Загрузил katena-ku

БИОЛОГИЯ

реклама
1. Классификация генов.
Репрессия – блокировка экспрессии генов, то есть блокировка
процесса, в ходе которого наследственная информация от гена
преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок
Геном организма любого биологического вида содержит:
 Репрессированные гены - это большая часть (90%) генов,
находящаяся в неактивном состоянии.
 Дерепрессированные гены – около 10% генов, которые активно
транскрибируются.
Среди дерепрессированной части генома различают:
а) конститутивные гены – гены с постоянной экспрессией,
функционирующие на всех стадиях онтогенеза, т.н. гены домашнего
хозяйства (гены, кодирующие тРНК, рРНК, ДНК-полимеразы, РНКполимеразы, белки-гистоны, белки рибосом и тд)
б) регулируемые гены – гены, функционирующие в разных тканях на
разных этапах онтогенеза, они могут включаться и выключаться, их
активность регулируется; т.н. гены роскоши ( ген синтеза белковых
гормонов, ген устойчивости к антибиотикам, ген устойчивости к
тяжелым металлам, ген конъюгации)
2. Регуляция экспрессии у прокариот. Теория оперона.
Изучение регуляции экспрессии генов на стадии транскрипции у прокариот
привело к созданию в 1961 г. модели оперона (Жакоб и Моно).
Оперон – это тесно связанная последовательность структурных генов,
определяющих синтез группы ферментов для какой-либо одной цепи
биохимических реакций и регулирующаяся как единое целое.
В состав оперона входят: промотор, ген-оператор, структурные гены,
терминатор.
Работой всего оперона управляет белок-регулятор, который синтезируется
на гене-регуляторе (расположен на некотором расстоянии от оперона) и
может присоединяться к гену-оператору, блокируя его.
Особенностью прокариот является транскрибирование и-РНК со всех
структурных генов оперона, которая затем разрезается на фрагменты,
соответствующие матрицам для синтеза отдельных ферментов.
Индуктором транскрипции является лактоза.
3. Регуляция экспрессии генов у эукариот. Транскриптон.
Так как процесс реализации наследственной информации у эукариот
многоступенчатый (транскрипция, процессинг, трансляция, посттрансляционные
процессы) и растянутый во времени, то регуляция тонкой работы генов
осуществляется на каждом из этапов:
1) На этапе транскрипции:
 Транскриптон – единица регуляции активности гена.
 Наличие множества генов-регуляторов, синтезирующих
большое количество белков-регуляторов. Такие гены
располагаются в разных частях генома.
 Наличие генов-регуляторов, ускоряющих (энхансеры) и
тормозящих (сайленсеры) транскрипцию.
 Наличие генов-регуляторов, которые могут управлять
несколькими генами, оказывая различные эффекты.
 Индукторами транскрипции чаще всего выступают гормоны.
 Наличие гистонной регуляции – потеря связи ДНК с гистоном
Н1 инициирует транскрипцию.
2) На этапе процессинга:
o Альтернативный сплайсинг.
o Интроны могут кодировать фермент (матюраза), который вырезает
интроны и сшивает экзоны, следовательно, отвечает за правильность
сплайсинга.
3) На этапе трансляции:
 На стадии инициации возникает блок, препятствующий связи иРНК—т-РНК—формилметионин. В результате транскрипция не
происходит.
4) На этапе посттрансляционных процессов:
 Активной формы молекулы белка не образуется.
4. Современное состояние теории гена.
Современные теории гена сформирована благодаря переходу генетики на
молекулярный уровень анализа и отражает тонкую структурнофункциональную организацию единиц наследственности. Основные
положения этой теории следующие:
1) Ген(цистрон) – функциональная неделимая единица наследственного
материала (ДНК у организмов и РНК у некоторых вирусов), определяющая
проявление наследственного признака или свойства организма.
2) Большинство генов существует в виде двух или большего числа
альтернативных (взаимоисключающих) вариантов аллелей. Все аллели
данного гена локализуются в одной и той же хромосоме в определенном ее
участке, которую назвали локусом.
3) Внутри гена могут происходить изменения в виде мутаций и
рекомбинаций; минимальные размеры мутона и рекона равны одной паре
нуклеотидов.
4) Существуют структурные и регуляторные гены.
5) Структурные гены несут информацию о последовательности аминокислот
в определенном полипептиде и нуклеотидов в р-РНК, т-РНК.
6) Регуляторные гены контролируют и направляют роботу структурных
генов.
7) Ген не принимает непосредственного участия в синтезе белка, он
является матрицей для синтеза различных видов РНК, которые
непосредственно принимают участие в синтезе белка.
8) Существует соответствие (колиннеарность) между расположением
триплетов из нуклеотидов в структурных генах и порядком аминокислот в
молекуле полипептида.
