РЕГУЛЯЦІЯ ЕКСПРЕСІЇ ГЕНІВ В ЕУКАРІОТИЧНИХ КЛІТИНАХ

РЕГУЛЯЦІЯ ЕКСПРЕСІЇ ГЕНІВ В ЕУКАРІОТИЧНИХ КЛІТИНАХ Матеріали до уроку біології 10 клас

Активність генів в еукаріотичних клітинах Щоб зберегти енергію, запас органічнихі мінеральних сполук, клітини регулюють активність своїх генів так, що в даний момент синтезуються продукти лише тих генів і в тих кількостях, які потрібні для нормального функціонування клітини.

Вибіркова активність генів. В еукаріотичних клітинах активні приблизно 15 % усіх генів. Усі клітини в організмі мають один і той самий посібник з експлуатації, ДНК, але різні клітини читають і експресують різні його частини, щоб виконувати певні функції в організмі. Наприклад, нервові клітини експресують гени, які допомагають їм надсилати повідомлення іншим нервовим клітинам,тоді як імунні клітини експресують гени, які допомагають їм виробляти антитіла. Це є наслідком диференціації клітин в онтогенезі.

На яких етапах відбувається регуляція експресії генів?Експресія генів регулюється на будь-­якому етапі реалізації генетичної інформації: транскрипції відповідного гена, дозрівання м. РНК, регуляції тривалості життя м. РНК, трансляції, функціонування кінцевого продукту в результаті його модифікацій. На сьогодні найкраще вивчено механізми регуляції транскрипції.

Два механізми регуляції транскрипції 1) Використання додаткових білкових факторів транскрипції; 2) Зміни упакування хроматину. Фактори транскрипції (транскрипційні фактори) – білкові молекули, які контролюють процес транскрипції (синтезу м. РНК на матриці ДНК), зв’язуючись зі специфічними ділянками молекули ДНК. Свої функції активатора або пригнічувача (репресора) вони виконують самостійно або в комплексі з іншими білками.

Регуляція експресії генів за допомогою білкових факторів. Додаткові транскрипційні фактори – це велика родина білків, які регулюють експресію генів, зв’язуючись із короткими регуляторними послідовностями молекул ДНК

Додаткові транскрипційні фактори впізнаютьрегуляторні послідовності ДНК, розташовані або близько від промотора, або на відстані кількох тисяч нуклеотидів від гена, активність якого регулюється. Вони можуть або активувати, або знижувати експресію цього гена. Кожний специфічний транскрипційний фактор упізнає тільки власну ДНК­-послідовність. Один і той самий білок може бути і активатором, і репресором.

Гени, які кодують білки та РНК, що регулюють активність інших генів, називають генами-регуляторами Часто клітина повинна оперативно реагувати на зміни навколишнього середовища (почати поділ, синтез потрібних речовин тощо), тобто швидко запустити роботу потрібних генів. Для цього вона вже має деяку кількість потрібних регуляторних білків, що перебувають у неактивному стані. У активний стан їх переводять специфічні гормони.

Активація наявних регуляторних білків часто відбувається за рахунок утворення комплексу з відповідними молекулами-­акцепторами . У результаті цих процесів білок змінює свою просторову структуру і переходить з неактивного стану в активний .

Так, сигнальні молекули зв’язуються з рецепторами на поверхні клітинної мембрани клітини-­мішені й запускають усередині клітини каскад реакцій, який забезпечує передачу сигналу від клітинної мембрани до ядра. Саме за таким типом передаються у клітину сигнали, що спонукають її до мітотичного поділу. Р – залишок ортофосфатної кислоти;ТФ – транскрипційні фактори

Вплив упакування хроматину на ефективність транскрипції еукаріотичних генів. Активний синтез молекул РНК відбувається в неущільнених ділянках хроматину. Механізми активації чи пригнічення роботи еукаріотичних генів мають бути тісно пов’язані з процесами, що забезпечують конденсацію чи деконденсацію хроматину.

Гістони у транскрипційно неактивному хроматині є метильованими, а в активному вони ацетильовані. Метилування – введення до складу органічної сполуки метильної групи Ацетилування – введення до складу органічної сполуки залишку етанової (оцтової) кислоти

Контроль експресії генів під час дозрівання м. РНК Крім описаних процесів регуляції транскрипції, в еукаріотів діють механізми, які регулюють експресію генів за рахунок процесів альтернативного дозрівання м. РНК. Альтернативне дозрівання м. РНК – способи дозрівання м. РНК, за яких з однієї послідовності гена виникають різні (хоча і подібні) послідовності м. РНК. Воно може відбуватися в результаті двох процесів: альтернативного сплайсингу пре­м. РНК та редагування м. РНК.

Під час альтернативного сплайсингу деякі екзони можуть бути видалені подібно до інтронів. У результаті може утворитися декілька альтернативних молекул м. РНК. У разі редагування м. РНК послідовності м. РНК змінюються в результаті вставляння або видалення нуклеотидів чи заміни нітрогеновмісних основ усередині нуклеотидів.

Регуляція експресії генів на рівні ефективності перебігу трансляції Продуктивність трансляції може контролюватися специфічними білками, які в цитоплазмі зв’язуються з м. РНК, утворюючи нуклеопротеїнові комплекси – інформосоми. Білки інформосом, з одного боку, захищають м. РНК від розкладання на нуклеотиди, а з іншого – повністю блокують трансляцію. Отже, в клітині є «запас» довгоіснуючих молекул м. РНК, які за потреби можуть бути використані. Інші білки, зв’язуючись з м. РНК, можуть прискорювати розкладання м. РНК або блокувати посадження рибосоми на молекулу м. РНК.

Опрацювати параграф 29 Домашня робота