28.Експресія генів прокаріотів.

Процес регуляції експресії генів у прокаріотів поля-

гає у специфічній взаємодії певних білкових регуляторів з різними ділянками ДНК, що розміщені поряд із сайтами ініціації транскрипції. Такі взаємодії супроводжуються позитивним (індукуючим, активуючим) або негативним (гальмуючим, репресивним) впливом на рівень транскрип- ції, що, зрештою, впливає на швидкість синтезу відповідних ферментних та структурних білків.

Оперон — комплекс генетичних елементів, що відповідає за координований синтез групи функціонально зв’язаних ферментних білків. Так, зокрема, у разі Lac-оперона E.Coli це — ферменти метаболізму лактози: -галактозидаза, -галактозидпермеаза та -галактозидтрансацетилаза; His-оперон містить гени, що контролюють експресію дев’яти ферментів, які каталізують синтез необхідної для бактеріальної клітини амінокислоти гістидину тощо.

До складу оперона входять (рис. 22.4):

(1) структурні гени(Z,Y,A), що містять інформацію відносно первинної структури поліпептидів,які транскрибуються з даного оперона; в Lac-опероні E.Coli — це гени зазначених вище трьох ферментів метаболізму лактози;

(2) контрольні сайти,до яких належать:

а) промотор (p) — ділянка ДНК, що первинно взаємодіє з РНК-полімеразою; в промоторах E.Coli міститься також особлива ділянка, з якою взаємодіє білок-активатор катаболітних генів (САР-білок — catabolite gene activator protein, англ.), що контролює зв’язування РНК-полімерази з промотором;

б) оператор (o) — ділянка ДНК, з якою може специфічно зв’язуватися білок-репресор. Оператор безпосередньо прилягає до структурних генів, і його зв’язування з репресором протидіє зчитуванню РНК-полімеразою інформації із структурних генів. Регуляторний ген (I), експресія якого призводить до продукування білкових регуляторів (репресорів), що блокують зчитування інформації із структурних генів оперону, не розглядається як інтегральна складова останнього, оскільки він може бути локалізований на певній відстані від оперону, функцію якого він контролює.

29.Мутації

Мутації — зміни спадкових властивостей внаслідок

кількісних та якісних змін у

генотипі організму. В процесі реплікації ДНК мутації

передаються від клітини до

клітини і від покоління до покоління.

Разом з генетичними рекомбінаціями (див. вище), мутації складають основу спадкової мінливості живих організмів. Мутації можуть бути спричиненими певними природними — спонтанні мутації або штучними факторами — індуковані мутації. За характером змін у структурі генетичного апарату організму мутації поділяють на: (1) геномні мутації — такі, що полягають у змінах кількості повного набору хромосом або окремих хромосом у диплоїдному наборі; такі мутації спричиняють найбільш поширені та важкі форми хромосомних хвороб людини; (2) хромосомні мутації — мутації, що пов’язані із структурними змінами певних хромосом (хромосомні аберації) внаслідок переміщення, втрати або дуплікації окремих фрагментів хромосомної ДНК. Розрізняють такі типии хромосомних мутацій: транспозиції — перенесення фрагмента ДНК в іншу ділянку тієї ж хромосоми; транслокації — перенесення ділянки однієї хромосоми на іншу, негомологічну їй, хромосому; інверсії — зміна в певній ділянці\ хромосоми послідовності генів (азотистих основ) на іншу, зворотну послідовність; делеції — випадіння певних ділянок хромосоми (фрагментів ДНК); дуплікації — подвоєння певних ділянок хромосом. (3) генні (точкові) мутації — зміни в структурі геному, що полягають в порушеннях послідовності азотистих основ (нуклеотидів), які складають первинну структуру ДНК. Генні мутації поділяють на такі типи: а) заміни нуклеотидів — найбільш поширені генні мутації, до яких належать такі субтипи, як: транзиції — заміна однієї пуринової основи на пуринову або піримідинової на піримідинову; трансверзії — заміна одного типу азотистих основ на інший, тобто пурину на піримідин або навпаки; б) випадіння (делеції) в ланцюгу ДНК однієї або декількох азотистих основ (і відповідних нуклеотидів); в) вставки (вбудовування) в ланцюг ДНК додаткових азотистих основ (однієї або більшої кількості). Генні мутації, якщо вони не репаровані спеціальними ферментними системами клітини, призводять до припинення синтезу білка, що кодується відповідним геном,табо до утворення білка із зміненою, “неправильною” первинною структурою. Агенти, що спричиняють мутації (мутагени) Мутації (найчастіше генні мутації) виникають внаслідок пошкоджень, спри- чинених несприятливою дією на геном хімічних, фізичних та біологічних факторів навколишнього середовища, або похибок у функціонуванні ДНК-полімераз на етапі реплікації ДНК. Найбільш поширеними мутагенами є: (1) аналоги азотистих основ — сполуки, що заміщують нормальні азотисті основи в полідезоксирибонуклеотидному ланцюгу. Найбільш поширеними речовинами цього класу є 5-бромурацил та 2-амінопурин; (2) хімічні мутагени — сполуки, що призводять до змін ковалентної структури нормальних азотистих основ; до найпоширеніших хімічних мутагенів належать: а) дезамінуючі агенти — азотиста кислота (HNO2) таречовини, що в процесі метаболізму можуть перетворюватися на нітрити, зокрема органічні сполуки —нітрозаміни. Під дією азотистої кислоти відбувається дезамінування цитозину (з утворенням урацилу), аденіну і гуаніну (з утворенням гіпоксантину та ксантину,відповідно). Заміна одного нуклеотиду в ланцюгу ДНК супроводжується зміною змісту певного кодону (місенс-мутація) та синтезу білка із зміненою амінокислотною послідовністю. Вважають, що за рахунок мутації такого типу виникли аномальні форми гемоглобінів із зміненою первинною структурою в -ланцюгах; б) алкілюючі агенти — сполуки, що призводять до метилування (в загальному випадку — алкілювання) звичайних азотистих основ. До алкілюючих агентів належать: алкілсульфонати (диметилсульфонат, етилметансульфонат тощо), азотисті та сірчанисті біс-(-хлоретил)аміни (іприти), алкілнітрозаміни тощо; багато з цих сполук мають протипухлинну (антибластомну) активність і застосовуються в клінічній та експериментальній онкології; (3) ультрафіолетове (УФ-) та іонізуюче опромінення — фізичні фактори, висока мутагенна активність яких пояснюється вільно-радикальною деструкцією азотистих основ ДНК з утворенням їх аналогів із зміненою хімічною будовою.Поширеною мутацією, що спостерігається при дії УФ-випромінення є утворення ковалентних зв’язків між сусідніми (розташованими в одному ланцюгу) залишками тиміну. Такі тимінові димери протидіють нормальному просуванню ДНК-полімераз в ході реплікації і синтез ДНК припиняється.