Основные положения теории гена

Схема генетической регуляции биосинтеза белка у прокариот и у эукариот.

Гены. Классификация гена. Свойства гена.

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ГЕНЕТИКА. ГЕНЫ. ТЕОРИЯ ГЕНА. ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ГЕНОВ В ПРОЦЕССА БИОСИНТЕЗА БЕЛКА У ПРОКАРИОР И ЭУКАРИОТ. ГЕННАЯ ИНЖЕНЕРИЯ.

Литература.

1. История педагогики и образования. От зарождения воспитания в первобытном обществе до конца XX в.: Учебное пособие для педагогических учебных заведений / Под ред. академика РАО А.И. Пискунова. — 2-е изд., испр. и дополн. — М.: ТЦ «Сфера», 2001. — 512 с.

2. Никандров Н.Д. История педагогики. Интернет-ресурс: http://nashaucheba.ru/v49639/%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%B2_%D0%BD.%D0%B4._%D0%B8%D1%81%D1%82%D0%BE%D1%80%D0%B8%D1%8F_%D0%BF%D0%B5%D0%B4%D0%B0%D0%B3%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D0%BA%D0%B8?page=6

План лекции:

1. Гены. Классификация генов. Свойства гена.

2. Схема генетической регуляции белка у про- и эукариот.

3. Основные положения теории гена.

4. Генная инженерия.

Ген – функциональная единица генетического аппарата организма. Представлена ДНК или, реже, РНК; информационная структура кодирующая: а) полипептид, б) РНК, в)т-РНК. Ген в этом понятии часто называют цистрон. Действие генов проявляется (реализуется) в фенотипе.

Химическое строение гена.

Ген – участок молекулы ДНК, состоящий из последовательности нуклеотидов, являющихся мономером ДНК, либо РНК. Нуклеотид – сложное органическое соединение, состоящее из: а) азотистых оснований пуринового (аденин, гуанин), б) пиримидинового (тимин, урацил, цитозин) ряда, б) остатков фосфорной кислоты. ОТКРЫТЬ УЧЕБНИК ШУМНОГО ЛИБО РУВИНСКОГО И ПОВТОРИТЬ СТРУКТУРУ ДНК И НУКЛЕОТИДОВ.

Структура гена.

Гены включают в себя такие единицы:

1. Мутоны – минимально одна пара нуклеотидов, способных мутировать.

2. Реконы – минимально две пары нуклеотидов, способных рекомбинировать (меняются местами между собой).

3. Цистрон (ген) – функциональное название гена. Содержат десятки сотен пар нуклеотидов, контролирующих синтез полипептидов.

Классификация генов по функциям:

I. Структурные. Они транскрибируются и определяют структуру:

1. и-РНК и следовательно структурных белков

2. и-РНК и следовательно белков-ферментов

3. р-РНК

4. т-РНК.

II. Функциональные. Выполняют регуляторные функции.

1. Влияют на активность структурных генов.

2. Подают сигнал начала и конца синтеза структурных генов.

3. Обозначают запуск или окончание процесса транскрипции.

К этим группам генов относятся промоторы, терминаторы, регуляторы и попираторы.

III. Гены, выполняющие функции модуляторов (они изменяют действие других генов, осуществляя тонкую регуляцию их активности):

1. Ингибиторы или супрессоры – гены подавители, подавляют активность других генов.

2. Интенсификаторы или усилители действия других генов.

3. Модификаторы, меняющие действие. Изменяют активность других генов в небольших пределах.

Свойства генов:

1. Способность контролировать определенные ферментативные реакции.

2. Свойство к мутированию.

3. Способность рекомбинировать.

4. Дискретность гена – наличие внутри гена более мелких дифференцированных структур.

5. Плейотропность – множественное действие гена, когда один ген отвечает за несколько признаков.

6. Дозированность гена – зависимость результата (количество белка, РНК, активность фермента) от дозы гена.

7. Пенетрантность – количественный показатель действия генов: частота фенотипического проявления гена в популяции (в процентах!).

8. Экспрессивность гена – свойство характеризует степень выраженности признака.

9. Проявление действия гена зависит от факторов внешней среды.

Предложили ее в 1961 году два французских автора Роберт Жакоб и Джордж Моно, за что в этом же году и получили Нобелевскую премию. И съема получила название «гипотеза оперона».

Структура оперона прокариот

1. Ген-промотор или промоторный участок – место первичного прикрепления фермента РНК-полимеразы.

2. Ген-оператор включает и выключает работу структурных генов. К нему присоединяются белки-эффекторы, которые называются репрессоры.

3. Структурные гены, располагающиеся единым блоком у прокариот они образуют центральное звено оперона.

4. Ген-регулятор находится изолированно на расстоянии от основной части оперона (но в одной хромосоме). Он кодирует синтез белка-репрессора, способного присоединяться к гену-оператору. Это присоединение определяет возможность или отсутствие процесса транскрипции. Когда ген-оператор связан с белком-репрессором, транскрипция не идет. Когда же он свободен от белка-репрессора, транскрипция идет. Т.е. РНК-полимераза может свободно двигаться вдоль оперона и осуществлять транскрипцию на структурных генах.

