(19) Регламент на ген действие.

Регламент на ген действия в прокариоти и еукариоти, е различен.

Operon система за регулиране на действието на гените на прокариотните

Генната експресия - трансфера на ДНК от РНК чрез полипептиди. Организацията на гени в прокариоти и еукариоти, е различен. Гените непрекъснато прокариотни и еукариотни гени имат мозайка структура. Също така е характерен за прокариоти оперон тип ген организация.

Бактериална оцеляване зависи от способността за превключване метаболизъм от един субстрат към друга. За такива бактерии капацитет гени на комбинирани в клъстери, така че необходимите ензими за определяне на пътя биосинтетичен са кодирани от гени, които са под общ контрол.

Цялата система, включително структурни гени и контролни елементи на експресията по оперон (единица транскрипция и регулиране в бактерии).

През 1961 г. е разработен генното регулиране схема действие транскрипционно ниво от пример лак-оперона на Е.коли. Резултатът е оперон активността на синтез обикновено свързани биохимични функции адаптивни ензими (конститутивна пребивават в клетката и там са адаптивни промени в резултат на условията на околната среда). Съставните ензимите в E.coli използват глюкоза. При смяна лактоза за глюкоза става необходимо β-галактозидаза и galaktozidpermiaza. Тези ензими са кодирани от структурни гени 3: Z, Y, А. Те са в комплекс с промотор и терминатор на транскрибция, за да образуват оперон. Също така в регулация оперон верига включва регулатор на ген, кодиращ репресорен протеин. Регулаторът на ген не е част от оперона. Те синтезира репресорни блокира транскрипцията на оперона в присъствие на глюкоза.

Въпреки, че РНК полимеразата да се свърже с организаторите, тя не се движи на "изключено" оператор. Гените и Z, Y, A не работи. При смяна на глюкоза към лактоза репресорен протеин временно се инактивира чрез действието на лактоза субстрат. Репресорен протеин се отделя от оперона, Подготовка на молекулите на РНК полимераза и транскрипция за преместване на 3 гена. Т.е. структурните гени са освободени от контрола на оператора да започне да се експресира, за производство на адаптивни ензими. Намалени лактоза концентрации служи като сигнал за свързване на репресорен протеин на оператор и транскрипция прекратяване лак-оперона.

Разстояние ген-оператор на оперона предполага, че репресора - разтворим в цитоплазмата на продукта присъства в активна форма в присъствието на глюкоза среда.

Схема регулиране действие на ген лак-оперон от Е. коли се нарича отрицателен, като регулатор генен продукт предотвратява транскрипцията, т.е. отрицателен ефект върху експресията.

По-късно бе установено, че има и положителна контрола, заедно с отрицателната регулация на системата на лак-оперон. Ако се отглежда в среда, глюкоза + лактоза, лактоза използване ще започне едва след използването на всички глюкоза. Разположение лак-оперон контролира от ефекторна молекула - цикличен AMP (сАМР) и протеин активатор Сар-протеин. Тяхното присъствие не е репресия и активиране на транскрипция. При попадане в комплекс със в ГПУ, Cap-протеин се активира и едва след това е свързано към вашия сайт на организатора, многократно засилване на транскрипцията на гени лак-оперон. Където транскрипция на лак-ген е възможно само с дефицит или отсъствие на глюкоза. Когато не се формира излишък на глюкоза в комплекс AMP + Cap-протеин. в AMP получи бактерии, наречен "глад сигнал".

Основното предимство на организацията оперон на гени в прокариоти е координирането на редовната дейност.

Резба еукариоти тип regulyatsiiu

Регулирането на активността на гените на еукариоти е много по-сложна и по-добре разбрани. На първо място те имат отделен ядро ​​и трудни подредени хромозоми. И, следователно, транскрипция и транслация са се появили са разделени във времето и пространството. Второ еукариоти (почти всички) от многоклетъчни организми с ясна специализация на тъкани и органи.

Структурните гени на еукариотите се разделят на:

гени "на домакинството". Функция във всички клетки на тялото, във всички етапи (гени, кодиращи протеини, хистони, рРНК, тРНК, ДНК полимераза).

