ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОВ Резяпкин Виктор Ильич

ОРГАНИЗАЦИЯ ГЕНОВ Резяпкин Виктор Ильич доцент кафедры биохимии v. rezyapkin@grsu. by

• Найдено животное с самым большим количеством генов • У дафнии генов больше, чем у любого другого животного из тех, чьи геномы уже расшифрованы. • В геноме (200 миллионов п. о. ) D. pulex содержится как минимум 30, 9 тысячи генов - в геноме человека насчитывается около 23 -25 тысяч генов. • Многие гены являются результатом дупликации.

Ген - единица наследственной информации, занимающая определенное положение в геноме и контролирующая выполнение определенных функций в организме

• Гены – участки ДНК, кодирующие полипептидные цепи или РНК • Белок, состоящий из различных полипептидных цепей, кодируется несколькими генами

• Одни полипептидные цепи митохондриального белка могут быть закодированы в ядерном геноме, другие в митохондриальном. • Синтез одних полипептидных цепей будет осуществляться в цитоплазме, других в митохондриях • Внутри митохондрий после транспорта полипептидов из цитозоля будет образовываться нативный митохондриальный белок

• Гены могут быть уникальными – представленными одной копией – и повторяющимися. • Гены гистонов могут представлены у некоторых видов до 1000 копиями, гены р. РНК являются повторяющимися • Число генов р. РНК за счет амплификации в яйцеклетках амфибий может увеличиться в 3 раза • Гены могут располагаться на одной или разных цепях

• Гены могут перекрываться со сдвигом рамки считывания без сдвига рамки считывания • Если гены перекрываются без сдвига рамки считывания, то закодированные в них полипептиды будут иметь в области перекрывания идентичные аминокислотные последовательности

• Фаг G имеет один нуклеотид, принадлежащий 3 генам • Гены митохондрий могут перекрываться на один нуклеотид • Родственные гены, располагаясь рядом, образуют кластер (гены гистонов, гены р. РНК)

• Тандемный кластер генов образован повторяющими единицами, состоящими из единицы транскрипции (1) и нетранскрибируемого спейсера (2)

• Повторяющаяся единица кластера гистоновых генов Drosophila melanogaster. Стрелкой указано направление транскрипции генов

• Все гены можно разделить на две группы: • Конститутивные гены ( « гены домашнего хозяйства» ) постоянно включены: они функционируют на всех стадиях онтогенеза и во всех тканях. • К ним относятся гены т. РНК , р. РНК, ДНК-полимеразы, РНК- полимеразы , рибосомальные белки, гистонов, гены, контролирующие постоянно протекающие обменные процессы (гликолиз).

• Индуцибельные гены ( «гены роскоши» ) могут включаться и выключаться. • К индуцибельным генам относятся гены, контролирующие ход онтогенеза и гены, определяющие структуру и функции компонентов клетки и целостного организма. • Включение индуцибельных генов называется индукцией , выключение – репрессией.

• Псевдогены – аналоги генов, но не экспрессируются с образованием функционально активного продукта • Причины нарушение транскрипции нарушение созревания РНК нарушение трансляции другие причины

• Гены состоят из регуляторной и транскрибируемой областей. • Регуляторная область гена обеспечивает инициацию транскрипции транскрибируемой области гена. • Транскрибируемая область несет информацию о полипептидной цепи или об определенных типах РНК (т. РНК, р. РНК и др. ). • Остановка транскрипции осуществляется в дистальной области гена – терминаторе.

• У прокариот гены могут быть считаны с одного промотора в виде единой молекулы РНК, в результате трансляции которой образуется несколько полипептидов. • Р – промотор, Т – терминатор.

• Гены прокариот имеет оперонную организацию

• Гены, кодирующие белки, у прокариот могут быть также одиночными генами.

