Лекция Регуляция экспрессии генов План 1. Значение регуляции

Лекция
Регуляция экспрессии генов
План
1. Значение регуляции экспрессии генов
2. Уровни регуляции генной активности
3. Регуляция генной активности у прокариот
4. Лактозный оперон
Контроль экспрессии генов имеет исключительное
значение для всех организмов. Бактериям он позволяет
быстро и без потерь энергии приспособиться к
изменяющимся условиям окружающей среды. У
многоклеточных организмов он необходим для
направления процесса индивидуального развития
организма и поддержания гомеостаза.
Регуляция биосинтеза белка может происходить на уровне
транскрипции, на уровне посттранскрипционных
процессов, на уровне трансляции.
Прокариоты регулируют работу генов путем регуляции
инициации транскрипции.
Одноклеточные организмы очень чувствительны к
окружающей среде, в которой находятся. Регуляция
генной активности помогает им приспособиться к
изменяющимся условиям окружающей среды ( и избежать
синтеза веществ в которых клетки не нуждаются)
У многоклеточных организмов многие гены работают
только на определенных стадиях развития и только в
определенных клетках . Эта дифференцированная
экспрессия генов приводит к образованию многих
специализированных типов клеток тканей, органов и
систем органов, которые составляют целостный организм.
Одним из путей регуляции генной активности является
контроль транскрипции
Регуляция транскрипции происходит путем присоединения
регуляторных белков к специфической регуляторной
1
последовательности ДНК, находящейся вблизи гена. Это
взаимодействие либо стимулирует либо ингибирует
способность РНК- полимеразы начать транскрипцию гена.
Некоторые гены прокариот постоянно работают и
транскрибируются ( не регулируются). Кодируемые ими
белки постоянно синтезируются в клетках в небольших
количествах.
Другие гены, называемые индуцируемыми кодируют
белки, производимые в больших количествах только тогда,
когда в клетке присутствует особое вещество- индуктор
Гены, кодирующие белки для осуществления
определенных метаболических функций собраны в
группы, называемые опероны
Примером оперона может служить лактозный оперон,
который отвечает за синтез ферментов, необходимиых для
метаболизма лактозы у бактерии Esсherihia coli (E.coli).
Бактерия Е.coli может использовать лактозу как источник
энергии и углерода в случае отсутствия своего основного
субстрата-глюкозы.
Для того чтобы использовать лактозу бактерия нуждается
в трех ферментах- β-галактозидазе, галакотзид пермеазе и
тиогалактозид трансацетилазе.
Аминокислотную последовательность этих ферментов
кодируют три гена (А, В, С)
На основе изучения работы генов, контролирующих синтез
ферментов, участвующих в метаболизме лактозы у Е. coli,
ученые Жакоб и Моно (в институте Пастера в Париже в
1961г) предложили модель оперона для объяснения
регуляции генной активности прокариот
Оперон включает следующие компоненты:
Гены, кодирующие аминокислотные последовательности
белков, синтезируемых опероном называются
структурными генами. Они транскрибируются совместно
в виде одной м-РНК и имеют один общий промотор.
2
Оперон позволяет контролировать работу нескольких
структурных генов, имеющих одну регуляторную систему
Оператор- это специфическая последовательность ДНК,
расположенная между промотором и структурными генами.
Регуляторный белок, называемый репрессор,
присоединяется к оператору и не дает РНК-полимеразе
начать транскрипцию. Взаимодействие репрессор –
оператор включает и выключает транскрипцию
оперона.
3
При отсутствии лактозы у клетки нет необходимости
синтезировать ферменты для ее расщепления
Регуляторная молекула – репрессор присоединяется к
оператору и препятствуют транскрипции структурных
генов, кодирующих синтез ферментов. Репрессор- белок,
кодируемый геном –регулятором, который может
находиться вне оперона
При появлении индуктора (лактозы) репрессор
претерпевает конформационное изменение и
присоединяется к индуктору.
Оператор свободен и РНК-полимераза начинает
транскрипцию.
После удаления индуктора из среды репрессор соединяется
с оператором, транскрипция останавливается .
Это пример негативного контроля с участием репрессора,
который выключает транскрипцию. Позитивный контроль
происходит с участием активатора, который стимулирует
транскрипцию
4