"Гените на лукса." Функцията в клетките или тъканите, специфични за един клетъчен тип (хемоглобина гени).

Регулацията на генната действие може да се наблюдава при всеки етап на синтеза на протеини. ДНК → РНК → протеин. Освен това, механизмът на действие на генното регулиране в еукариоти по-гъвкави. В прокариоти, на принципа на "всичко или нищо", и при еукариотите от пълен израз на пълно репресии. Това се постига чрез локално изменение на ДНК, модификация на вътреклетъчни условия.

Регламент на генната активност на транскрипционно ниво.

При еукариотите има специализирани регулационни елементи:

Това е кратко нуклеотидна последователност. Техният ефект се дължи на промени в структурата на хроматина.

Усилващи последователности служат като специфични свързващи сайтове специфични регулаторни протеини, процеса транскрипция активиращ. Те могат да се поставят във всяка ориентация и по всяко разстояние от промотора.

ДНК между промотора и усилвателя образува контур, при което протеините, свързани с енхансер взаимодейства директно с един от основните фактори, транскрипционни или ДНК полимераза самата молекула. С регулатори на протеини, всеки ген специфична и изключване.

Координирано регулиране на гени.

В еукариоти, гените, контролиращи различните етапи на един и други пътища са разпръснати в генома. Те могат да бъдат разположени дори в различни хромозоми. Въпреки това, те се характеризират с координирано регулиране на генната действие. В отговор на различни индуктори, цели гени активирани батерия. Това е улеснено от наличието на повторенията, хомоложни на 5 'края на различни гени. индукционни сигнали служат като ключ, който се отваря ключалката в различни гени obnoy група. Пример за координирано регулиране на гени може да се активира топлинен шок топлинен шок.

Хомеобокс и нейната роля в генната регулация

През 90-те години. Двадесети век това е установено, че много гени, контролиращи пространствена организация на ембриона, съдържат същата ДНК сегмент във формата на специфичен запазена дължина на последователността на 180 нд разположен при 3 'части на гените. Тази последователност се нарича - хомеобокс. Хомеобокс кодира съответния фрагмент на протеиновата молекула, AK 60 остатъци в дължина (хомеодомен). ДНК свързващ домен полипептид се отнася до регулаторни протеини (домейн - полипептид част, която изпълнява специфична функция). Т.е. гени, са част от хомеобокс, имат способността да регулира активността на други гени чрез свързване оформен в тяхната транслация AK последователност ДНК, включване или изключване, докато някои гени.

Metelirovanie ДНК като метод за наблюдение на генна активност.

Metelirovanie - процесът на присъединяване към групата -СН3 нуклеотидна използване метилтрансфераза. Това е обратим химична модификация на азотни основи. Широкото естеството на метилиране на цитозин. Всеки обект metelirovaniya наследен от дъщеря ДНК репликация. В началото на 80-те години. Беше корелация между генна експресия модел и степен на ДНК метилиране. ДНК метилирани гени неактивен силни от активното ДНК. METI. ДНК може да включва инхибиране на транскрипцията чрез директно сгъване метилиран промотор за транскрипция в недостъпни структура. Степента на ДНК метилиране може да варира от различни фактори (възраст, хормонални ефекти, фактори на околната среда и др.).

ДНК метилиране - един от основните механизми на епигенетични вариант - промените на диференциална генната експресия, наследствени в серия от митотични клетъчни деления без промяна на първичната последователност на ДНК нуклеотиди. ДНК метилиране променя взаимодействието между ДНК и протеини, които съставят хроматин. И това е това взаимодействие чрез механизма за уплътняване - dekompaktizatsii хроматина регулира генната експресия. Само в състоянието на decompacted гени са членове на ДНК молекулата са налични ензими, стимулира транскрипция.

