19

Условные обозначения: Р – промотор, О – оператор, 1,2,3 - структурные гены, Т – терминатор.

РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА ФЕРМЕНТОВ В БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКЕ

Регулирующая деятельность оператора заключается в том, что он, в зависимости от условий существования клетки, то"открывает" то "закрывает" доступ ферменту РНК-полимеразе к структурным генам оперона ("открыт"-"закрыт"), и сам контролируется специальными белками-репрессорами. Эти белки проявляют строгую специфичность, взаимодействуя только с определёнными операторами, а их структура закодирована в специальных генах – р е г у л я т о р а х (в состав оперона эти гены не входят). Очевидно, что генов-регуляторов столько, сколько адаптивных оперонов (генов) присутствует в конкретном геноме.

Белки-репрессоры являются а л л о с т е р и ч е с к и м и белками, т.е имеют два центра, способных менять свою активность в зависимости от условий существования клетки. Один из них, будучи в в активном состоянии, способен соединяться с зоной оператора, блокируя весь оперон и закрывая доступ РНК-полимеразе к структурным генам. Второй центр – центр узнавания с у б с т р а т а реакции или конечного продукта ее. Активация (индукция) репрессоров осуществляется двояким образом - различным в биохимических реакциях синтеза и расщепления. Соответственно, различно контролируется и деятельность оперонов по синтезу ферментов в этих реакциях.

РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА ФЕРМЕНТОВ В БИОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ РАСЩЕПЛЕНИЯ

В биохимических реакциях расщепления индуктором (побудителем деятельности оперона является само расщепляемое вещество (субстрат реакции). В отсутствии субстрата реакции белки-репрессоры активны относительно оператора, соединяются с ним, и информация со структурных генов на синтез ферментов для расщепления субстрата не снимается. И, наоборот, если к питательной среде, на которой растет клетка, добавляется субстрат, то последний вступает во взаимодействие с репрессорами, делая их неактивными относительно оператора. При этом открывается доступ к структурным генам оперона, и снимается информация на синтез ферментов.

Примерно так происходит регуляция деятельности оперона кишечной палочки, содержащего информацию на синтез ферментов, расщепляющих молочный сахар лактозу. Лактоза - сложный сахар, состоящий из молекул галактозы и глюкозы. Клетке требуется отщепить от

20

молекулы лактозы глюкозу, транспортировать ее в клетку и подготовить ее к усвоению (на расщепление глюкозы ферменты в клетке присутствуют всегда, так как их синтез контролируется конститутивными генами). Для этой реакции требуется три фермента. И, таким образом, лактозный оперон кишечной палочки состоит из трёх структурных генов. При отсутствии в питательной среде лактозы оператор лактозного оперона блокируется активным белком-репрессором - синтез ферментов отсутствует. При добавлении в питательную среду лактозы её молекулы соединяются с белками-репрессорами, делая их неактивными относительно оператора. При этом открывается доступ к структурным генам на синтез ферментов расщепления.

РЕГУЛЯЦИЯ СИНТЕЗА ФЕРМЕНТОВ В БИОХИМИЧЕСКИХ РЕАКЦИЯХ СИНТЕЗА В биохимических реакциях синтеза роль регуляторов активности

репрессоров выполняют конечные продукты синтеза. Если клетка полностью использует образующийся при синтезе продукт, то в отсутствии лишних молекул этого продукта белки-репрессоры неактивны в отношении оператора. Структурные гены доступны для РНКполимеразы, осуществляющей синтез и-РНК для синтеза ферментов.

Как только потребности клетки в синтезируемом продукте будут удовлетворены полностью и в цитоплазме появятся неиспользованные молекулы, они соединяются с белками-репрессорами. Такой комплекс проявляет повышенную активность относительно операторов, блокируя их. Синтез ферментов прекращается.

5. Вопросы для определения исходного уровня знаний

1.Как называется триплет Т-РНК, комплементарный кодону И-РНК? – а)

2.Перечислите основные этапы синтеза белка в эукариотической клетке: а), б), в), г)

3.Сколько кодирующих триплетов в генетическом коде? – а)

4.Перечислите основные компоненты оперона прокариот: – а), б), в)

5.В каких периодах жизненного цикла клетки осуществляется транскрипция? – а), б)

6.Зная кодон РНК аминокислоты фенилаланина (УУА), напишите антикодон т-РНК: а)

7.Перечислите основные свойства генетического кода: а), б), в), г), д)

8.Как называется участок оперона, взаимодействующий с РНКполимеразой?– а)

9.Сущность процессинга проматричной и-РНК у эукариот: а), б), в), г)

10.Какие условия необходимы для транскрипции? – а), б), в), г)

21

11.Классификация генов в зависимости от их активности в онтогенезе: а),

б)

12.Структурная классификация генов: а), б), в), г), д)….