5. Белок-репрессор – активная молекула, способная связываться, либо с субстратами ферментативных реакций (эта форма белка-репрессора не позволяет ему связываться с опероном), либо с продуктами ферментативных реакций (эта форма, наоборот, позволяет ему связываться с опероном). Благодаря свойствам белка-репрессора происходит регуляция процесса транскрипции по механизму:

а) прямой активации (с субстратом) – индукция.

Б) с продуктом реакции – репрессинг, либо ингибирование.

В 1971-72 году Георгиев предложил схему функционирования оперона у эукариот.

Оперон эукариот состоит из двух зон:

I. Информативная. Образована структурными генами. Особенность этой зоны у эукариот:

1. Один структурный ген может повторяться в опероне многократно.

2. Структурные гены, ответственные за разные звенья одной цепи биохимической реакции могут находиться не в одной, а в разных частях генома. Т.е. быть рассеянными по всему геному. (хромосом много, части оперона могут быть в разных парах хромосом).

II. Неинформативная. Имеет две части:

1. Проксимальная или акцепторная. Представлена несколькими последовательно расположенными генами-промоторам, генами-операторами (NB: у эукариот каждому структурному гену соответствует свой собственный ген-промотор и ген-оператор).

2. Дистальная или регуляторная. Представлена генами-регуляторами, рассеянными в различных местах генома.

Особенности регуляции активности структурных генов у эукариот.

1. Подавление геном-регулятором активности структурных генов через белки-репрессоры.

2. Механизм группового подавления активности структурных генов в целой хромосоме или на большом ее протяжении белками-гистонами хромосом. НО взаимодействие генов в опероне эукариот изучены не полностью, т.к:

А) есть обособленное ядерной оболочкой ядро, в котором обособлен и ядерный аппарат клетки.

Б) сложное строение хромосом у эукариот.

В) высокая дифференцировка многих клеток и, следовательно, не весь геном в клетках реализуется в процессе их жизнедеятельности полностью.

Г) огромное влияние на регуляцию биосинтеза белка оказывают гормоны.

1. Ген занимает в хромосоме определенное место или локус.

2. Ген – он же цистрон – часть молекулы ДНК, имеющая определенную последовательность нуклеотидов, представляющую собой функциональную единицу наследственной информации. Число нуклеотидов, входящих в состав различных генов, неодинаково.

3. Внутри гена могут происходить мутации и к ним способны участки гена, которые называются мутоны. И рекомбинации, к которым способны части гена – реконы.

4. Существуют структурные и функциональные гены.

5. Структурные гены кодируют синтез белка, но не посредственного участия в сборке белковой цепи не принимают. ДНК служит только матрицей для молекулы иРНК.

6. Функциональные гены контролируют и направляют деятельность структурных генов.

7. Расположение триплетов нуклеотидов в структурных генах коллинеарно последовательности аминокислот в полипептидной цепи, кодируемой данным геном.

8. Молекулы ДНК, водящие в состав гена, способны к репарации (восстановлению) и поэтому не всякое повреждение гена (не все ошибки транскрипции) приводят к мутациям.

9. Генотип дискретен, т.е. состоит из отдельных генов, но функционирует как единое целое. На функционирование генов оказывают влияние факторы внутренней и внешней среды.

Генная инженерия -область молекулярной генетики, перед которой поставлена задача конструирования новых генетических структур по заранее намеченному плану. Методы генной инженерии начали разрабатываться в 60-70гг 20 века и включают три этапа:

1. Получение генетического материала.

2. Создание рекомбинантных фрагментов ДНК и включение полученных генов ДНК.

3. Введение рекомбинантной ДНК в генотип клетки-реципиента с помощью фагов и плазмид.

Разработаны:

1. Принципы экспериментального переноса генов из одного генома в другой – трансгенез.

2. Способы получения генов: химический в 1970индийским генетиком Кораной, когда он впервые получил структурный ген химсинтезом; ферментативный – на основе принципов обратной транскрипции (иРНК => ДНК => иРНК=>белок). Так впервые были синтезированы белки глобинов и белки митохондрий.

В настоящее время достижения используются в реконструировании микроорганизмов для получения антибиотиков, витаминов, антител, иммуномодуляторов, гормонов пептидной природы, кормовых продуктов, пищевых продуктов (ГМО).

ОПЕРОН – единица считывания генетической информации, представляющая собой совокупность расположенных в линейной последовательности структурных генов и гена или генов-операторов. (прокариоты\эукариоты) Оперон содержит:

1. Промотор (прокариоты – участок, эукариоты – нет) определяет начало транскрипции.

2. Оператор - регуляторный ген, предназначенный для связывания белка-репрессора.

3. Терминатор – (прокариоты – участок, ген у эукариот) в конце оперона сигнал прекращения транскрипции. Это все регуляторные элементы проксимальной зоны.

4. Гены-регуляторы – определяющие синтез белков-репрессоров (конфигурация которых зависит от субстратов и продуктов реакции), способных связываться с оперонов. Дистальный участок неинформативной зоны.

Структурные гены – информативный участок.

Дата добавления: 2013-12-13