Приема се, че ДНК метилиране играе важна роля в защитата срещу генома мобилни генетични елементи, както и в клетъчната инактивиране на прехвърлените "чужди" гени. До 45% от човешкия геном е заета вирусни и бактериални гени, които, поради метилиране мълчание. Също така, свързани с метилиране на феномена на отпечатване - ядрена памет - зависимостта проява (експресия) на гена, един наследен от гена. Т.е. в геномните региони предмет отпечатано, изразено само един алел - на бащата или майката. Човекът с феномена на отпечатване свързан радват наследствени заболявания.

Регламент на генната активност под влияние на сигналите на вътрешната среда.

Един пример е образуването на хромозоми като "тръба" четки в diplotene мейоза. Мейоза дълго спира профазата на мейозата 1 в diplotene етап. През това време в интензивни хранителни вещества синтез яйцеклетка РНК, ензим подмяна и протеини, необходими за по-нататъшно развитие на яйцето и ембриона. През този период, хромозомите станали гигантски размери и са силно decompacted състояние. В по-късните етапи на мейоза хромозоми стане компактно. На сцената diplotene хромозоми имат hromomernoe структура. Хомоложни хромозоми са свързани по двойки оформят bivalents. Характеризира се с parnosimmetrichnyh различни странични вериги, всяка от които е неусукана chromomeres. Панта настъпва тРНК синтеза.

На продълговати пантите и голямо количество РНК транскрипт придават необичайни хромозомни "космати" външен вид - четки. До края на профаза линия отново изготвен. При образуването на цикъла не е непосредствено участва цялата дължина на ДНК, и във всеки един момент само част от този сегмент. Wave despiralization издърпа върху него малко по малко, докато не бъде напълно транскрибира.

Регулацията на генната активност при екстремни фактори

Механизмът на този регламент предвижда процес стреми да възстанови на клетката в първоначалното му състояние. Важна особеност на този регламент е обратим. Гените, кодиращи адаптивни (стрес) протеини, формирането на което увеличава драматично под влиянието на стресови фактори, съдържаща се в частта на промотори допълнителни кратки нуклеотидни последователности. Например, термичен шок, произведени HSP, бързо натрупване в клетката, което осигурява физиологичен adoptatsiyu към променящите се условия на околната среда.

Синтез на протеини на топлинния шок - програма стрес, включително топлинен шок, или множество други стресови фактори. В отговор на стрес конкретен полипептид - транскрипционен фактор в термичен шок, свързан с регулаторната област на топлинния шок гени и включва активна транскрипция на тези гени. Значителното ролята на HSP живот клетка, казва им еволюционно съхранение (от Е. коли, растения, насекоми, бозайници, подобни по състав АК). След приключване на топлинен шок HSP синтез спира и започва нормално синтеза на протеини. HSPs функция като чаперони - протеини, които стимулират образуването на правилната пространствена конфигурация на други протеини.

Регулиране на генната експресия чрез действието на хормони

Хормоните също играят важна роля в регулирането на генната експресия. Това полови хормони, епинефрин, хормони на растежа, хормони на щитовидната жлеза, и др. За всяка от тези групи са компетентни клетки, съдържащи специални рецепторни протеини, които се свързват специфично хормон молекула. Протеини рецептори осигуряват реакционна клетка на излагане на различни хормони чрез активиране или потискане на експресията на определени гени. Големи молекула пептидни хормони не проникват в клетките и техните ефекти са осигурени от протеини - рецептори, разположени върху мембраните на рецепторните клетки. Получената хормон-рецепторния комплекс влиза в ядрото и се свързва със специфични места на хроматин, преобразува до функционално активно състояние. Последицата от това е транскрипцията на гена, узряването на иРНК и транспортиране на цитоплазмата, и протеин синтезата.

Джийн дейност може да се регулира по време на онтогенезата. Cascade регламент - диференциална включване и изключване на гени в онтогенезата в различни тъкани и органи. Cascade регулиране идва на фона на по-съгласувани действия в регулацията на много гени. Т.е. Той се среща строго нареди във времето и пространството на координираната израз на стотици хиляди гени.

Еднакво важно в регулирането на генната действие и принадлежи към мобилни генетични елементи. Те могат да играят ролята на мигриращите промотори комбиниращи структурните гени и регулаторни елементи и да ги регулиране на общите регулиране сигнали.