План: 1. Эволюция понятия «ген» . 2. Этапы биосинтеза белка. 3. Свойства гена. Классификация генов. 4. Особенности организации наследственного материала у прокариот. 5. Регуляция активности генов у прокариот и эукариот. 6. Репликация молекулы ДНК.
Центральная догма молекулярной биологии: ДНК РНК Белок Трансляция
Ген ДНК A G C T Нуклеотиды - структурные единицы гена Белок Полипептид 20 аминокислот Аминокислоты- структурные единицы белка
5’ 3’ ДНК - Смысловая цепь 5’ 3’ 3’ 5’ м. РНК ДНК - Кодогенная цепь (матрица) Матрицей для транскрипции м. РНК служит только одна – кодогенная цепь ДНК, обращенная к ферменту своим 3’-концом
Этапы биосинтеза белка. Транскрипция.
Этапы созревания м. РНК у эукариот – посттрансляционная модификация. Про-м. РНК Процессинг Сплайсинг м. РНК
Этапы созревания про-м. РНК: Процессинг и Сплайсинг.
м. РНК транспортируется из ядра в цитоплазму, где связывается вначале с малой, затем – с большой рибосомными субъединицами
1 - Инициация
Структура и функции т. РНК.
2 – Элонгация.
3 - Терминация.
Свойства гена: 1. Специфичность. Каждый структурный ген обладает только ему характерным порядком расположения нуклеотидов и детерминирует синтез определенного полипептида. 2. Целостность. При программировании синтеза полипептида ген вступает как неделимая единица. 3. Дискретность. Наличие субъединиц (мутон, рекон). 4. Стабильность. Гены относительно устойчивы. 5. Лабильность. Способность мутировать. 6. Плейотропия. Один ген отвечает за проявление нескольких признаков. 7. Экспрессивность – степень фенотипического проявления гена. 8. Пенетрантность – частота фенотипического проявления гена.
Классификация генов: 1. Структурные гены несут информацию: a) о белках-ферментах и гистонах; b) о последовательности нуклеотидов в различных видах РНК. 2. Функциональные гены: a) Гены-модуляторы. Усиливают или ослабляют действие структурных генов (ингибиторы, интенсификаторы, интеграторы, модификаторы). b) Гены, регулирующие работу структурных генов (регуляторы, операторы).
Особенности организации наследственного материала у про и эукариот Прокариоты Эукариоты ДНК Одна кольцевая молекула Линейная ДНК хромосом Локализация ДНК В цитоплазме В ядре Число точек начала репликации Одна Много Скорость репликации 1000 нукл|cек 100 нуклсек Структура гена Непрерывность Мозаичная, прерывистая Число транскрибирующих белков Сплайсинг (созревание м РНК) Ген регулятор Несколько (полицистрон) Всегда 1 полипептид Не требуется Требуется Один Несколько Индукторы транскрипции Ферменты гормоны
Генетическая система прокариот - оперон Регуляторная область Полицистронная единица транскрипции Структурные гены (цистроны) промотор оператор 1 2 Терминатор 3 Ген-регулятор Гены прокариот часто являются полицистронными и организованы в один оперон, кодирующий несколько белков!
Оперон – это группа структурных генов, управляемая одним геном оператором. В оперон также входит промотор с инициатором. Промотор – это место прикрепления РНКполимеразы – фермента, катализирующего реакции ДНК-зависимого синтеза м. РНК. Ген-оператор включает или выключает структурные гены для считывания информации. Ген-регулятор находится на некотором расстоянии от оперона и он постоянно активен и на его основе синтезируется белокрепрессор.
Регуляция экспрессии генов прокариот (на примере лактозного оперона). Белок-репрессор блокирует оператор. Индуктор связывает белок-репрессор. Оператор освобождается. РНК-полимераза осуществляет транскрипцию.
Единица транскрипции у эукариот – транскриптон. Он состоит из: Неинформативной (акцепторной) зоны: промотор с инициатором, группа операторов. Информативной (структурной) зоны. Образована структурным геном, разделенным на интроны и экзоны. Заканчивается транскриптон терминатором.
Генетическая система эукариот - транскриптон Регуляторные элементы Гены-регуляторы Единица транскрипции Регуляторные элементы Терминатор транскрипции Гены эукариот имеют прерывистую структуру (кодирующий фрагмент – экзон, некодирующий фрагмент – интрон) и кодируют только один белок!
Гены-регуляторы: энхансеры и сайленсеры
Транскриптон Неинформативная зона Гены-регуляторы Гены. Промотор операторы Информативная зона Структурный ген Экзоны Интроны Терминатор РНК-полимераза Про-и-РНК Белки репрессоры Процессинг – расщепление на фрагменты про-и-РНК и разрушение неинформативной части Индукторы Сплайсинг информативных фрагментов и-РНК Схема регуляции транскрипции у эукариот
Шесть уровней контроля регуляции экспрессии генов у эукариот.
Особенности реализации генетической информации у прокариот и эукариот. Бактерии Эукариоты
Организм-орган-клетка-ядро-хромосома-ДНК-ген Гены - это кодирующие участки ДНК, на которые приходится всего 1% от всей молекулы ДНК! Всего в геноме человека 30 - 40 тысяч генов Размер одного гена составляет 10 - 30 тысяч нуклеотидов
А. А. Начало репликации ДНК в точках Ori (Original replication).
Репликативные вилки движутся в противоположных направлениях от точки начала репликации. Участок ДНК от одной точки Ori до другой называется репликоном.
Условная схема репликации молекулы ДНК.
Схема образования "дочерних" цепей ДНК в репликативной вилке. Лидирующая цепь синтезируется непрерывно; отстающая цепь сшивается из фрагментов Оказаки после удаления РНК-затравок и заделывания брешей.