Регуляция экспрессии генов
Регуляция экспрессии генов
Возможна на уровнях
•транскрипции
•трансляции
Зачем нужна регуляция
•Все клетки одного организма содержат
идентичный набор хромосом и ДНК –
полную наследственную информацию.
•Но клетки разные – в них синтезируются разные белки.
Вывод: не все гены читаются.
•Набор транскрибируемых генов различен
–у разных типов клеток
–в одной и той же клетке в разное время
В клетках содержатся тысячи различных белков, которые кодируются разными генами и представлены в клетках в разных количествах. Синтез этих белков сильно зависит от условий среды. Регуляция работы генов лежит в основе клеточной дифференцировки у многоклеточных эукариот.
Дифференциальная экспрессия генов определяет специализацию клеток и тканей как у растений, так и у животных.
Все недифференцированные клетки организма содержат полный набор генов, характерный для данного вида. Регуляция генов состоит не в элиминации ненужных клетке генов, но в контроле генной экспрессии.
Регуляция экспрессии генов у прокариот
Пример регуляции синтеза генных продуктов в метаболизме лактозы – дисахарида, состоящего из галактозы и глюкозы. Наличие лактозы в среде – синтез
ферментов ее метаболизма, отсутствие – отсутствует и синтез ферментов. Такие ферменты – индуцибельные.
Ферменты, синтезирующиеся в клетке постоянно, независимо от условий среды – конститутивные.
Экспрессия некоторых генов зависит от специфических ингибиторов, обычно это конечные продукты биосинтеза. Бактериальные клетки могут синтезировать аминокислоты самостоятельно, но при наличии этих аминокислот в среде они также утилизуются клетками. Поэтому синтез ферментов, участвующих в продукции аминокислот, и транскрипция
соответствующей мРНК становится неэффективным, наблюдается репрессибельная регуляция работы генов
Не зависимо от системы регуляции, возможен негативный и позитивный контроль экспрессии генов.
В первом случае экспрессия генов продолжается до тех пор, пока она не прервется регуляторными молекулами.
При позитивном контроле экспрессия генов наблюдается только в присутствии регуляторных молекул, стимулирующих транскрипцию.
Теоретически оба этих типа контроля могут быть как индуцибельными, так и репрессибельными.
Индуцибельная система метаболизма лактозы у E. coli
Модель Жакоба и Моно – lac-оперон состоит из структурных генов lacZ, lacY и lacA, а смежные с ними последовательности относятся к оператору.
Транскрипция этих структурных генов регулируется геном lacI, кодирующим аллостерический репрессор.
Молекулы этого репрессора реагируют с другими молекулами, изменяя их трехмерную структуру и химические свойства.
У E. coli lac оперон содержит 3 структурных гена: lacZ, lacY, и lacA, а также впереди регуляторную область, состоящую из оператора и промотора (участок связывания РНК-полимеразы).
Структурные гены lac оперона транскрибируются одной mRNA, которая затем транслируется в три фермента.
Ген lacZ кодирует β- galactosidase,
фермент,
расщепляющий дисахарид lactose на glucose и galactose.
Ген lacY кодирует фермент permease,
транспортный белок, обеспечивающий диффузию лактозы в клетку.
Ген lacA кодирует
фермент transacetylase.