A strukturális és szabályozó gének osztályozása

A DNS biológiai információt tartalmaz, amely a test sejtjeinek kifejlesztésére irányuló program.

A DNS legfontosabb biológiai funkciója a tárolás, az állandó önmegújítás, az önreprodukció és a genetikai információ átadása a sejtben.

Genom - a génkészlet sejtekben egy haploid kromoszómák. A genom fajspecifikus és 3 x 10 9 pár nukleotidot tartalmaz emberekben. 80-100 ezer gént tartalmaz. A teljes hosszúságú DNS-t a kromoszómák a diploid 174 cm. A humán genom kapcsoltsági csoport 23 nő és 24 kapcsoltsági csoportot a férfiak, jelenléte miatt a 23 párosított kromoszómák X vagy Y kromoszómát, míg a nők csak az X és X kromoszómák.

Jelenleg minden gén függvényenként oszlik: I - szerkezeti; II - funkcionális.

I. Strukturális gének - 35 - 40 ezerről van szó, és információkat hordoznak:

• a fehérje enzimekről,
• a hisztonokról,
• a különböző típusú RNS-ek nukleotidjainak szekvenciájáról.

Struktúránként a szerkezeti géneket a következőkre osztják:

• független gének vagy egyedi,
• ismétlődő gének,
• szakaszos gének.

A független gének olyan gének, amelyek transzkripciója nem kapcsolódik más gének transzkripciójához. Tevékenységük hormonokkal szabályozható.

Az ismétlődő gének önmagukban gének, amelyek ismétlődő formában lehetnek, több százszor megismétlődve, szorosan egymás után. Egyetlen gén több száz ismétlődését tandemnek nevezik.

A géncsaládok egy peptidcsoportot kódoló gének csoportja. Például: a hemoglobin alfa-globin láncának 4 génje 16 kromoszómán helyezkedik el, és egy családot alkot. A hemoglobin béta-globin láncának második családja a 11 kromoszómában található.

A mérsékelten ismétlődő szekvenciák a teljes genom 1% -tól 90% -ig terjedhetnek, azaz csak 10% DNS-t vezetnek.

A gén klaszterek különböző gének csoportjai, amelyek a kromoszómák bizonyos helyszínein találhatók és közös funkciók. Például a hiszton fehérjék H2A, H2B, H3, H4.

A szakaszos gének olyan gének, amelyekben vannak kódoló és nem kódoló triplet szekvenciák. Ez sok olyan eukarióta gén szerkezetének megkülönböztető jellemzője, amelyet "mozaiknak" neveznek. a gének szemantikai részének szerkezeti megszakadása. Az emberi genomban, a nem folyamatos gének mellett a cisztron szerkezet (minden triplet kódoló) génjei, például tRNS, rRNS gének vannak.

II. A funkcionális gének felosztásra kerülnek:

• gének - modulátorok, amelyek fokozzák vagy gyengítik a szerkezeti gének (inhibitorok, integrátorok, módosító szerek) hatását;
• olyan gének, amelyek szabályozzák a szerkezeti gének (szabályozók, operátorok és írásjelző gének) munkáját;
• az onkogének sejtes vagy virális gének, amelyek kifejeződése neoplazmák kialakulásához vezethet;
• protoonkogének - normál sejtes gének, amelyek amplifikációja vagy funkcióváltozása onkogénekké alakítja;
• tumorszuppresszorok - sejtciklusok, amelyek szabályozzák a sejtciklus szakaszait, amelyek inaktiválása jelentősen megnöveli a neoplazma kialakulásának valószínűségét; funkciójuk helyreállítása ellenkezőleg, elfojtja a tumorsejtek növekedését.

A prokarióta gének expressziójának szabályozása az indukció és a korepresszió típusával (operon modellje).

A génexpresszió genetikai kontrollának általános elvei

A szerkezeti gének aktiválása génszabályozó és génkezelő segítségével történik. Normális körülmények között a génszabályozó aktív és szintetizálja a fehérje szabályozóit. Ha a fehérje szabályozó kölcsönhatásba lép a promoter egy részét elfoglaló operátorral, az RNS polimeráz nem tud kapcsolódni a promoterhez, a transzkripció nem fordul elő. Az ilyen fehérjét represszornak nevezik, a génexpresszió szabályozása negatív. Ha a kezelõi terület a promóter elõtt helyezkedik el, az RNS polimeráznak a promoterhez való kötõdését megkönnyíti a szabályozó fehérje, és az operátor kiváltja a transzkripciót a szerkezeti génekbõl. Az ilyen fehérjéket aktivátoroknak nevezik, a génexpresszió szabályozása pozitív.

A nem-genetikai tényezők szerepe a génaktivitás szabályozásában

A gén expresszió szabályozását a transzkripció szakaszában nem genetikai tényezők, ún. Effektorok is elvégezhetik. Ezek közé tartoznak a nem fehérje jellegű anyagok. A fehérje szabályozóival való kölcsönhatás során megváltoztatják a kezelőhöz való kapcsolódási képességüket. Az operátor szabad marad, transzkripciót vált ki a szerkezeti génekből, az effektor teljesíti az induktor (inger) szerepét. Az effektorok szintén szerepet játszhatnak a corepresszorok szerepében, megakadályozva a transzkripciót. A fehérje-represszort aktív állapotba fordítják, amelyet az operátor blokkolja, és a transzkripció leáll.

