Практические занятия / Дополнительные материалы / Биология и генетика / Лекции / Genetica 6

3

Genetica 6

В лекции рассматриваются следующие вопросы:

1. Генетический код и его свойства

2. Трансляция

3. Регуляция активности у прокариот

4. Регуляция активности генов у эукариот

Генетический код-принцип записи информации о последовательности аминокислот в полипептиде в виде последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК. Генетический код триплетен. Триплет включает три рядом расположенных нуклеотида, кодирующих те или иные аминокислоты и знаки пунктуации в процесса белкового синтеза. Триплеты в молекуле иРНК называют кодонами, а коплементарные им триплеты в молекуле тРНК, антикодонами.

Свойства генетического кода:

-триплетность- одну аминокислоту кодируют три рядом расположенных нуклеотида

-неперекрываемость – каждый нуклеотид входит в состав только одного кодона;

- вырожденность- один смысловой элемент (аминокислота) шифруется несколькими кодонами

-специфичность – каждый отдельный кодон кодирует только один аминокислотный остаток в молекуле полипептида;

-непрерывность – каждый нуклеотид принадлежит какому либо триплету, т.е. между кодонами в иРНК нет нуклеотидов, не входящих в последовательность кодонов данного гена;

-коллинеарность – кодоны нуклеиновых кислот и соответствующие им аминокислоты полипептидов расположены в одинаковом линейном порядке;

-однонаправленность- считывание кода начинается с определяемой кодоном – инициатором точки и идет в одном направлении в пределах данного гена - от 5`- к 3` -концу.

-универсальность – генетический код одинаков для всех организмов.

Процесс трансляции состоит из четырех стадий:

• активации;

• инициации;

• элонгации;

• терминации

На стадии элонгация происходит удлинение полипептидной цепочки путем последовательного присоединения к ней новых аминокислотных остатков в соответствии с комплементарностью кодонов иРНК и антикодонов соответствующих аминоацил–тРНК

Терминация – конечная стадия трансляции. Ее начало совпадает с поступлением в А-участок рибосомы одного из трех стоп кодонов ( УАА,УАГ,УГА каждый из которых не имеет комплементарных ему антикодонов т-РНК а служит лишь сигналом для прекращения трансляции, связывая особый белковый фактор освобождения. В результате синтезированная полипептидная цепь отделяется от тРНК, а сама рибосома распадается. Образующиеся при этом продукты: иРНК, тРНК, малая и большая субъединицы рибосомы, а также белковый фактор освобождения могут повторно включаться в новые циклы биосинтеза белков

Все соматические клетки тела многоклеточного организма несут один и тот же набор генетической информации. Несмотря на это, они значительно отличаются по форме и выполняемым функциям. Указанные различия обусловливаются избирательной активностью разных групп генов в разных клетках. При этом набор активно функционирующих генов зависит от тканевой принадлежности клетки, периода ее жизненного цикла и других факторов. Благодаря регуляции активности генов, обеспечивается также координация сложных биохимических реакций, протекающих в клетке, с постоянно изменяющимися условиями окружающей среды.

Основным механизмом регуляции активности генов у про- и эукариот служит запрещение или наоборот стимуляция соединения РНК-полимеразы с промоторной областью гена.

В механизме регуляции активности генов большую роль играют особые гены-регуляторы, контролирующие синтез регуляторных белков.

Регуляторные белки, соединяясь с определенными последовательностями ДНК-операторами, способны «включать» или «выключать» транскрипцию регулируемых структурных генов.

Белки-репрессоры, присоединяясь к оператору, занимающему либо часть промотора, либо расположенному между ним и структурной частью гена, препятствуют соединению РНК-полимеразы с промотором и снижают уровень транскрипции. В этом случае осуществляется негативный контроль экспрессии гена со стороны гена-регулятора.

Белки-активаторы, или апоиндукторы облегчают связывание РНК-полимеразы с промотором и стимулируют транскрипцию. Регуляция действия генов с помощью белков-активаторов называется позитивной регуляцией

К негенетическим факторам регуляции экспрессии генов, или эффекторам относятся вещества небелковой природы, которые, взаимодействуя с регуляторными белками, изменяют их биологическую активность. Различают два вида эффекторов: индукторы, «включающие» транскрипцию, и корепрессоры, «выключающие » ее.

У кишечной палочки имеется регуляторный механизм, подавляющий активность генов, если их продукты становятся ненужными клетке.

• Отличительная особенность регуляции экспрессии генов у экариот связана с образованием стойкого комплекса ДНК с белками –хроматина. В связи с этим для осуществления транскрипции эукариотических генов необходима предварительная декомпактизация хроматина, в реализации которой большую роль играют гистоны.

• Принципиально новые возможности регуляции активности генов у эукариот связаны также с наличием у них ядра, обеспечивающего разделение во времени и пространстве процессов транскрипции и трансляции. Поэтому регуляция активности генов у эукариот, в отличие от прокариот, осуществляется не только на стадии транскрипции , но и на других этапах реализации наследственной информации: транскрипции, трансляции и посттрансляционных преобразований белков.

• У эукариот активность каждого структурного гена контролируется многими генами-регуляторами, а эффекторами часто служат гормоны.

Регуляция активности генов эукариот осуществляется на всех этапах реализации генетической информации:

• Декомпактизации ДНК ( ацетилирование гистоновых белков, метилирование )

• Транскрипции

• РНК –процессинга ( альтернативный сплайсинг)

• Транспорта зрелой РНК из ядра в цитоплазму

• Разрушения мРНК в цитоплазме

• Трансляции

• Пострансляционных изменений белков ( химическая модификация и разрушение функционально активного полипептида)