I. Ситуационные задачи
1) Используя теорию оперона Жакоба и Моро, объясните какие механизмы регуляции экспрессии генов реализуются в бактериальных клетках.
1.Как устроен лактозный оперон?
2.Какие гены относятся к регуляторной форме части оперона?
3.Какое значение в работе оперона имеет белок-репрессор?
4.Почему в процессе транскрипции образуется и-РНК?
5.Каков механизм репрессии оперона при избыточном образовании конечного продукта?
Теория оперона Жакоба и Моро: у прокариот – гены одной цепи обмена находятся вместе- рядом и образуют комплекс оперон.
ОПЕРОН - участок генетич. материала, транскрипция которого осуществляется на одну молекулу информационной РНК (иРНК) под контролем белка-репрессора.
Каждый О. содержит регуляторные элементы: промотор (участок начала транскриппии) и оператор (с к-рым происходит связывание репрессора), расположенные в начале О., и терминатор (сигнал к прекращению транскрипции) — в конце О.
Промотор представляет собой короткую последовательность неск. десятков нуклеотидов ДНК, с к-рой специфически связывается фермент РНК-полимераза, осуществляющая транскрипцию ДНК. В случае т. н. позитивной (положительной) регуляции для эффективной инициации (начала) транскрипции необходимо присоединение к промотору белка позитивного контроля (активатора). При негативной (отрицательной) регуляции в результате связывания оператора с репрессором РНК-полимераза не может двигаться вдоль О. и транскрипция структурных генов не происходит.
Если оператор не занят репрессором, то РНК-полимераза транскрибирует все структурные гены О. Репрессор, контролирующий транскрипцию О., кодируется геном-регулятором, к-рый не обязательно сцеплен с О. (один репрессор может контролировать транскрипцию неск. О.). Кроме участка узнавания оператора молекула репрессора имеет участок узнавания эффектора, к-рый либо активирует его (в тех случаях, когда репрессор синтезируется в неактивной форме), либо инактивирует (если репрессор синтезируется в активной форме).
Состав ОПЕРОНА:
- ген-регулятор: синтез регуляторного белка;
- промотор: связь РНК-полимеразой;
- оператор: связь с регуляторным белком;
- структурные гены: информация о структуре белков;
- терминатор: окончание транскрипции.
Репрессор – подавляет активность генов. Регуляция по типу репрессии – происходит блокировка активности генов при избытки синтезированного продукта.
Индуктор – лактоза – побуждает гены к активности. Регуляция по типу индукции.
Сенсорные гены – воспринимают сигналы, но сами ничего не делают, а передают информацию гену интегратору.
Ген-интегратор – «директор» он запускает активность одного гена и выключает другой ген.
2.Лактозный оперон состоит из трех структурных генов, промотора, оператора и терминатора. Принимается, что в состав оперона входит также ген-регулятор, который кодирует белок-репрессор.
Лактозный оперон (lac оперон) — полицистронный оперон бактерий, кодирующий гены метаболизма лактозы.
Регуляция экспрессии генов метаболизма лактозы у кишечной палочки(Escherichia coli) была впервые описана в 1961 году учеными Ф. Жакобом и Ж. Моно (получившими в 1965 году Нобелевскую премию совместно с А. Львовым). Бактеральная клетка синтезирует ферменты, принимающие участие в метаболизме лактозы, лишь в том случае, когда лактоза присутствует в окружающей среде и клетка испытывает недостаток глюкозы.
При снижении концентрации лактозы новые порции белка-репрессора взаимодействуют с операторными последовательностями и препятствуют транскрипции. Данный механизм регуляции активности лактозного оперона называют позитивной индукцией. Веществом-индуктором служит лактоза; при её связывании с белком-репрессором происходит его диссоциация от операторного участка.
Если в клетке концентрация глюкозы достаточная для поддержания метаболизма, активация лактозного оперона не происходит.
