10. Регуляция экспрессии генов в процессе биосинтеза белка у прокариот. Строение оперона, схема Жакоба и Моно.

Экспрессия генов — это процесс, в котором наследственная информация от гена преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок. Экспрессия генов может регулироваться на всех стадиях процесса: и во время транскрипции, и во время трансляции, и на стадии пост-трансляционных модификаций белков.

Регуляция генов дает клеткам контроль над структурой и функцией и является основой дифференцировки клеток, морфогенеза и адаптации. Регуляция генов также является субстратом для эволюционных изменений, так как контроль за временем, местом и количественным фактором экспрессии гена может иметь эффект на функции генов в целом организме.

Механизм регуляции экспрессии генов у прокариот рассматривается на уровне оперона, а у эукариот – транскриптона.

Оперон включает в себя следующие гены:

• структурные. Они кодируют необходимые для клетки белки с ферментативными или структурными функциями, а также кодирующие рРНК и тРНК.

• ген-регулятор. Он может находиться на некотором расстоянии от структурных генов и непосредственно не входит в состав оперона. Этот ген обеспечивает синтез особого белка репрессора, функция которого – контроль за состоянием структурных генов. Регуляторные белки обладают очень сильным сродством к гену-оператору и легко связываются с ним.

Ген-оператор. Он управляет функционированием структурных генов оперона, т.е. включает или выключает их. Если этот ген свободен, то транскрипция структурных генов разрешена, если он связывается с регуляторным белком, то работа этих генов прекращается. К оператору непосредственно примыкает промотор.

Теория генетической регуляции белкового синтеза была разработана французскими генетиками Жакобо и Моно в 1961 году.

Объектом изучения служил лактозный оперон кишечной палочки. Лактозный оперон состоит из промотора, оператора и 3 структурных генов, располагающихся друг за другом.

Структурные гены детерминируют (кодируют, контролируют) синтез ферментов, которые необходимы для одного метаболического цикла расщепления лактозы до глюкозы. При этом каждый ген определяет синтез одного белка фермента.

Все гены оперона функционируют совместно, поэтому одновременно синтезируются все 3 фермента, или не синтезируется ни одного.

Может быть 2 состояния оперона:

А) оперон включен.

• Лактоза поступает в клетку и соединяется с белком-репрессором, отсоединяя его от оператора.

• Операторный участок разблокирован, поэтому РНК-полимераза через него проходит и осуществляет транскрипцию с этих структурных генов.

• Образуется иРНК, а затем белки ферменты, расщепляющие лактозу.

Б) оперон выключен.

• При отсутствии метаболита белок репрессор соединяется с оператором, блокируя транскрипцию.

• Промотор регулирует РНК-полимеразу.

• РНК-полимераза не может двигаться и не идет транскрипция.

Схема в тетради