A prokarióták génexpressziójának szabályozása

A szabályozás mechanizmusát mikroorganizmusok tanulmányozták F. Jacob és J. Mono francia tudósok 1961-ben. A prokarióta transzkripció szabályozására operon modellt javasolt. Az operon egy szorosan kapcsolódó szerkezeti és funkcionális gén blokkja (promoter, operátor, terminátor). A szerkezeti gének szekvenciája meghatározza a biokémiai reakciók egy láncában résztvevő fehérjék csoportjának szintézisét. Az operon modell feltételezi egyetlen szabályozási rendszer létezését, vagyis az egyik operonba egyesített szerkezeti géneknek van egy közös génje - a promoter, a gén-operátor és a terminátor gén. A strukturális génekből egyetlen polisztirol mRNS-t transzkripálunk, majd levágjuk és a házi peptideket szintetizáljuk. A transzkripció szabályozását E. coli-ban vizsgáljuk, az indukció és a korespresszió típusával megy végbe.

A génaktivitás szabályozása az indukció típusával

A gén expresszió szabályozásának egyik példája az indukció típusa lehet a laktóz-operon. A kísérletben megjegyezték, hogy a laktóz bevitele a tápközegbe három enzim jelenik meg a sejt citoplazmájában. A laktóz az enzim szintézisének indukciójaként működik - hasítás, amely a szubsztrátot a baktériumok élettartamához szükséges termékké alakítja át. A laktóz megköti a fehérje-represszort, megváltoztatja tercier struktúráját, elveszíti a gén-operátorral való kapcsolódási képességet. Egy szabad gén - egy operátor tartalmaz egy operont, az RNS polimeráz kölcsönhatásba lép egy promoter génnel és a polikristályos mRNS transzkripcióját strukturális génekből hajtják végre. (11. ábra) A laktóz-táptalaj eltávolítása után a felszabadult fehérje-represszor ismét blokkolja a gént - a kezelő és az operon kikapcsol, a transzkripció leáll.

A génaktivitás szabályozása a társexpresszió típusának megfelelően

A baktériumok, a szabályozás rendszert ismertetnek, amely fordítja strukturális gének aktívak az inaktív állapotú, koncentrációjától függően a végtermék a citoplazmában bizonyos biokémiai reakciók. Ennek egyik példája a triptofán operon, ez egy olyan rendszer folyamatosan kódoló szintézisét esszenciális aminosav - triptofán. A túlzott mennyiségű ez az aminosav, vagyis a végtermék, aktiválja a protein - represszor gén gátolja - az operátor és a transzkripciós megszűnik, triptofán szintézist leállítjuk (12. ábra).

Így az operon modell önszabályozó rendszer, a visszacsatolás elvén működik és adaptív jellegű. Az enzim szintézisét a reakció szubsztrát (induktor) sejtjébe való belépés váltja ki, és a feleslegben megszűnik, és a végtermék az alapváltozóként működik.

A génmunka szabályozása eukariótákban

Az eukarióták transzkripciójának szabályozását GP Georgiev (1972) dolgozott ki. A visszacsatolás típusának szabályozása megmarad, de mechanizmusai összetettebbek. Ez a nukleáris boríték megjelenésének és a transzkripció és a fordítási folyamatok időbeli és térbeli elváltozásának köszönhető.

Az eukarióta transzkripciós egységet transzkriptonnak nevezik. Nem informatív (akceptor) és informatív (szerkezeti) zónákból áll. A nem informatív zóna egy promoterrel és iniciátorral kezdődik, amelyet egy operátorgének csoportja követ, és egy informatív zóna található. Az információs zónát strukturális gén alkotja, amely exonokra és intronokra oszlik. A transzkript terminátorral végződik.

Most megállapították, hogy az eukarióták transzkripciójának szabályozása kombinált jellegű. Ez azt jelenti, hogy a gének megszervezésére szolgáló operon modell hiánya és az egy lánc biokémiai reakcióinak enzimjeinek szintézise nem rendelkezik egyetlen szabályozott rendszerrel.

A transzkripton munkáját számos génszabályozó szabályozza, és számos represszor fehérje szintetizálódik.

Az eukarióta sejtekben lévő induktorok komplex molekulák (hormonok és egyéb anyagok), számos enzim szükséges a hasadáshoz. Az induktorok felszabadítják a géneket - az operátorokat a fehérje-represszoroktól, az RNS-polimeráz kiváltja az átírást. Először egy nagy mRNS prekurzor molekulát szintetizálunk, amely leírja az összes információt. A feldolgozás után az RNS neminformatív részének enzimatikus megsemmisülése megtörténik és az informatív részek enzimek - restrikciós enzimjeinek hasítása az exonoknak megfelelő fragmensekké válik. A monokisztron mRNS szintézise (13. A transzkripton ugyanúgy kapcsol be és ki, mint az operon.

Eukarióta genom vannak egyedi DNS nukleotid-szekvenciák (egy, a genomban) emberekben, ezek teszik akár 56%. Egyedi DNS egy része strukturális gének, és tájékoztatást nyújt az elsődleges szerkezetét polipeptidek. Sőt, eukarióta genomokban tartalmazott nukleodidov szekvencia ismétlődő. Ezek a gének a különböző funkciók azok a promoterek szabályozzák a DNS-replikáció részt crossing-over, elválasztjuk exonok és intronok és más aktivitását organizmusok miatt a funkcionális aktivitását elsősorban egyedi gének, és ez viszont függ a belső környezet a test (hormonok. és mások), valamint a környezeti feltételek.