Регуляторный ген lad, расположенный на некотором расстоянии от регуляторной части оперона, имеет свой промотор и терминатор. Белок, транслируемый с мРНК этого гена, называется репрессором, поскольку он, присоединяясь к оператору, преграждает путь РНК-полимеразе к структурным генам, препятствуя транскрипции.
3.Структурные гены, содержащие информацию о последовательности аминокислот в полипептидных цепях белков.
4.Белок-репрессор: регуляторный белок, связывающийся в ДНК с последовательностью оператора и блокирующий транскрипцию прилежащих генов. Репрессор подавляет активность генов.
Особенностью прокариот является транскрибирование и-РНК со всех структурных генов оперона в виде одного полицистронного транскрипта, с которого в дальнейшем синтезируются отдельные пептиды.
5.При избыточном количестве конечного продукта (коррепрессора) оперон блокирован.
2) В странах Бл.Востока, Ц.и Ю.Америки в районах где выращивается рис, у жителей встречается заболевание при котором опухают руки, симптомы воспаления мочевого пузыря, язвы и полипозные разрастания.
1.Какая инвазия?
2.К какому типу и кл. отн-ся паразит?
3.Цикл развития? Как происходит инвазия?
5.Профилактикка?
Шистосомоз (шистосоматоз, бильгарциоз) — тропическое паразитарное заболевание, вызываемое кровяными сосальщиками (трематодами) из рода Schistosoma. Характеризуется дерматитом в период внедрения паразитов в кожу с последующим развитием лихорадки,интоксикации, уртикарной сыпи, спленомегалии, эозинофилии, поражения кишечника или мочеполовых органов. Клиническая картина при шистосомозе обусловлена, главным образом, развитием иммунноаллергической реакции на яйца паразитов.
Тип плоские черви Класс Сосальщики (Трематоды) КРОВЯНЫЕ СОСАЛЬЩИКИ
Кровяные сосальщики, или шистосомы - биогельминты, возбудители шистосомозов. Распространены в ряде стран с тропическим и субтропическим климатом.
Морфологические особенности. В отличие от других видов трематод, кровяные сосальщики раздельнополы. У самца тело шире и короче (10-15 мм), чем у самки (до 20 мм). Молодые особи (до 6 месяцев) живут раздельно, а затем соединяются попарно. Для этого на брюшной стороне самца имеется желобок (гинекофорный канал), в котором помещается самка. Самцы имею развитую брюшную присоску, которая обеспечивает надежную фиксацию и к стенкам сосудов (рис.1).
Рис.1. Шистосома мочеполовая (Schistosoma haematobium).1 - самец, 2 - самка.
Цикл развития.
ОКОНЧАТЕЛЬНЫЙ ХОЗЯИН – ЧЕЛОВЕК.
Половозрелые особи локализованы в венах брюшной полости человека. После оплодотворения самки откладывают яйца обычно в просвет мелких сосудов стенок полых органов (мочевого пузыря, кишечника и др.). Яйца шистосом имеют острые шипы, а зародыш выделяет протеолитические ферменты, с помощью которых яйца продвигаются через ткани в просвет органа. Для дальнейшего развития они должны попасть в воду.
Промежуточными хозяевами являются несколько видов пресноводных моллюсков. В теле моллюсков у шистосом последовательно развиваются два поколения спороцист, а затем церкарии. Церкарии выходят из моллюсков, плавают в воде и активно внедряются в кожу или слизистые оболочки человека при купании, работе в воде (на рисовых полях и др.), питье воды из открытых водоемов. Одежда не препятствует проникновению церкариев в организм окончательного хозяина.
Проникшие в организм человека церкарии по лимфатическим и кровеносным сосудам попадают в правый желудочек сердца, затем в легкие, далее - в вены брыжейки, стенок толстого кишечника, мочеполовой системы.
