Особенности регуляции функционирования транскриптона кратко
Обновлено: 04.07.2024
Что такое оперон в генетике — кто разработал концепцию
Оперон — это функциональная единица наследственной информации, которая содержится в прокариотических клетках (к ним относятся истинные бактерии и археи) и транскрибирует все гены, находящиеся под общим промотором.
Промотор — это последовательность цепочки ДНК, которую РНК-полимераза узнает как стартовую площадку для начала транскрипции.
В состав оперонов входят цистоны, т.е. гены, синтезирующие определенный белок. По количеству этих единиц транскрипции опероны делятся на такие виды, как:
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
- моноцистонные;
- олигоцистонные;
- полицистонные.
Одним из примеров оперонной организации генома является лактозный оперон. Эта группа генов, контролирующая синтез ферментов, отвечающих за расщепление молочного сахара (лактозы). Изучив данный механизм, французские ученые Ф.Жакоб и Ж.Моно, разработали концепцию оперона, и за это открытие в области биохимии в 1965 году получили Нобелевскую премию.
Структурная организация и основные функции
Строение оперона
Опероны состоят из промоторной области, оператора и структурных генов. В начале и конце оперона находятся регуляторные области: в начале — промотор, в конце — терминатор. Эти элементы может иметь в своем составе и каждый отдельно взятый цистон.
Функции оперона
Опероны участвуют в процессах синтеза полипептидов, необходимых для усвоения определенных питательных веществ. Опероны являются стимулом для того, чтобы в клетке живого организма начали вырабатываться необходимые ферменты. Например, фермент лактаза, за который отвечает оперон Lac, расщепляет молочный сахар. Оперон Trp способствует выработке ферментов, синтезирующих аминокислоту триптофан.
Оперон и транскриптон как единицы транскрипции
Оперон является видом транскриптона, но может присутствовать только у прокариотов. Транскриптоны эукариот содержат, как правило, только один ген. В прокариотических клетках транскрипторные единицы содержат несколько генов и производят полицистронные мРНК. В результате их трансляции рибосомы синтезируют необходимый белок.
Когда происходит включение оперона
Механизм выработки клеткой определенного фермента включается только при попадании вещества в культурную среду. Для включения оперона и начала экспрессии нужного гена необходимо наличие индуктора.
Индуктор (или эффектор) — это вещество-стимулятор экспрессии гена.
Процесс регуляции своевременного включения оперона обозначается понятием индукция. Если в клетке наблюдается недостаток синтезирующего вещества, то индуктор придает белку-регулятору способность присоединяться к оператору, либо препятствует присоединению белка-репрессора. Способ индукции зависит от того, какое вещество находится в среде. Каждый из них по-своему включает нужные участки ДНК.
Когда в клетке наблюдается избыток полипептида, индуктор включает аттенуацию, процесс регуляции оперона путем репрессии стимулятора. Транскрипция гена прекращается, и фермент больше не синтезируется.
Как найти длину оперона
Оперон является участком ДНК, поэтому для вычисления его длины необходимо знать количество нуклеотидов, входящих в его состав. Длина одного нуклеотида составляет 0,34 нм. Нужно умножить их количество на указанное число.
Струетурно-функциональной единицей генома прокариот является - оперон. Он осуществяет включение (индукцию) и выключение (реппрессию) определенных генов у прокариот.
Концепция оперона была предложена в 1961 году Ф. Жакобом и Ж.Моно.
Оперон состоит из следующих компонентов:
1. Промотор - место начала транскрипции, к которому приоседнияется осбый фермент РНК-полимераза запускающий процесс транскрипции, так же имеет название - старт-кодон.
2. Ген-регулятор - располагается вне оперона и осуществляет синтез определенного белка-репрессора, который осуществялет включение, либо же выключение гена.
3. Оператор - участок оперона с которым связывается белок-репрессор затормаживающий работу гена.
4. Структурные гены представленные исключительно интронами т.е. некодирующимися последовательностями.
5. Терминатор - конечный участок оперона. Место завершения транскрипции.
Транскриптон, его особенности организации
Транскриптон - структурно-функциональная единица генома эукариот.
Регуляторные компоненты транскриптона:
1. Промотор - так же как и у оперона явялется местом начала транскрипции. Это участом молекулы ДНК с которым связывается РНК-полимераза
2. Модуляторы - участки транскриптона отвечающие за активность работы определенных генов, модуляторы подразделяются на:
- сайленсеры - снижающие работу генов.
- энхайсеры - ускоряющие работу генов.
3. Структурные гены которые представлены и интронами (некодирующими последовательностями) и экзонами (кодирующими последовательностями).
4. Терминатор - конечный участок оперона. Место завершения транскрипции.
Логическая последовательность компонентов транскриптона: энхайсер, сайленсер, промотор, структурный ген.
Молекулярные механизмы транскрипции у прокариот. Фазы транскрипции.
Транскрипция - процесс считывания генетической информации с двуцепочечной молекулы ДНК на одноцепочечную молекулу иРНК.
Протекает в три стадии:
Инициация: процесс начинается после присоединения к промотору молекулы ДНК фермента РНК-полимеразы, по цепи молекулы ДНК фермент движется в направлении
Элонгация: осуществяется синтез иРНК с соблюдением принципа комплементарности. Причем транскрибируется только одна из двух цепей ДНК которая называется кодогенной.
Терминация: синтез иРНК завершается когда РНК-полимераза встречает у себя на пути особую последовательность - терминатор транскрипции или стоп-кодон. На этом транскрипция прекращается.
Особенности функционирования транскриптона.
