Регуляція активності генів.

Відомо, що гени не проявляють постійної активності. Ген перебуває в неактивному стані, але коли є необхідність, він активується, і це зумовлює синтез відповідного білка. Таким чином, клітинам властивий механізм, що контролює кількість будь-якого ферменту в певний проміжок часу. Синтез білків регулюється генетичним апаратом і факторами внутрішнього і зовнішнього середовища.

Функціональна нерівнозначність клітин і пов'язана з нею репресія й активація генів давно привертали увагу генетиків. Перша спроба пояснити регуляторну активність генів були зв'язані з вивченням білків-гістонів. Ще чоловік і дружина Стедман на початку 40-х років нашого століття одержали перші чіткі результати про розходження в хімічній природі білків-гістонів. Подальші дослідження показали, що регуляція генної активності є більш складним процесом, ніж проста взаємодія ділянок генів з молекулами білків-гістонів.

У 1961 р. французькі біологи Ф.Жакоб і Ж.Моно запропонували механізм регуляції генів, який було названо гіпотезою оперона. Згідно цієї теорії регульована одиниця транскрипції (оперон) складається з наступних структурних частин:

· Структурні гени - ділянки ДНК, які кодують іРНК конкретних білків.

· Ген-регулятор - контролює утворення білка-репресора, за допомогою якого керує функціонуванням структурних генів.

· Промотор - ділянка ДНК, до якої приєднується РНК-полімераза і з якої розпочинається транскрипція. У цій ділянці відбувається взаємне розпізнавання унікальної послідовності нуклеотидов у ДНК і специфічній конфігурації білка РНК-полімерази. Від ефективності розпізнавання залежить здійснення процесу зчитування генетичної інформації з даної послідовності генів оперона, що примикає до промотору.

· Оператор - ділянка промотора, яка вмикається або вимикається білком-репресором. Репресор або зв'язується з оператором і пригнічує його активність, або не зв'язується з ним і дозволяє виявляти активність структурним генам. Таким чином, репресор є негативним регулятором. Геном-оператор безпосередньо зчеплений з групою структурних генів.

· Термінатор – ділянка ДНК, яка несе сигнал про зупинку транскрипції.

Усі названі елементи функціонування генів входять до складу оперона.

Отже, оперон - це послідовність спеціальних функціональних сегментів ДНК та структурних генів, які кодують синтез певної групи білків одного метаболічного ланцюга. Оперон служить одиницею транскрипції, тобто з нього списується одна молекула і-РНК.

Регуляція експресії всіх генів відбувається на різних рівнях:

1. Регуляція на генному рівнівідбувається шляхом

- модифікації ДНК (наприклад, заміна цитозіна або гуаніна на метіл-цитозін або метіл-гуанін; метилювання азотистих основ знижує активність генів);

- більшення об'єму ДНК шляхом диференціальної ампліфікації ДНК (наприклад, багатократне копіювання генів рРНК) або за рахунок утворення політенних хромосом;

- програмовані кількісні зміни ДНК (наприклад, зміна орієнтації промотора);

- сплайсинг ДНК (наприклад, вирізування ділянок генів, що кодують антитіла);

- димінуція хроматину – необоротна втрата частини генетичного матеріалу в соматичних клітинах деяких організмів (інфузорій, аскарид, циклопів);

- зміна активності цілих хромосом (наприклад, інактивация однієї з двох X–хромосом у самок ссавців);

- зміна послідовностей ДНК за допомогою рухомих генетичних елементів, наприклад, транспозонов.

2. Регуляція на рівні транскрипції– шляхом регуляції транскрипції мРНК. Інтенсивне функціонування окремих генів або їх блоків відповідає певним етапам розвитку і диференціювання. Регуляторами транскрипції у тварин часто є стероїдні гормони.

3. Регуляція на рівні сплайcінга (модифікації посттрансляції мРНК) – забезпечує можливість утворення різних типів зрілої, функціонально активної мРНК. Процесінг РНК регулюється за допомогою рібозімов (каталізаторів рібонуклеїнової природи) і ферментів матураз. Деякі генетичні захворювання людини (фенілкетонурія, деякі гемоглобінопатії) обумовлені порушенням сплайсинга.

4. Регуляція на рівні трансляції– обумовлена різною активністю різних типів мРНК.

5. Регуляція на рівні модифікації посттрансляції білків– регулюється шляхом модифікації посттрансляції білків (фосфорилюванням, ацетилюванням, розщеплюванням початкового поліпептідного ланцюга на дрібніші фрагменти тощо).

Розглянуті приклади свідчать про різноманіття способів реалізації генетичної інформації шляхом регуляції активності самих генів або їх продуктів.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Природа гена.	\|	На самоопрацювання.

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.