Регуляция транскрипции. Модель оперона

Пр-сс транскрипции может регулироваться при помощи спец мол-х мех-ов. Транскрипция - перенос генетич инф-и с ДНК на РНК.
Можель Оперона была разраб в 1961г Жакобом и Мано. Они расшифровали мех-м работы лактозного оперона E.coli, кот контролирует синтез фер-тов, участвующих в утилизации бактериями лактозы.
Оперон - группа функц-но связ-х др с др стуктурных генов, кот могут координированно вкл и выкл и их оператор. Оператор осущ-ет вкл и выкл генов. Под работой генов понимают их участие в транскрипции.

Строение оперона на примере лактозного оперона киш пплочки.

I - ген-регулятор отвеч за выработку белка-репрессора.

Р - промотор.

О - ген-оператор отвеч за присоед-е белка-репрессора.

Z, Y, A - три структурных гена, отвеч за синтез фер-тов, катализирующих отдельные этапы утилизации лактозы.

Z - отв за синтез фер-та бетта-галактозидаза (расщипляет лактозу до моносахаридов).

У - отв за синтез фер-та бетта-галактозидперммдаза (осущ транспорт моносахаридов внутрь бактер кл-и).

А - отвеч за синтез трансацетилазы (осущ перенос функциональных групп при расщиплении моносахаридов).

2 типа регуляции транскрипции в рамках модели оперона:
1. регуляции по типу индукции (индуцибельный оперон). пример: лактозный оперон киш палочки (lac-оперон). 2 возможные ситуации:
а) в пит среде киш палочки отсутствует лактоза.

*транскрипция не идет
*гены Z, Y, A не работают
*фер-ты не синтезируются.
ген-регулятор отвеч за выработку белка-репрессора. Вырабатываемый белок-репрессор связывается с оператором и препятствует присоед-ю РНК-полимеразы к промотору, поэтому транскрипция не идет, гены Z, Y, A не работают, фер-ты не синтезируются.
б) в пит среде киш палочки имеется лактоза.

*транскрипция идет
*гены Z, Y, A работают
*фер-ты синтезируются.
Вывод: присутствие в пит срее лактозы индуцирует включение генов, отвечающих за ее утилизацию (принцип биологической целесообразности).

2. Регул-я по типу репрессии (репрессибельный оперон).
Пример: триптофановый оперон киш палочки контролир синтез фер-тов катализир-х синтез триптофана.

Стр-е триптофанового оперона

I, P, O - см лактозный оперон.

Е, Д, С, В, А - структурные гены, отвеч за синтез фер-тов.

Е, Д - кодируют синтез фер-та атронилатсинтетаза, катализирует превращение хоризмовой к-ты в антрониловую.

С - кодирует синтез фер-та эндолглицеролсинтетаза, катализирует отбаз-е эндолглицерола из промежуточнх продуктов.

Два цистрона В, А - кодир синтез фер-та триптофан-синтетаза, катализирует превращение эндолглицерола в триптофан.

Работа триптофанового оперона

2 возможные ситуации:

1. В среде для выращивания мкорг-ов отсутствует триптофан

Белок-репрессор неполноценный (апорепрессор), т.к. он не может связаться с геном-оператором, поэтому фер-т РНК-пол-за беспрепятственно связывается с промотором и осущ транскрипцию генов Е, Д, С, В, А, гены работают, фе-ты синтезируются, триптофан образуется.

2. В среде присутствует триптофан.

Апорепрессор + корепрессор = холорепрессор связ-ся с геном-оператором. (гр. холо – целый) препятствует связыванию РНК-пол-зы с промотором. Транскрипция не идет, гены не работают, фер-ты не синтезируются, триптофан не образуется.

Вывод: присутствие в пит среде для выращивания киш палочки триптофана репрессирует работу генов, отвеч-их за его синтез (регуляция по типу репрессии).

 

20. ПРОЦЕССИНГ пре-РНК У ЭУКАРИОТ. ЕГО МЕХАНИЗМ.

Процессинг - созревание РНК-предшественников и превращение их в зрелые молекулы иРНК, рРНК, тРНК. РНК предшественники (пре-РНК) – образуют фракцию гяРНК, кт состоит из смеси очень длинных молекул.

Этапы процессинга иРНК: 1. Сплайсинг – вырезание из мол-лы преРНК уч-в не несущих ген-й инф-и (интронов) и сшивание уч-в несущих ген-ю инф-ю между собой (экзонов). Общая схема:

Сплайсинг осущ. Особые субмикроскопические частицы – сплайсосомы, сост из мяРНК и белков. (скорость осаждения сплайсосом – 50-60S, размеры 25-50нм). В состав сплайсосом входит 25 разновидностей мяРНК у дрожжей, и 15 у позвоночных животных. Возможные мех-мы сплайсинга: 1) без непосредственного участия мяРНК

2)при непосредственном участии мяРНК

2. Полиаденилирование 3’ конца

Присоединение к 3' концу созревающей мол-лы иРНК множества (до200) нуклеотидов Аденин (полиА – послед-ть)

Функции полиА-послед-ти: 1. Обеспеч. Стабильность ИРНК, определяет время ее жизн; 2.отвечает за транспорт иРНК из ядра в цитоплазму; 3. учавствуют в регуляции трансляции

3. Кэпирование 5’ конца – присоединение к 5’ концу созревающей мол-лы иРНК особой послед-ти нуклеотидов наз-й КЭП. Функции кэп: 1. Отвечает за связывание иРНК с рибосомой в ходе трансляции.

4. Редактирование иРНК – внесение изменений в нуклеотидный состав иРНК. Редактирование включает:– вставки нуклеотидов (чаще всего вставляется Уридин); - модификацию азотистых оснований.

В рез-те редактирования мол-лы иРНК могут сущ-но отличаться от ДНК матрицы, что подчеркивает ее относительную независимость от ДНК, и подтверждают концепцию «мир РНК».

Процессинг рРНК у эукариот, образование субъединиц рибосом.

Значение экзон-интронной структуры генов:

1. Защита от ошибок (мутаций), кт с равной вероятностью происходит как в экзонах, так и в интронах.

В то же время мутации в интронах не приводят к каким-либо последствиям для организма. Поскольку интроны могут составлять до 90% кодирующей части гена, то благодаря И-Э структуре 90% мутаций могут не оказывать влияние на организм.

2. Обеспечение возможности более экономичного хранения ген-й инф-и за счет альтернативного сплайсинга. Основным мех-м кт явл-ся выбор различных экзонов из одинаковых мол-л преРНК. Из одних и тех же преРНК формируются разные иРНК (экзонами являются разные уч-ки).

Примеры белков, синтезир-х на основе альтернативного сплайсинга: иммуноглобулины, белки-цитоскелета, белки уч-е в мышечных сокращениях: тропонин

3. Эволюция генов (в интронах интенсивно накапливаются мутации не подвергаемые отбору на определ-х этапах эволюции интроны могут превращаться в экзоны и стр-ра генов координально меняется)