Наиболее широко распространенными являются три вида шистосом, паразитирующих у человека: Schistosoma haematobium, S. mansoni и S. japonicum. Они отличаются рядом биологических особенностей, локализацией в теле основного хозяина и географическим распространением. У человека могут паразитировать и некоторые другие виды шистосом (S. intercalatum). В умеренном климате церкарии шистосом водоплавающих птиц (vtok, чаек) могут вызывать у человека шистосомозные дерматиты.
SCHISTOSOMA HAEMATOBIUM - Возбудитель. Распространена в Африке, странах Ближнего Востока, Центральной и Южной Америки.
Морфологические особенности. Длина тела самца толше и короче 10-15 мм, имеет желобок для самки, самки длиннее - до 20 мм. Тело покрыто шипами, у яиц и церкориев есть шипики.
Цикл развития.
По кровеносным сосудам и лимфатическим путям Schistosoma haematobium проникает в органы малого таза, где самка откладывает в просвет вен яйца, которые проникают через сосудистую стенку и попадают в подслизистую оболочку мочевого пузыря и половых органов. При сокращениях их мускулатуры яйца пробивают слизистую оболочку мочевого пузыря и других мочеполовых органов, откуда с мочой выводятся наружу. Половозрелые формы локализуются в мелких венах малого таза, преимущественно мочевого пузыря, матки, верхней части влагалища. Половозрелая самка продуцирует до 300 яиц в сутки, которые выделяются во внешнюю среду с мочой. Промежуточными хозяевами являются пресноводные брюхоногие моллюски родов Bullinus, Physopsis и др. Цикл развития S. haematobium соответствует описанному выше. Основными хозяевами являются человек и обезьяны. Взрослые особи живут в организме человека до 40 лет.
Патогенное действие. На ранних стадиях инвазии наблюдается преимущественно токсико-аллергическое действие личинок шистосом (воспаление и высыпания на коже, эозинофилия, лихорадка, увеличение печени и селезенки). В хронической стадии ведущая роль принадлежит механическому воздействию яиц на ткани мочеполовой системы (возможен занос их в печень) и присоединение вторичной инфекции. На слизистой оболочке мочевого пузыря часто наблюдаются воспалительные процессы, язвы и полипозные разрастания.
Клиника. Первыми признаками заражения шистосомозом является зуд и покалывание в месте внедрения церкариев в кожу, а при массивной инвазии - развитие в течение первых 15-30 мин. зудящей эритемы или уртикарной сыпи. В эпидермисе вокруг мест внедрения церкариев развиваются отеки с лизисом клеток эпидермиса. По ходу миграции личинок в коже возникают инфильтраты из лейкоцитов и лимфоцитов.
Следует отметить, что у лиц, заразившихся повторно, дерматит протекает более выраженно, чем при первичном заражении.
В дальнейшем клиническая симптоматика обусловлена локализацией гельминтов и их яиц, степенью поражения мочевыводящих путей и половых органов. Это дизурия, гематурия, болезненное мочеиспускание. Гематурия наблюдается, как правило, в конце мочеиспускания в связи с сокращением мускулатуры и прохождением яиц через воспаленную слизистую оболочку мочевого пузыря, для которой характерны гиперемия, отек, язвы, папилломатозные разрастания. Эти кровотечения не обильны, однако беспокоят больного из-за болей и тяжести в области промежности в конце мочевыделения.
Лабораторная диагностика основана на нахождении яиц при микроскопическом исследовании мочи. Яйца S. haematobium овальные (150 х 60 мкм), вытянутые, с шипом на одном из полюсов. Иногда проводят биопсию слизистой мочевого пузыря - в биоптатах обнаруживают яйца шистосом.
Профилактика. Методы личной профилактики сводятся к ограничению контактов с водой, в которой могут быть церкарии шистосом. К общественным мерам профилактики относятся выявление и лечение больных, борьба с моллюсками, охрана водоемов от загрязнений человеческой мочой, санитарно-просветительная работа среди населения.