Особенности экспрессии генетической информации у про- и эукариот.

Регуляция экспрессии генов у прокариот:

Регуляция генной активности у прокариот практически полностью осуществляется на уровне транскрипции. Первые работы, направленные на выяснение механизмов генетического контроля, были проверены в 50- 60- е годы.

В 1961 году Жакобом и Моно была создана классическая модель оперона. Они определили оперон как поную еденицу выражения генов, включающую структурные гены, регуляторные гены и контролирующие элементы.

Структурными называются гены, кодирующие необходимые для клетки бели с ферментативными или структурными функциями.

Регуляторными называются гены, кодирующие регуляторные белки, которые контролируют экспрессию структурных генов на всех уровнях.

Продукт регуляторного гена LacJ – белок репрессор – выключает транскрипцию трех структурных генов лактозного оперона (Lac Z, LacY и LacA) путем связывания с геном оператором (Lac0). Доступ РНК - полимеразы к гену просмотру (LacP) – точка начала транскрипции – оказывается закрыт, т . к. последовательность Lac0 перекрывается с последовательостью LacP. Лактозный репрессор в свою очередь находится под контролем небольшой углеводной молекулы – аллолактозы ,которая образуется в клетке при добавлении в среду лактозы. Аллолактоза соединяется с репрессором, конформация его изменяется, при этом теряется сродство к оперативному участку ДНК. Тогда РНК- полимераза транскрибирует структурные гены. Такая система регуляции позволяет производить ферменты, необходимые для расщепления лактозы только тогда, когда в клетке присутствует лактоза.

Генетический контроль с помощь белков- репрессоров называется негативной регуляцией. Альтернативным способом является регуляция с помощью белков-активаторов. В этом случае регуляторные белки активируют связывание ДНК-полимеразы в промоторных областях. Такая регуляция транскрипционной активности генов носит название позитивной.

Особенности регуляции у эукариот

Регуляция на уровне транскрипции. В регуляции принимают участие гормоны. Например: под действием половых гормонов происходит активация генов, отвечающих за развитие вторичных половых признаков. 

Химический состав хромосом. Уровни спирализации (компактизация) хроматина. Нуклеосомная нить, хроматиновая фибрилла, интерфазная хромонема, метафазная хроматида.

Химический состав хромосом:

· ДНК

· Белки

1. Гистоновые– включают 5 фракций HI H2A H2B H3 H4, положительно заряженные основные белки, функция: препетствуют считыванию заклюенной в ДНК наследственной информации.

2. Негистоновые – число фракций превышает 100 (среди них ферменты синтеза и прессинга РНК, ферменты редупликации и репарации ДНК). Функция: структурная и регуляторная.

3. Помимо ДНК и белков в составе хромосом обнаружены также РНК, липиды, полисахариды, ионы металлов. (РНК хромосом представляет собой продукты транскрипции.)

Хроматин – это интерфазное состояние хромосом. Обнаруживается в ядре и окрашивается основными красителями (например: гематоксилином) базофильно. Состоит из компонентов ДНК с белками (гистоновыми и негистоновыми).

Эухроматин- деспирализованные участки хромосом, транскрипционно активные. Находятся между участками гетерохроматина, не окрашиваются и не видны в световом микроскопе.

Гетерохроматин- соответствует конденсированным участкам интерфазных хромосом, транскрипционно неактивный. Располагается вблизи ядрышка, связан с внутренней ядерной мембраной и разбросан в ядре в виде мелких глыбок. В световом микроскопе имеет вид гранул.

По соотношению эухроматина и гетерохроматина в клетке можно оценить активность процессов транскрипции, то есть синтетической функции клетки. При полном подавлении функции ядра, оно уменьшается в размерах, содержит только гетерохроматин. Такое явление называется кариопикнозом.

Ген- участок молекулы ДНК, кодирующий определенный наследственный признак. Гены в хромосоме могут переходить из состояния эухроматина в гетерохроматин и наоборот.

В деконденсированном состоянии длина одной молекулы ДНК, образующей хромосому, равна 5 см, а общая длина молекул ДНК всех хромосом в ядре составляет более 2 м. Отсюда очевидна необходимость компактной упаковки молекул ДНК.

Поэтому основным принципом построения хромосом является многоступенчатая спирализация наследственного материала.

 Первый уровень спирализации– образование двойной спирали ДНК, посторенной по принципу комплементарности. (открыт впервые Уотсоном и Криком)

Второй уровень– упаковка молекулы ДНК в нуклеосомную нить с помощью гистоновых и негистоновых белков.

Нуклеосома – это белок, состоящий из 8 молекул гистоновых белков, на который накручена нить ДНК. Такая упаковка приводит к укорочению хромосомной нити в 5 раз.

Между нуклеосомами располагается по одному негистоновому белку, которые регулируют активность генов.

Третий уровень (интерфазная хромонема) – скручивание самой нуклеосомной нити приводит к образованию элементарной хроматиновой фибриллы.  Каждая хроматида состоит из одной фибриллы.

Четвертый уровень (метафазня хроматида) – при дальнейшей упаковке хроматиновые фибриллы образуют петельные домены, внутри которых встречаются более конденсированные участки.

Таким образом, упакованная хроматиновая фибрилла образует хроматиду, а две хроматиды одну хромосому.

По строению различают 3 типа хромосом:

· Метацентрические - равноплечие

· Субметацентрические - неравноплечие

· Акроцентрические – имеющие вторичную перетяжку, которая отделяет кусочек хромосомы – спутник. Сателлиты имеются у 13,14,15,21,22 хромосом.

Митотический (пролиферативный) цикл клетки. Фазы митотического цикла, их характеристика и значение.

Митоз - непрямое деление клеток, является универсальным механизмом деления соматической клеток.

Биологический смысл митоза закладывается в следующем: из одной диплоидной материнской клетки образуется 2 диплоидные дочерние клетки с равноценной генетической информации.

Митоз включает 4 фазы:

Профаза 2n4c

· Конденсация хромосом

· Исчезновение ядрышка

· Растворение ядерной оболочки

· Расхождение центриолей к противоположным полюсам клетки

· Образование митотического веретена

· Появление в области центромер кинетохор, функционирующих как кинетохорные микротрубочки. Взаимодействие кинетохорных и полюсных микротрубочек приводит к перемещению хромосом.

Метафаза 4n4c

· Максимальный уровень конденсации хромосом.

· Образование метафазной пластинки или «материнской звезды» в области экватора.

· Сестринские хроматиды разделяются щелью и соединены в области центромеры.

Анафаза 4n4c (самая быстрая и бурная фаза)

· Расхождение дочерних хроматид к противоположным полюсам клетки со скоростью 0,5 1 мкм/мин.

Телофаза

Ранняя – 4n4c

· Скопление идентичных наборов хромосом на полюсах клетки

· Скопление ядерной оболочки

· Появление ядрышка

· Начало цитотомии

Поздняя – 2n2c

· Деспирализация хромосом

· Завершение цитотомии

· Распределение органелл между дочерними клетками

В результате образовались две дочерни клетки меньших размеров, чем материнская, которые встречаются в G₁- периоде.