Процессинг. Информоферный цикл.
Для превращения в иРНК, с которой в дальнейшем синтезируется полипептид, про-иРНК подвергается созреванию или процессингу.
Процессинг проходит в несколько этапов:
Сплайсинг иРНК - т.е. вырезание интронов из про-иРНК. Оставшиеся последовательности РНК, соответствуют экзо- нам в ДНК и сшиваются между собой с образованием зрелой иРНК.
Полиаденилирование - присоединение к 3’-концу иРНК последовательности из 20-200 адениловых нуклеотидов. Эта последовательность повышает стабильность иРНК.
Оперон — это тесно связанная последовательность структурных генов, определяющих синтез группы белков, которые участвуют в одной цепи биохимических преобразований. Например, это могут быть гены, которые детерминируют синтез ферментов, участвующих в метаболизме какого-либо вещества или в синтезе какого-то компонента клетки.
Строение оперона:
1. Промотор
2. Инициатор
3. Оператор
4. Структурные гены
5. Терминатор
6. Регулятор
7. Репрессор
Фрагмент молекулы ДНК, включающий промотор,транскрибируемую последовательность и терминатор, образует единицу транскрипции — транскриптон. Единица транскрипции у эукариот – транскриптон. Состоит из неинформативной и информативной зон. Неинформативная зона включает промотор + инициатор, группы генов оперторов. Информативная зона образована структурным геном, разделенным на экзоны и интроны. Заканчивается транскриптон терминатором. Работу транскриптона регулируют несколько генов-регуляторов, дающих или кодирующих синтез нескольких белков-репрессоров. Потому что индукторами эукариот являются сложные молекулы для расщепления которых требуется несколько ферментов.
Промотор – особый участок в молекуле ДНК, который указывает место начала транскрипции.
Оператор – определенные нуклеотидные последовательности ДНК, предшествующие структурной части регулируемого гена. Включает и выключает работу структурных генов.
Терминатор –участок, где прекращается дальнейший рост цепи РНК и происходит ее освобождение от матрицы ДНК.
Репрессор – регуляторный белок, подавляющий транскрипцию генов регулируемого им оперона в результате связывания с оператором (регуляторным участком оперона).
Индуктор – небольшая эффекторная молекула, связывающаяся с регуляторным белком, или физический фактор (свет, температура), которые стимулируют экспрессию генов, находящихся в неактивном состоянии.
Биомедицина запись закреплена
Генетика и её достижения сегодня у многих на слуху, но, увы, немногие кроме медиков и биологов представляют себе как гены функционируют и как их функции регулируются. Кроме того, не так давно появилась новая отрасль молекулярной биологии и генетики - эпигенетика, которая сразу же обросла невероятным количеством слухов и "страшилок". Поэтому сегодня попробую дать краткий обзор этих двух проблем - просто для того, чтобы любой желающий смог получить более-менее корректное представление о них, а не проникся "страшилками" из "желтой прессы". Сразу предупреждаю - кое - что будет скопировано из той же "Википедии" и с сайтов, "специализирующихся" на цитологии, генетике и молекулярной биологии - просто кое-что там, как ни странно, хорошо охарактеризовано, и, полагаю, нет смысла "изобретать велосипед" - как говорится, "от добра добра не ищут", да и материал по той же РНК-интерференции слишком объёмен, чтобы влезть в формат поста - так что если кого-то этот вопрос заинтересует подробнее - ссылки представлены.
Начнём с того, что ген это структурная и функциональная единица наследственности живых организмов, представляющая собой участок ДНК, задающий последовательность определённого полипептида либо функциональной РНК. Все гены можно разделить на структурные и функциональные. Структурные – несут информацию о белках-ферментах и гистонах, о последовательности нуклеотидов в различных видах РНК. Функциональные гены: гены-модуляторы, усиливающие или ослабляющие действие структурных генов(ингибиторы, интенсефикаторы, модификаторы); гены, регулирующие работу структурных генов(регуляторы и операторы).
Регуляция работы генов.
Кое-какие важные для понимания темы термины:
1)Индукторы – вещества, индуцирующие синтез ферментов, которые их разлагают.
2) Репрессия – прекращение синтеза фермента, фактор вызывающий репрессию – корепрессор.
3)Группа структурных генов, управляемая одним геном-оператором – оперон(у прокариот).
4)Транскрипция - процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках.
5)Трансляция - синтез полипептидной цепи с использованием мРНК в роли матрицы, процесс, в результате которого рибосомы считывают генетическую информацию матричных РНК и создают белковый продукт в соответствии с этой информацией.
6)Оперон - это тесно связанная последовательность структурных генов, определяющих синтез группы белков, которые участвуют в одной цепи биохимических преобразований.
Метилирование ДНК:
Только одно основание может быть подвергнуто такой модификации в физиологических условиях – цитозин. Метилирование у позвоночных поддерживается целым семейством ДНК-метилтрансфераз. Метилирование de novo осуществляется DNMT3a & DNMT3b. Поддерживающее метилирование – DNMT1, к-рая метилирует СрG-динуклеотиды комплиментарной не метилированной цепи, превращая гемиметелированную ДНК в гомометилированную. Эта модификация приводит к инактивации определённых генов в онтогенезе. Тканеспецифические гены, как правило, не имеют районов, обогащённых СрG-динуклеотидами(СрG-островков), число генов, экспрессирующихся в ЭСК(эмбриональные стволовые клетки), гораздо выше таковых в тканях взрослого организма, из чего можно сделать вывод – метилирование служит одним из механизмов дифференцировки тканей в онтогенезе человека.
Читайте также: