9. Особенности организации генома эукариот. Регуляция экспрессии эукариотических генов.

Особенности организации генома эукариот:

У эукариот объем наследственного материала значительно больше, чем у прокариот. Состав транскрибируемых последовательностей и их количество зависят от типа клетки и стадии онтогенеза. Значительная часть нуклеотидных последовательностей у эукариот не транскрибируется вообще — молчащая ДНК.

Большой объем наследственного материала эукариот объясняется существованием в нем помимо уникальных также умеренно и высоко повторяющихся последовательностей.

Так, около 10% генома мыши составляют друг за другом расположенные короткие нуклеотидные последовательности, повторенные до 10⁶ раз. Эти высоко повторяющиеся последовательности ДНК располагаются в основном в гетерохроматине, окружающем центромерные участки. Они не транскрибируются.

Около 20% генома мыши образовано умеренными повторами, встречающимися с частотой 10³—10⁵ раз. Такие повторы распределены по всему геному и транскрибируются в РНК. К ним относятся гены, контролирующие синтез гистонов, тРНК, рРНК и некоторые другие.

Остальные 70% генома мыши представлены уникальными нуклеотидными последовательностями.

Избыточность генома эукариот объясняется также экзон(кодирующие участки)-интронной(не кодирующие участки) организацией большинства эукариотических генов, при которой значительная часть транскрибированной РНК удаляется в ходе процессинга и не используется для кодирования аминокислотных последовательностей белков.

Функция молчащей ДНК не изучена до конца, однако высказываются положения о ее роли в структурной организации хроматина и регуляции экспрессии некоторых генов. В эукариотических клетках внехромосомная ДНК представлена генетическим аппаратом органелл — митохондрий и пластид, а также ДНК и РНК вирусоподобных частиц. Наследственный материал органелл представлен несколькими копиями кольцевых молекул ДНК, не связанных с гистонами. В отличие от хромосомной ДНК, мтДНК характеризуется высокой «плотностью генов». В них нет интронов, а межгенные промежутки невелики.

Совокупность генов, расположенных в цитоплазматических молекулах ДНК, называют плазмоном. Он определяет особый тип наследования признаков — цитоплазматическое наследование.

Регуляция экспрессии эукариотических генов:

Гены для синтеза ферментов к одной цепи биохимический реакций могут располагаться в геноме рассеянно(в отличие прокариотического оперона) и не иметь единой системы регуляции. Поэтому отдельно синтезированные мРНК являются матрицами для отдельных пептидных цепей.

Комбинационная регуляция - активность каждого гена регулируется большим спектром генов-регуляторов.

У многих эукариотических генов, кодирующих белки и транскрибируемых РНК-полимеразой II, в ДНК имеется несколько областей, которые узнаются разными белками-регуляторами:

-область вблизи промотора(100 пар нуклеотидов): ТАТА-блок(25 пар нуклеотидов от точки начала транскрипции) - к нему присоединяется фактор транскрипции, этот комплекс затем узнается РНК-полимеразой II

-другая область располагается на большом расстоянии(несколько тысяч пар нуклеотидов) от промотора - энхансер, к которому присоединяется свой регуляторный белок

-в результате взаимодействия этих центров с белками происходит включение или выключение генов

У эукариот существуют такие белки-регуляторы, которые могут контролировать транскрипцию многих генов(которые сами могут кодировать другие белки-регуляторы) - плейотропный эффект действия.

Регуляция транскрипции подчинена влиянию гормонов организма, которые могут являться, в том числе, индукторами транскрипции.

Как особенность регуляции можно выделить существование хроматина - комплекса ДНК с белками.

Возможность осуществления регуляции экспрессии генов у эукариот продолжается на протяжении не только транскрипции, но на всех этапах реализации наследственной информации.