13.Функциональная классификация генов: а), б), в), г), д)…

14.В каких ДНК нарушается свойство универсальности генетического кода? – а)

15.Чем отличается первичный транскрипт от зрелой и-РНК? – а), б), в)…

16.Основные направления потока наследственной информации: а), б), в), г), д), е)

17.. Какую роль выполняет фермент эндонуклеаза ("выгрызаза") в ходе редупликации ДНК? – а)

18.Как называются смысловые (а) и "бессмысленные" (б) участки сложного эукариотического гена? – а), б)

19.Какую роль выполняет участок РНК "cap" при синтезе белка? а)

20.Этапы процессинга первичного транскрипта: а), б), в), г)

21.В каком направлении считывается информация с м-РНК? а)

6. Основа ориентировочного действия (ООД) для проведения самостоятельной работы Задание 1. Составьте поэтапную схему репликации ДНК с указанием

основных условий и ферментативного обеспечения. Репликация молекулы ДНК - это многоступенчатый,

полиферментативный процесс. Он состоит из нескольких этапов: растягивание нитей, раскручивание, синтез РНК, вырезание их, удвоение участков ДНК, их сшивание.

3 а д а ч а 1: Составить схему репликации участка молекулы ДНК, имеющего следующий нуклеотидный состав:

3'ГЦЦАГТТЦТЦГАТТЦЦАТГГЦЦТГ5 ' 5ЦГГТЦААГАГЦТААГГТАЦЦГГАЦ3

(условно считать, что один репликон равен 8 нуклеотидам).

За д а ч а 2: Изобразить двунитчатую ДНК, состоящую из 30 мономеров и провести её редупликацию, при условии, что точка инициации находится между 15 и 16 нуклеотидами, а фрагмент Оказаки равен пяти нуклеотидам.

Задание 2. Охарактеризуйте следующие свойства генетического кода: триплетность. неперекрываемость, вырожденность,

универсальность, колинеарность. однонаправленность.

3 а д а ч а 3: Начало а-цепи гемоглобина быка соответствует следующему чередованию аминокислот: гли-иле-вал-глу-гли-цис-ала--сер- вал. Восстановите участок ДНК, кодирующий данную последовательность (для решения данной задачи используйте таблицу ключевых кодонов).

22

Задание 3. Разобрать теоретический материал по транскрипции ДНК в эукариотической клетке. Изобразить в тетради схему этапов процессинга РНК.

3 а д а ч а 4: Начало гена триптофансинтетазы мухи дрозофилы соответствует следующему составу нуклеотидов: 5'ТАЦГТТАЦТАТАЦТТТТАГААГГГ3' Последние три триплета входят с состав интрона. Каков по составу аминокислот фрагмент полипептида кодируется данным участком гена?

Задание 4. Изобразить в тетрадях поэтапную схему процесса трансляции и схему строения т-РНК.

3 а д а ч а 5: Отрезок ДНК имеет следующий состав эксонов: 3' Т А Ц Г Т Т А Ц Т А Т А Ц Т Т5'

Какие типы т-РНК будут принимать участие в трансляции? В каком направлении будет считываться информация с м-РНК?

Задание 5. Решить задачу на обратную транскрипцию.

3адача 6: Один из участков гена арбовируса клещевого энцефалита имеет следующий состав нуклеотидов: 5'УЦЦУУУЦАУУАГЦАААААГГА3'. Изобразите поэтапную схему реализации данной информации. Каков аминокислотный состав кодируемого данным фрагментом гена полипептида?

Задание 6. Изобразить в тетради схему оперона а) в реакции расщепления лактозы (3 фермента)

б) в реакции синтеза аргинина из триптофана (4 фермента).

7. Контроль результатов усвоения.

1.Тестовый контроль. (Раздаётся на листах по вариантам).

2.Обсуждение докладов УИРС. Темы:

1.Обратная транскрипция.

2.Генная инженерия – проблемы и перспективы.

ЛИТЕРАТУРА:

1.Лекционные записи.

2.Биология, под ред. В.Н.Ярыгина. – М., Медицина, 1985. 3.Богоявленский Ю.К. с соавт. Руководство к лабораторным занятиям по биологии. – М.,Медицина, 1988.

4.Хелевин Н.В., Лобанов А.М., Колесова О.Ф. Задачник по общей биологии и медицинской генетике.– М., 1984.

23

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ЛИТЕРАТУРА

1.Дж. Уотсон. Молекулярная биология. – М., 1978.

2.П. Зенгбуш. Молекулярная и клеточная биология.– М., 1982.

3.Рис Э., Стернберг М. От клеток к атомам.– М.:Мир, 1988.

4.Айала Ф., Кайгер Д. Современная генетика. В 3-х томах.– М.: Мир, 1988.

5.Фогель Ф., Мотульски А. Генетика человека. В 3-х томах.– М.: Мир, 1989-1990.

МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА к практическому занятию № 6

1.Тема: Принципы временной организации клеток. Клеточный цикл, его периодизация. Проблемы клеточной пролиферации в медицине.

2.Мотивационная характеристика: Изучение биологических основ репродукции клеток позволит врачу более глубоко осмыслить функциональные возможности тканей и органов в норме и патологии на разных этапах онтогенеза, а также процессы физиологической и репаративной регенерации.

3.Цель занятия: Изучить формы деления эукариотических клеток, их значение в механизме сохранения и передачи наследственной информации. Разобрать динамику, особенности строения хромосом в различные периоды жизненного цикла клетки.

Конкретные цели:

Знать: 1.Периодизацию клеточного цикла 2.Поведение хромосом в разные фазы митотическо

го деления 3.Строение интерфазной и метафазной хромосом

4.Строение политенных хромосом Уметь: 1. Идентифицировать фазы митоза

4. Материал, изучение которого необходимо для данного занятия.

(основа ориентировочного действия при самостоятельной подготовке дома)