MOLEKULJARNO-GENETICHESKII_UROVEN

Какие консервативные блоки промотора обеспечивают точность начала транскрипции и еѐ эффективность?

К какой функциональной зоне гена присоединяется РНК-

полимераза?

Рис. 1. Структура гена эукариот

Задание 6. Этапы экпрессии гена эукариот.

Изучите (табл. 3) сущность основных этапов экспрессии генов эукариот.

Таблица 3

Этапы экспрессии гена эукариот

О т в е т ь т е н а в о п р о с ы :

Какие из этапов экспрессии генов относятся к реакциям матричного синтеза? Почему последовательность нуклеотидов ДНК гена эукариот и последовательность аминокислот белка неколлинеарны (неоднозначны)?

Задание 7. Транскрипция

Прямая транскрипция характерна для большинства генов эукариот, прокариот и ДНК-содержащих вирусов.

Дан фрагмент кодирующей зоны гена инсулина человека: 3' ...ЦЦАТААЦЦАЦТТ... 5' – цепь А

5' ...ГГТАТТГГТГАА... 3' – цепь Б Предположим, на 3'- конце цепи Б находится промотор. Какая из

цепей ДНК (А или Б) будет являться матрицей для синтеза иРНК?

Напишите нуклеотидный состав иРНК, образовавшийся в результате

41

транскрипции с данного фрагмента ДНК. Обозначьте на иРНК 5'- и

3'-концы. Укажите направление синтеза иРНК.

Встречная транскрипция описана для генов аденовируса,

митохондриальной ДНК, для МГЭ и др. – при этом транскрибируются обе цепи ДНК.

Дан фрагмент ДНК:

3' ...ГГЦАГЦААТ... 5' – цепь А

5' ...ЦЦГТЦГТТА... 3' – цепь Б На 3' или 5' концах А и Б-цепей должны находиться промоторы,

если на этом фрагменте ДНК возможна встречная транскрипция?

Напишите нуклеотидный состав иРНК, транскрибированных с

обеих цепей. Обозначьте на них 3'- и 5'-концы.

Обратная транскрипция – это процесс образования ДНК на матрице иРНК. Обратная транскрипция характерна для РНК-

содержащих вирусов (ВИЧ, полиомиелита, онкогенных РНК-вирусов и др.) и для эукариот при амплификации генов в эмбриональном периоде. Осуществляет обратную транскрипцию фермент обратная

транскрипцией? Обратной транскрипцией?

Какой фермент обеспечивает прямую транскрипцию?

Встречную транскрипцию? Обратную транскрипцию?

Для каких генов характерна прямая транскрипция? Встречная транскрипция? Обратная транскрипция?

В чем заключается биологический смысл встречной

42

транскрипции?

Задание 8. Процессинг-сплайсинг

Созревание, или процессинг про-иРНК происходит путем удаления интронов и сшивания – сплайсинга – экзонов между собой.

Процесс обеспечивают сплайсеосомы – «молекулярные машины»,

состоящие из белка и малых ядерных РНК (мяРНК). Также происходит модифицирование иРНК: на 5' - конце образуется кэп

(химически измененный гуанин), а к 3' - концу присоединяется

поли А (100-200 остатков адениловой кислоты).

О т в е т ь т е н а в о п р о с ы :

Как называется синтез про-иРНК?

Как называется процесс созревания про-иРНК? Где он происходит в клетке? Какие участки про-иРНК вырезают, а какие сшивают между собой сплайсеосомы?

Что такое кэп? Поли А?

Отметьте знаком «+» в табл. 4 наличие функциональных зон в гене, а также незрелой и зрелой иРНК.

Задание 9. Альтернативный сплайсинг Альтернативный сплайсинг – сшивание экзонов в иной

последовательности, чем в гене; описан для более чем 50 генов человека. Благодаря альтернативному сплайсингу синтезируются тканеспецифические формы белков. Например, ген α-цепи тропомиозина кодирует 7 разных продуктов, ген тропонина – 64

белковых продукта.

Р е ш и т е з а д а ч у :

Ген белка А (рис. 2) состоит из 5 экзонов (э) и 4 интронов (и).

Какие функциональные зоны и в какой последовательности сохранятся в зрелой иРНК, если процессинг-сплайсинг будет происходить:

а) по типичной схеме;

б) по одному из альтернативных вариантов – интроны вырезаются, экзоны сшиваются в последовательности 1, 3, 4?

Сколько будет содержаться нуклеотидов в проиРНК и иРНК при различных условиях сплайсинга? Сколько аминокислот будут содержать белки при различных вариантах сшивания экзонов?

