложил термин «хромосома» (окрашенное тело).

B. Py (W. Roux) в 1883 г. описал продольное расщепление хромосом, т. е. образование хроматид.

В конце XIX в. Август Вейсман предположил, что вещество наследственности («зародышевая плазма») содержится в хромосомах.

1903 г. – Теодор Бовери, немецкий эмбриолог, и У. Сэттон, студент Колумбийского университета, работавший в лаборатории американского цитолога Э. Уилсона, на основании изучения поведения хромосом в половых клетках предположили, что гены должны располагаться в хромосомах.

1910 – 1930^е гг. – хромосомная теория Т. Моргана и его учеников.

Впервые индивидуальные различия хромосом выявил в 1910 – 1914 гг. русский ученый Сергей Гаврилович Навашин (1857 – 1930) в ходе изучения митоза в клетках растений.

В соответствии с его классификацией, выделяют 4 типа хромосом в зависимости от положения центромеры и относительной длины плеч:

1) метацентрические (равноплечие), или «U– образные»;

2) субметацентрические (умеренно неравноплечие);

3) акроцентрические (сильно неравноплечие);

4) телоцентрические (с одним плечом), или «палочковидные».

Хромосомы 2 и 3 типов С.Г. Навашин называл также «крючковидными».

Выделяют ещё точковые хромосомы, форму которых трудно определить из-за малого размера.

Центромера – первичная перетяжка – участок хромосомы, к которому прикрепляются нити веретена деления. С. Г. Навашин открыл также спутники – мельчайшие придатки, прикрепленные вторичной перетяжкой (это – ядрышковый организатор) к основному телу хромосомы (такие хромосомы называются спутничными).

По современным представлениям, идеально телоцентрических хромосом не бывает, центромера не может находиться на самом конце хромосомы. Обязательно должно быть хотя бы очень короткое плечо, содержащее теломеру (особая структура).