Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Регуляция транскрипции и трансляции в клетке и организме





Активность генов. Известно, что набор хромосом, т. е. набор мо­лекул ДНК[BЭ120] , одинаков во всех клетках одного организма. Это значит, что каждая клетка содержит весь набор генов (геном), характерных для организмов данного вида. Следователь­но, каждая клетка тела способна синтезировать любое количество каждого белка, свойственного данному организму. На самом деле, этого никогда не происходит, так как клетки той или иной ткани должны иметь определенный необходимый набор белков, и ни в коем случае не синтези­ровать «посторонних» белков, которые свойственны клеткам других тканей.

Так, например, в клетках корня необходимо синтезировать растительные гормоны, а в клетках листа — ферменты для обеспече­ния фотосинтеза. Почему же в одной клетке не синтезируются сразу все белки, информация о которых имеется в ее хромосомах? Это происходит потому, что на разных этапах развития многоклеточного организма и в клетках разных тканей ак­тивируются различные для каждого случая гены или группы ге­нов, а все остальные остаются неактивными. Такие механизмы лучше изучены в клетках прокариот.

Организация генома и регуляция генной активности у прокариот. Организация генома и структура бактериальных ге­нов была установлена французскими учеными Ф. Жакобом и Ж. Моно [BЭ121] в 1961 году. Гены, несущие информацию о структуре белков, не­обходимых для выполнения одной функции, в геноме бактерий расположены рядом и составляют так называемый оперон. В ге­номе имеются также гены-регуляторы, кодирующие белки-репрессоры для каждого оперона. Они в состав оперона не входят, но могут располагаться рядом с ним.

Оперон начинается спромотора — посадочной пло­щадки для фермента РНК-полимеразы. За промотором идет участок, называемый операто­ром,— с него [VV122] начинается синтез и-РНК.

С оператором взаимодействует регуляторный белок-репрессор. Пока он связан с оператором, РНК-полимераза не может начать считывание. При появлении в питатель­ной среде субстрата (это вещество называется индуктором), соответствующего данному оперону, белок-репрессор связывается с этим веществом и освобождает оператор. РНК-полимераза начинает пе­ремещаться по ДНК. Идет транскрипция группы струк­турных генов, следующих в опероне сразу за операто­ром. Завершается считывание на участке, называемом терминатором. Когда субстрат из среды исчезает, бе­лок-репрессор вновь связывается с оператором и транс­крипция структурных генов прекращается. Число струк­турных генов в опероне зависит от сложности биохими­ческих превращений субстрата. Может быть и один структурный ген.

Таким образом, у бактерий регуляция генной актив­ности достаточно проста и определяется в основном суб­стратом (рис. ).



Структура генов эукариотических организмов. У эукариот регуляции генной активности намного сложнее, а структурные гены, кодирующие белки, не­обходимые для выполнения одной функции, могут быть расположены в разных хромосомах. Структура самих генов эукариот также более сложная. Гены разделены участками «молчащей», нетранскрибируемой ДНК — спейсерами[VV123] . Они играют важную роль в регуляции транскрипции. На них, в частности, расположены последовательности нуклеотидов, усиливающие[VV124] или угнетающие ее (напри­мер, при связывании гормонов).

Функции промотора выполняет так называемый блок ТАТА[VV125] , обогащенный последовательностями аденина и тимина (иногда встречаются и другие после­довательности). Затем идет собственно ген, а затем участок-терминатор. После чего вновь идет спейсерный участок.

Внутри самого структурного гена также имеются различные участки: смысловые (экзоны) и несмысловые, «молча­щие» (интроны),

т. е. ген имеет прерывистую, мозаич­ную структуру. На матрице структурного гена синтези­руется так называемая про-иРНК — копия всего гена. Там же, в ядре все несмысловые участки вырезают­ся, а концы кодирующих последовательностей соединя­ются. Этот процесс называется сплайсингом (рис. ).

[VV126] Механизм регуляции синтеза белка у эукариот. Регуляция работы генов у эукариот, особенно если речь идет о многоклеточном организ­ме, гораздо сложнее, чем у прокариот. В многоклеточном организме необходимо точно регулировать и координировать работу генов в клетках разных тканей. Эта координация осуществляется на уровне целого организма и главным образом при помощи гормонов. Они вырабатываются как в клетках желез внутренней секреции, так и в клетках многих других тканей, например нервной. Эти гормоны связываются с особыми рецепторами, расположенными или на клеточ­ной мембране, или внутри клетки. В результате взаимодействия ре­цептора с гормоном в клетке активируются или, наоборот, репрессиру­ются те или иные гены, и синтез белков в данной клетке меняет свой характер.

Конечно, полностью понять механизмы регуляции генов даже в от­носительно просто организованных живых существах мы пока не в силах. А если учесть, что организм человека состоит из более чем 200 млрд клеток[VV127] и в каждой из них, по последним подсчетам иссле­дователей, содержится до 30 тыс. генов, то становятся очевидными трудности, возникающие при изучении координации работы генов ор­ганизма человека. Следует также учесть, что 99,9% ДНК у всех лю­дей одинаковы и только оставшиеся 0,1% определяют неповторимую индивидуальность каждого человека: внешний вид, особенности ха­рактера, обмена веществ, склонность к тем или иным заболеваниям, индивидуальная реакция на лекарства и многое другое.

s1. Что такое оперон? 2. Какова структура гена эукариот? 3. Какие вещества в многоклеточном организме играют важней­шую роль в координации работы тысяч генов? 4.Какую роль играют рецепторы в регуляторных механизме клет­ки? 5. Сколько генов приблизительно содержится в каждой клетке человека?

 

Глава 5. Структурная организация и регуляция функций живых организмов

 





Дата добавления: 2014-01-04; Просмотров: 2847; Нарушение авторских прав?


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Рекомендуемые страницы:

Читайте также:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2020) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление
Генерация страницы за: 0.002 сек.