9) Большинство мутаций гена не проявляются в фенотипе, так как
молекулы ДНК способны к репарации (восстановлению своей нативной
структуры)
10) Генотип являет собой систему, которая состоит из дискретных единиц –
генов.
11) Фенотипическое проявление гена зависит от генотипической среды, в
которой находится ген, влияние факторов внешней и внутренней среды.
5. ДНК-диагностика.
Это комплекс методов, направленный на анализ структуры ДНК. Чаще всего 1
этап ДНК-диагностики – полимеразная цепная реакция (ПЦР).
1993г. – Кэрри Мулис разработал ПЦР и получил Нобелевскую премию.
Цель ПЦР: накопление изучаемого фрагмента ДНК.
Плюс метода в том, что она позволяет работать с минимальным количеством ДНК.
Компоненты ПЦР:
 Изучаемая ДНК
 Термофильная ДНК-полимераза (выделенная из бактерий, обит. в
горячих источниках)
 Праймеры
 Нуклеотиды
 Соли Mg2+ для активации ДНК-полимеразы
Праймеры – короткие искусственно синтезированные одноцепочечные фрагменты
ДНК. Они крепятся на границах изучаемого фр-та ДНК ближе к 3’ концу. С двух
сторон ограничивают фрагмент ДНК и определяют специфичность ПЦР.
ЭТАПЫ ПЦР
Извлечение ДНК из исследуемого материала (крови – много клеток и
ДНК, безопасно, легко)
А) Фенольно-хлороформная
Б) Специальные наборы реактивов
экстракция
 Технически просто
Основана на классической хим.р.
 Не нужен специалист
 Выделяется вся ДНК
 Технически сложно (нужен
Применяется при рутинных
специалист и много денег)
исследованиях ДНК
1.
Применяется в научных
исследованиях
2. Сборка реакционной смеси
o В специальную пробирку вносят все компоненты ПЦР
o ВАЖНО! Избежание загрязнения материала посторонней ДНК
o Спецодежда, маски, перчатки
o Ламинарные шкафы – рабочая зона, обдуваемая потоком
стерильного воздуха
3. Проведение ПЦР в специальном аппарате – ТЕРМОЦИКЛЕРЕ
1 Этап - Денатурация ДНК
 92-95 гр. По Цельсию
 10 секунд
 Разрыв водородных связей между цепями
2 Этап – Отжиг праймера
30-50 гр. По Цельсию
 20-30 секунд
 Прикрепление праймера к комплементарным участкам ДНК
3 Этап – Синтез ДНК
 65-70 гр. По Цельсию
 30-40 секунд
 Активация ДНК-полимеразы и начало синтеза новой цепи ДНК от 5 к 3
концу
 Длина синтезируемой ДНК регулируется длительностью этапа
 Процесс цикличен; после каждого цикла количество копий изучаемой ДНК
удваивается
Дополнительные штуки
Эффектор - малая небелковая молекула, которая селективно связывается с теми
или иными белками и регулирует их биологическую активность.
Факторы транскрипции – особые белки, необходимые для связывания РНКполимеразы с промотором. Они могут иметь тканевую специфичность, то есть для
трансляции одного и того же гена в разных тканях необходимы разные белки.
Гормональная регуляция
o
o
o
o
Особенностью регуляции транскрипции у эукариот является
подчиненность этих процессов влияниям со стороны гормонов.
Гормоны играют роль индукторов транскрипции.
Некоторые стероидные гормоны связываются с белками-рецепторами и
образуют комплексы.
Активированный гормоном рецептор приобретает способность соединяться
со специфическими участками хроматина, ответственными за регуляцию
активности генов.
 Специфичность регулирующего воздействия гормона на
транскрипцию обусловлена не только природой гормона, но и
природой клетки-мишени, которая синтезирует специфический
белок.
 Например, влияние тестостерона на развитие тканей организма по
мужскому типу при наличии особого белка-рецептора.
 Отсутствие белка-рецептора не дает возможности тестостерону
проникнуть в ядра клеток-мишеней и обеспечить включение
определённого набор генов.
 Развивается синдром тестикулярной феминизации (Морриса)
Энхансеры – участки ДНК, являющиеся регуляторными элементами, которые
усиливают транскрипцию гена.
Функции:
 Могут лежать на 3 и на5 конце; в интронах
 Активируют гены независимо от ориентации
 1 энх. может активировать транскрипцию нескольких генов
 На энхансеры влияют белки и гормоны
Сайленсеры – участки ДНК, ослабляющие транскрипцию генов. Располагаются
как перед геном, так и после него.
ТАТА-бокс - специфическая последовательность нуклеотидов, присутствующая в
промоторных областях генов эукариот; выполняет регуляторную функцию участвует в инициации транскрипции, обеспечивая ориентацию РНК-полимеразы.
Скачать