• Гены р. РНК прокариот имеют оперонную структуру. • В состав таких оперонов входят гены т. РНК • Гены т. РНК прокариот могут быть представлены одиночными генами или объединены в составе оперона А – оперон, содержащий гены р. РНК и т. РНК; В – оперон, содержащий гены т. РНК

У эукариот гены устроены сложнее. Структура кодирующей и регуляторной зоны выглядит значительно более сложно Регуляция транскрипции эукариот отличается тремя важными особенностями 1. У эукариот функционируют три РНК–полимеразы • РНК-полимераза I считывает гены 18 S, 28 S, 5, 8 S р. РНК • РНК-полимераза II обеспечивает синтез и. РНК и некоторых мя. РНК • РНК-полимераза III считывает гены т. РНК, 5 S р. РНК и гены других мя. РНК

2. РНК-полимераза не может самостоятельно инициировать транскрипцию. Для инициации транскрипции необходимы факторы транскрипции 3. На скорость транскрипции могут оказывать большое количество белков. Эти белки связываются с энхансерами или сайленсерами

Рассмотрим контролирующую зону РНК- полимеразы II 1. Контролирующая зона РНК-полимеразы II состоит • из промотора, на котором образуется комплекс РНК- полимеразы и общих факторов транскрипции • из регуляторных последовательностей, с которыми связываются регуляторные белки

• Общие факторы транскрипции – их шесть: TFIIA, TFIIB, TFIID, TFIIE, TFIIF, TFIIH • Одна из субъединиц TFIIH обладает протеинкиназной активностью и способна фосфорилировать молекулу РНК-полимеразы II. • Ее фосфорилирование необходимо для инициации транскрипции • Общие факторы транскрипции могут инициировать транскрипцию в бесклеточных системах

• Схема сборки транскрипцион- ного комплекса

Транскрипционный комплекс • В состав транскрипционного комплекса входят белки, которые помогают РНК-полимеразе разрушать нуклеосомы

КОДИРУЮЩАЯ ЧАСТЬ ГЕНА • Первичные транскрипты эукариот гораздо длиннее м. РНК • Причина этого - гены эукариот состоят из экзонов и интронов

• Число интронов с усложнением организации живых существ возрастает: У дрожжей 95 % генов не содержат интроны У дрозофилы 17 % генов не содержат интроны У млекопитающих 6 % генов не содержат интроны

• Длина экзонов – 100 -600 п. н.

Длина интронов варьирует от нескольких десятков до десятков тысяч п. н.

• Общая длина интронов часто превышает общую длину экзонов. • В гене овальбумина кур из 7000 п. н. на долю экзонов приходится 1872 п. н. • На границе интрон-экзон имеется каноническая пара нуклеотидов

Характеристика экзонов и интронов некоторых генов. длина интроны организм экзон чис общая продукт гена ов, пн ло длина, пн аденозиндезаминаза человек 1500 11 30000 аполипротеин B человек 14000 28 29000 β-глобин мышь 432 2 762 митохондрии цитохром b 2200 6 5100 дрожжей дигидрофолатредуктаза мышь 568 5 31500 эритропоэтин человек 582 4 1562 фактор V[1] человек 9000 25 177000 фиброин шелка шелкопряд 18000 1 970 гипоксантин- фосфорибозилтрансфераз мышь 1307 8 32000 а α-интерферон человек 600 0 0

• В случае альтернативного сплайсинга экзоны обычно выстраиваются в той же ориентации, в какой они располагались в гене • Альтернативный сплайсинг гена Broad-Complex дрозофилы б – ДНК в - и. РНК

Насколько необходимы интроны • В некоторых случаях удаление интронов в генах приводят к гибели организма • В пределах интрона может находится другой ген. Этот ген может содержать свой интрон

• У инфозории происходит удаление участков, соответствующих интронам, на уровне ДНК • Это происходит при созревании ДНК микронуклеуса • В процессе удаления может происходить перетасовка участков, соответствующим экзонам

Спасибо за внимание