Рис. 2. Фрагмент гена белка А

44

Задание 10. Трансляция

В ходе трансляции выделяют три фазы:

1. Инициация – объединение двух субъединиц рибосом с образованием пептидильного (П) и аминоацильного (А) участков,

установка рамки считывания информации с иРНК.

2.Элонгация – удлинение пептида, начиная с образования первой пептидной связи до присоединения последней аминокислоты.

3.Терминация – завершение синтеза пептида в результате узнавания рибосомным белком одного из кодонов-терминаторов иРНК.

Основными компонентами трансляции являются: зрелая иРНК,

рибосомы, набор тРНК, набор аминокислот, набор ферментов,

молекулы АТФ.

Ответьте на вопросы в табл. 5.

Задание 11. Строение и функции тРНК

Изучите схему строения тРНК (рис. 3). Основными функциональными зонами тРНК являются: акцепторный стебель

(свободный 3'-конец у всех тРНК заканчивается ЦЦА) и

антикодоновая петля с антикодоном (у всех тРНК различен,

антикодон комплементарен одному из кодонов иРНК).

Функции тРНК: «узнает» и

присоединяет предварительно активированную специфическим ферментом «свою» аминокислоту

(образуется комплекс аминоацил – тРНК), транспортирует ее к рибосомам. Антикодон тРНК

«узнает» «свой» кодон в иРНК и комплементарно связывается с ним.

Рис. 3. Схема строения тРНК О т в е т ь т е н а в о п р о с ы :

Сколько тРНК в клетке?

Какую аминокислоту транспортирует тРНК, изображенная на рис. 3?

Какие две аминокислоты имеют только по одной тРНК?

Какие кодоны иРНК не имеют тРНК?

46

Задание 12. Основные схемы этапов реализации

наследственной информации

Изучите основные схемы этапов реализации наследственной

информации:

1.ДНК (ген) иРНК полипептид белок

О т в е т ь т е н а в о п р о с ы :

Для каких организмов (про-, эукариот или вирусов) характерны приведенные схемы реализации наследственной информации?

Как называются этапы экспрессии генов, обозначенные на схемах цифрами? Напишите их названия для каждой схемы.

Учебно-исследовательская работа студентов (УИРС)

Задание 13. Ген прокариот. Регуляция транскрипции и

трансляции

Ген прокариот содержит только кодирующие участки – экзоны.

В прокариотической клетке гены ферментов, участвующих в одной цепи биохимических превращений какого-либо субстрата расположены друг за другом, имеют общий промотор и особый участок – оператор.

Если субстрата (например, глюкозы) в клетке нет, то белок-

репрессор блокирует оператор и «мешает» РНК-полимеразе осуществить транскрипцию (рис. 4).

47

Рис. 4. Строение оперона прокариот Если субстрат попадает в клетку, то его молекулы связываются с

белком-репрессором, «освобождая дорогу» РНК-полимеразе. В

результате осуществляется транскрипция генов 1, 2, 3, затем трансляция, т. е. клетке появятся ферменты, которые будут расщеплять молекулы субстрата. Субстрат исчезает, после чего белок-репрессор возвратится на оператор и вновь закроет путь РНК-

полимеразе.

Группа функционально связанных между собой генов,

отвечающих за синтез ферментов, относящихся к последовательным этапам какого-либо биохимического процесса называется оперон.

О т в е т ь т е н а в о п р о с ы :

Какие из этапов экспрессии гена отсутствуют у большинства прокариот?

Последовательность нуклеотидов ДНК гена прокариот и последовательность аминокислот белка коллинеарны (однозначны).

Объясните почему?

Что представляет собой оперон?

Сколько генов содержит данный оперон, если для биохимических превращений субстрата А требуется 8 разных ферментов?

48

Задание 14. Структурная организация генов α- и β-

полипетидных цепей гемоглобина А (Hb А)

Гемоглобин взрослого человека – Hb А – белок-тетрамер

(состоит из двух α - и двух β -полипептидных цепей).

Задача 1. В α-цепи содержится 141 аминокислота. Сколько пар нуклеотидов входит в состав кодирующей зоны гена α-цепи

гемоглобина?

Задача 2. На рис. 5 указаны основные функциональные зоны гена β-цепи гемоглобина и количество пар нуклеотидов в них.

Впишите в соответствующие графы названия функциональных зон проиРНК, иРНК, количество пар нуклеотидов (п. н.) в них,

обозначьте 3'- и 5'-концы, укажите количество аминокислот в β -цепи гемоглобина. Какая аминокислота стоит в начале цепи? Сколько всего п. н. в гене β-цепи гемоглобина?

Рис. 5 Структурная организация гена

β -глобиновой цепи гемоглобина человека

49