1. Понятие ген, функциональное значение

Ген – это элементарная функциональная единица генетического аппарата, определяющая возможность развития отдельного признака клетки или организма данного вида

1. Ген - это участок молекулы ДНК, имеющий линейный характер.

2. Ген дискретен, т.е. имеет начало и конец.

3. Ген способен к прямым и обратным мутациям (за исключением деле- ций, у которых невозможны обратные мутации).

4. Кроссинговер осуществляется как между генами так и внутри гена.

5. Ген контролирует последовательность аминокислот в полипептиде, или последовательность нуклеотидов в тРНК и рРНК.

2. Структурная организация оперона

Оперон — это тесно связанная последовательность структурных генов, определяющих синтез группы белков, которые участвуют в одной цепи биохимических преобразований.

Основой регуляции процессов синтеза белка является оперон – комплекс генов, включающий:

- ген-регулятор (Р), обеспечивающий синтез белка-репрессора (РЕП);

- ген-оператор (О), управляет включением и выключением считывания информации со структурных генов, способен взаимодействовать с белком-репрессором;

- ген-промотор (П) – место прикрепления РНК-полимеразы – фермента, осуществляющего процесс транскрипции;

- структурные гены (СГ, содержат информацию о последовательности аминокислот в ферментах).

Механизм функционирования системы регуляции синтеза белка был открыт в 1962 году Жакобом и Моно при исследовании культивирования кишечной палочки в лактозной среде и назван lac-

3. Транскриптон, его особенности организации

Фрагмент молекулы ДНК, включающий промотор,транскрибируемую последовательность и терминатор, образует единицу транскрипции — транскриптон. В пределах каждого транскриптона копируется только одна из двух нитей ДНК, которая называется значащей или матричной. Во всех транскриптонах, считываемых в одном направлении, значащей является одна нить ДНК; в транскриптонах, считываемых в противоположном направлении, значащей является другая нить ДНК. Соседние транскриптоны могут быть отделены друг от друга нетранскрибируемыми участками ДНК, а могут и перекрываться, в частности так, что в пределах участка перекрывания матричными оказываются обе нити. Разбиение ДНК на множество транскриптонов обеспечивает возможность независимого считывания разных генов, их индивидуального включения и выключения. У эукариот в состав транскриптона, как правило, входит только один ген.

4. Молеклярные механизмы транскрипции у прокариот. Фазы транскрипции

Прокариоты не имеют ядерной мембраны, поэтому процессы транскрипции, трансляции и мРНК деградации могут проходить одновременно. РНК-полимераза состоит из 5 полипептидов (холоэнзим), которые собираются вместе каждый раз когда необходима транскрипция гена:

• α – необходима для сборки полимераз на ДНК

• β – связывает трифосфаты

• β' – связывается с цепью ДНК

• σ – вовлечена в инициацию транскрипции

Транскрипция включает три стадии: инициацию, элонгацию и терминацию.

Инициация транскрипции. На этом этапе транскрипции необходимы холофермент, промотор и набор нуклеозидтрифосфатов. В промоторе различают две важные по составу последовательности. Одна из них состоит из шести или семи нуклеотидов (чаще ТАТААТ) и расположена на расстоянии примерно 10 нуклеотидов от первого транскрибируемого нуклеотида (+1); эту последовательность обычно обозначают как ‒10-последовательность, или Прибнов-бокс, (в честь ее первооткрывателя Прибнова). В данном сайте РНК-полимераза связывается с ДНК. Вторая последовательность расположена на расстоянии примерно 35 нуклеотидов до сайта инициации (-35) и служит участком распознавания промотора РНК-полимеразой. Когда РНК-полимераза связывается с промотором, происходит локальное расплетение двойной спирали ДНК и образование открытого промоторного комплекса, так называемого транскрипционного «глазок». Благодаря этому нуклеотиды матричной цепи ДНК в области «глазка» становятся доступными для спаривания с рибонуклеозид-трифосфатами. Происходит копирование последовательности. Затем образуется первая 5ʹ,3ʹ-фосфодиэфирная связь. Далее σ-субъединица теряет связь с ферментом, а кор-фермент начинает перемещаться по ДНК.

Элонгация транскрипции. Растущая цепь РНК остается связанной с ферментом и спаренной своим растущим концом с участком матричной цепи. Остальная часть образовавшейся цепи не связана ни с ферментом, ни с ДНК. По мере продолжения транскрипции кор-фермент, движущийся вдоль цепи ДНК, действует подобно застежке «молния», расплетая двойную спираль, которая замыкается позади фермента, и восстанавливается ее исходная дуплексная структура. «Раскрытая» ферментом область ДНК простирается всего на несколько нуклеотидов. Наращивание РНК идет в направлении от 5ʹ- к 3ʹ-концу вдоль матричной (‒)-цепи, ориентированной в направлении 3ʹ→5ʹ, т.е. антипараллельно. РНК наращивается на 3ʹ-конце. В ходе присоединением каждого нуклеотида кор-фермент делает шаг по ДНК и сдвигается на один нуклеотид.

Терминация транскрипции. Последовательности ДНК, являющиеся сигналами к остановке транскрипции, называются транскрипционными терминаторами. Они содержат инвертированные повторы (GC-богатые участки), благодаря чему 3ʹ-концы РНК-транскриптов складываются с образованием шпилек разной длины.