10.Регуляция экспрессии генов в процессе биосинтеза белка у прокариот (cхема Жакоба - Моно).

Регуляция экспрессии генов у прокариот:

Гены контролирующие синтез белков, ферментов катализирующих ход последовательных биохимических реакций первой метаболической цепи объединяются в структурно-функциональную единицу транскрипции – оперон. В состав оперона входят: промотер(участок ДНК, к которому присоединяется фермент РНК-полимераза, осуществляющий транскрипцию), оператор(участок ДНК, к которому присоединяется белок-репрессор) и структурные гены.

Индуцибельные опероны – регуляция происходит по типу индукции посредством прямой положительной связи; регулируют процессы распада(катаболизма); регулятором выступает исходный продукт – субстрат.

Например: лактозный оперон кишечной палочки – при отсутствии в клетке лактозы, белок репрессор связывается с оператором, блокируя работу структурных генов; при поступлении в клетку лактозы, белок репрессор связывается с ней и уже не может блокировать оператор, РНК-полимераза свободно проходит по матрице и считывает информацию со структурных генов

Репрессибельные опероны – регуляция по типу репрессии посредством отрицательной обратной связи и метаболит тормозит реакции ведущие к его образованию; регулируют процессы синтеза(анаболизма).

Например: триптофановый оперон – при отсутствии конечного продукта реакции определенного метаболита происходит блокирование работы оперона, структурные гены которого отвечают за синтез белков-ферментов, катализирующих реакции синтеза данного метаболита. Прекращение работы оперона происходит за счет образования связи между ко-репрессором и белком-репрессором.

СХЕМА ЖАКОБА-МАНО

11. Генетический аппарат эукариотической клетки. Роль ядра и цитоплазмы в наследственности. Характеристика генома и плазмона человека. Особенности наследования признаков через цитоплазму.

Генетический аппарат клеток эукариот:

Геном – генетический материал ядра в гаплоидном наборе хромосом. Функциональная единица – ген(структурные, регуляторные, гены тРНК, гены рРНК, гистоновые гены).

Геном человека — совокупность наследственного материала, заключенного в клетке человека. Человеческий геном состоит из 23 пар хромосом, находящихся в ядре, а также митохондриальной ДНК. Двадцать две аутосомные хромосомы, две половые хромосомы Х и Y, а также митохондриальная ДНК человека содержат вместе примерно 3,1 млрд пар оснований^.

В ходе выполнения проекта «Геном человека» была определена последовательность ДНК всех хромосом и митохондриальной ДНК. В настоящее время эти данные активно используется по всему миру в биомедицинских исследованиях. Полное секвенирование выявило, что человеческий геном содержит 20—25 тыс. активных генов, что значительно меньше, чем ожидалось в начале проекта (порядка 100 тыс.) — т.е. только 1,5 % всего генетического материала кодирует белки или функциональные РНК. Остальная часть является некодирующей ДНК, которую часто называют мусорной ДНК.

Особенности:

-Большой объем наследственного материала(у человека 187 см – длина молекулы ДНК). -Одновременно может идти транскрипция от 1 до 10% генов.

-Значительная часть нуклеотидных последовательностей не транскрибируется вообще – молчащая ДНК.

-Экзонно-интронная организация генов.

-Генные повторы.

Характеризуя генетический материал клетки в целом, необходимо отметить, что ядерный геном не охватывает всего его объема, так как часть ДНК расположена в цитоплазме, в виде кольцевых фрагментов – плазмид.

Плазмиды – широко распространенные в генетических клетках внеклеточные генетические элементы, способные существовать и размножаться автономно от ядерных ДНК. Внеклеточная ДНК представлена генетическим материалом органелл – митохондрий и пластид. Наследственный материал органелл находится в их матриксе в виде нескольких копий кольцевых молекул ДНК, не связанных с гистонами.=>

Плазмон – генетический материал цитоплазмы, определяет цитоплазматическую наследственность. Функциональная единица – плазмоген. Был введен Корренсом 1908.

 Б.Л.Астауров, основываясь на резко различной чувстви­тельности ядра и цитоплазмы к ионизирующим излучениям, по­казал решающую роль ядра в определении признаков много­клеточных организмов. Он об­лучал яйцеклетки бабочек шел­копряда рентгеновскими луча­ми так, чтобы инактивировать их ядра, в то время как цитоплазма при данных дозах облучения полностью сохра­няла способность обеспечивать дальнейшее развитие организ­ма. Затем эти яйцеклетки осеменяли, и ядра зиготы образовывались путем слияния ядер двух спермиев. В результате из таких яиц развива­лись только самцы (андрогенез), имевшие в случае меж­видовых гибридов признаки исключительно отцовского вида.

         Таким образом, можно заключить, что по крайней мере у ядерных организмов факторы наследственности распре­делены в клетке не случайно: они сосредоточены в ядре. Хотя позже и было установлено, что небольшая часть на­следственного материала содержится и в цитоплазме, это не поколебало вывод о том, что ядро — основной храни­тель наследственной информации.  

Цитоплазматические гены не подчиняются менделевским закономерностям наследования. Цитоплазматическое наследование признаков осуществляется по материнской линии(т.к. митохондрии сперматозоида теряются после оплодотворения). Мутации в ДНК митохондрий могут вызвать наследственные заболевания, а также являются одной из основных причин старения и болезней, связанных со старостью.