8. Особенности молекулярного строения генов и потока информации у про- и эукариотических организмов. Процессинг, его этапы и значение.

Строение генов прокариот:

- цистронное. Цистрон – участок ДНК, кодирующий одну полипептидную цепь.

- наследственный материал содержится в единственной кольцевой молекуле ДНК, который располагается в цитоплазме клеток.

Экспрессия генов:

ДНК  иРНК  Белок

Транскрипция Трансляция

Строение генов эукариот:

- наследственный материл больше по объему, чем у прокариот, он расположен в хромосомах.

- мозаичное строение: кодирующие участки – экзоны, некодирующие – интроны.

Экспрессия генов:

ДНК про-иРНК  зрелая иРНК Белок

Транскрипция Процессинг Трансляция

Транскрипция:

- матрицей служит одна из цепочек ДНК (3’…5’)

- копируется небольшой участок матрицы – оперон, ограниченный промотором и терминатором.

- синтез ведет РНК – полимераза.

Этапы:

1. Инициация

2. Элонгация (синтез РНК)

3. Терминация (окончание)

Процессинг:

- проходит в ядре клеток.

- пре-иРНК содержит участки, комплементарные экзонам и интронам.

- зрелая иРНК содержит участки, комплементарные только экзонам.

Этапы:

1. Фермент рестриктаза дробит пре-иРНК на интроны и экзоны.

2. Сплайсинг – соед-ние экзонов (лигазы)

3. Присоединение фермент-но-активнх групп:

   1. Шапочка – нужна для связывания с рибосомой

   2. Хвост –состоит из адениновых нуклеотидов (защищает молекулу от разрушения, кол-во нуклеотидов хвоста определяет кол-во работающих рибосом)

4. Образованные информасомы (комплекс с белковым переносчиком для того, чтобы покинуть ядро) и выход зрелой иРНК из ядра.

Трансляция:

1. Активация аминокислот =>образований аминоацил-тРНК

2. Инициация

Сборка активной рибосомы малой и большой субъединицами. Имеют два активных центра – пептидный и аминоацильный.

Считывание начинается с АУГ, к которой (5’ стартовый конец) присоединяется малая субъединица рибосомы, после чего ее положение на матрице уточняется. Далее - поступает в пептидильный центр, устанавливается рамка считывания. Присоединяется большая субъединица, при этом в рибосоме пептидильный центр занят метианином, а аминоацильный центр пустой.

3. Элонгация – удлинение пептидной цепи.

В свободный аминоацильный центр поступает новая аминокислота, комплементарная кодону матрицы. Фермент пептидилтрансфераза переносит аминокислоту метионин из пептидного центра в в аминоацильной образуется дипептил тРНК, рибосома сдвигается вдоль матрицы ровно на один триплет пептидильный центр занят тРНК, а аминоацильный центр снова пустой.

4. Терминация – окончание синтеза прекращается, когда в аминоацильном центре встречаются стоп-кодоны (УАГ, УАА, УГА).

9. Геном, особенности его молекулярной организации у про- и эукариот. Понятие о нестабильности генома (мобильные генетические элементы).

Геном – генетический материал ядра в гаплоидном наборе хромосом; с точки зрения молекулярной генетики – суммарная длина молекулы ДНК в гаплоидном наборе хромосом, функциональная единица – ген.

Основная функция – обеспечить жизнедеятельность клеток, тканей и органов и передать информацию о наследственных свойствах организма следующему поколению. Геномы прокариот и эукариот имеют некоторое сходство, но есть между ними и принципиальные различия.

1. Геном прокариота.

- объем генома = 1 мм (у кишечной палочки)

- классы генов:

А) структурные

Б) регуляторные

В) гены тРНК

Г) гены рРНК

- кольцевая молекула в цитоплазме – нуклеоид

- информативная емкость генома = 2000 – 4000 генов

- нет избыточности ДНК.

2) Геном эукариота

- объем генома = 187 см. (у человека)

- классы генов:

А) структурные

Б) регуляторные

В) гены тРНК

Г) гены рРНК

Д) гистоновые

- линейная молекула в ядре

- информативная емкость генома = 4000 – 30000 генов (≈2% от всей ДНК)

- избыточность ДНК наличие повторяющихся генов.

Различия в молекулярном строении гена. У прокариот ген на всем протяжении является функциональным, т.е. имеет цистронную структуру, а у эукариот гены имеют мозаичное или прерывистое строение, т.е. состоит из кодирующих участков – экзонов и некодирующих – интронов.

Дуплицирующиеся (повторяющиеся) гены эукариот.

1. Уникальные – до 10 повторов на геном. (S)

2. Умеренно – повторяющиеся 10²-10⁵ на геном (R, H, тРНК, рРНК)

3. Многократно-повторяющиеся гены (от 10х5 до 10х6)

4. Нетранскрибируемые гены (сателлитная ДНК) с высоким повтором относительно коротких нуклеотидных последовательностей, функции до конца не выяснены, занимают определенные приконцевые и прицентромерные участки хромосом.

Гены:

1. Транскрибируемые (гены тРНК, гены рРНК).

2. Транслируемые (S, R, H).

По генному составу:

У эукариот - 5, а у прокариот – 4 класса генов.

У эукариот присутствуют:

псевдогены (гены – испорченные копии нормально функционирующих генов),

мобильные генетические элементы (транспозоны, прыгающие гены- 3 % в человеке) – могут встраиваться в структурные гены и оказывать воздействие на их структуру. (5% генома и произошло от транспозиции.)

Нестабильность генома – постоянное изменение стр-ры хромосомы, ееотдельного локуса или группы локусов, возникающие по действием некоторых мутагенов: признаком нестабильности является сохранение потенциальной возможности изменений в ояду клеточных поколений. Феномен НГ развивается при различных состояниях организма, например при облучении радиацией, при различных клеточных событиях – перемещении транспозонов, некоторых модификациях ДНК, теломер, в клетках злокачественных опухолей и др.