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

Геном – генетический материал ядра в гаплоидном наборе хромосом; суммарная длина молекул ДНК в гаплоидном наборе хромосом. Функциональная единица – ген.

Основная функция – обеспечение жизнедеятельности клеток, тканей и органов и передача информации о наследственных свойствах организма следующему поколению. Геномы про- и эукариот имеют некоторые сходства и принципиальные различия:

Дуплицирующиеся гены эукариот:

1) Уникальные – до 10 на геном(структурные гены).

2) Умеренно-повторяющиеся – 10² -10⁵ на геном(регуляторные, гистоновые, тРНК, рРНК).

3) Многократно-повторяющиеся – 1 млн и более на геном:

-обращенные повторы(перевертыши, календромы) – имеют вид крестов, выполняют регуляторную роль транскрипции и трансляции.

-тондемные повторы(системная ДНК) – короткие нуклеотидные последовательности, идущие рядом друг с другом, выполняют регуляторную функцию.

-диспергированные повтры(транспазоны-прыгающие гены) – короткие, длинные; регулируют генную активность.

-псевдогены(молчащие гены) – до 20.000 в геноме: гены обоняния.

Вопрос 11.    

Регуляция экспрессии генов в процессе биосинтеза белка у прокариот. Строение опе-рона, схема Жакоба и 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.

1) 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

2) 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 и Моно:

Вопрос 12.    

Особенности регуляции активности генов у эукариот.

Регуляция экспрессии генов у эукариот проходит на всех этапах реализации генетической информации. На процессы включения и выключения генов влияют различные хромосомные перестройки, мобильные генетические элементы, изменяющие эффект положения гена.

1) На уровне транкрипции: в основу регуляции на этом этапе положено взаимодействие определенных участков ДНК с белками(транскрипционными факторами). Единицей транскрипции является транскриптон. Основное направление тканеспецифическая регуляция связана с наличием регуляторных белков, контролирующих работу структурных генов:

-наличие на матрице ДНК-боксов: ТАТА, ГЦ, ЦААТ.(для того, чтобы РНК-полимераза присоединилась к промотеру необходима связь с боксами определенных белков)

-наличие энхансеров(усиливают) и сайленсеров(замедляют).

-белки-гормоны(гормоны выполняют роль индукторов: стероидные – хорошо растворяются в липидной мембране, связываются с белком-рецептором в клетке, этот комплекс проникает в ядро и взаимодействует с определенными участками ДНК, стимулируя транскрипцию; пептидные – плохо проникают через мембрану, связиваются с белками-рецепторами на мембране клетки, гликокаликс подает сигнал в клетку на белки цитоплазмы, которые вызывают внутриклеточные изменения, данный сигнал поступает в ядро и также стимулирует транскрипцию)

-белки-гистоны

2) Регуляция на уровне процессинга(малые ядерные РНК).

3) На уровне транспортировки и стабильности иРНК.

4) На уровне трансляции: включаются механизмы отбрасывания поврежденных иРНК.

-дифференциальная активность А-А-тРНК-синтетаз

-гормональная регуляция

5) На уровне посттрансляционной модификации белка(фолдинг – белки шаппероны)

Вопрос 13.    

Генетический аппарат эукариотической клетки. Роль ядра и цитоплазмы в наслед-ственности. Особенности наследования признаков через цитоплазму. Митохондриальная наследственность у человека.

Генетический аппарат клеток эукариот:

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

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.

Митохондриальная ДНК:

- кольцевая молекула

- содержит 37 генов: кодируют 13 белков, 22 молекулы тРНК и 2 молекулы рРНК

- гены не содержат интронов

- признаки наследуются по материнской линии и не подчиняются менделевским законам в наследовании

- объем в 200.000 раз меньше ядерного генома

- реплицируются независимо от ядерной ДНК

- генетический код другой – 4 кодона.

Опыт Джона Гердона показывает роль ядерной и цитоплазматической генетической информации в наследственности: _______________________________

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.

Вопрос 14.