План 1 Строение ДНК и РНК Репликация

* План 1. Строение ДНК и РНК. Репликация ДНК и биосинтез белков. 2. Организация наследственного материала. Строение генетического материала у прокариот и эукариот. 3. Механизмы реализации генетической информации. 4. Регуляция экспрессии генов у прокариот и эукариот. а) Функционально-генетическая классификация генов. б) Регуляция работы генов. 5. Генетическая инженерия, ее задачи, методы и возможности – самостоятельно

* Признаки организма формируются под действием генов, что происходит в результате ряда биохимических реакций. ДНК репликация и-РНК транскрипция белок трансляция Такой путь передачи наследственной информации Френсис Крик (1958) назвал «центральной догмой молекулярной биологии» .

Современная трактовка центральной догмы молекулярной биологии: «Генетическая информация, записанная в виде определенной последовательности нуклеотидов молекулы ДНК, обеспечивает синтез определенного белка-фермента, который катализирует течение соответствующей биохимической реакции, в результате чего проявляется признак» .

Схема реализации генетической информации Другие гены ГЕН (ДНК) и-РНК Белок (фермент) Биохимиче ская реакция признак другие признаки ФАКТОРЫ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ Проявление действия конкретного гена зависит от среды и от действия других генов.

* Экспрессия гена = экспрессия генетической информации = работа гена или проявление гена. КЛАССИФИКАЦИИ ГЕНОВ 1. По функциям гены подразделяются на структурные и функциональные. Структурные гены несут информацию о белках-ферментах и гистонах, о последовательности нуклеотидов в различных видах РНК. Среди функциональных генов выделяют: 1. гены-модуляторы, усиливающие или ослабляющие действие структурных генов (ингибиторы (супрессоры), интенсификаторы, интеграторы, модификаторы) 2. гены, регулирующие (регуляторы и операторы) работу структурных генов

2. Классификация последовательностей ДНК: 1) Уникальные последовательности (1 последовательность в геноме) – входят в состав структурных генов и несут информацию о структуре полипептидов. Содержат информативные участки – экзоны и неинформативные участки – интроны. 2) Повторяющиеся последовательности – (повторяются десятки, сотни, миллионы раз) – являются промоторами, регулируют репликацию ДНК, участвуют в кроссинговере, разделяют экзоны и интроны в транскриптоне. 3) Транспозоны ( «прыгающие гены» ) – подвижные генетические элементы, способные встраиваться в хромосому и перемещаться вдоль нее.

3. По месту действия гены подразделяют: 1) функционирующие во всех клетках (например, гены, кодирующие ферменты энергетического обмена); 2) функционирующие в клетках одной ткани (например, гены, детерминирующие синтез миозина в мышечной ткани); 3) специфичные для одного типа клеток (например, гены гемоглобина в незрелых эритроцитах). В различных клетках в разное время работают разные гены. Поле действия гена – область проявления действия гена – (например, гены, детерминирующие развитие папиллярных узоров на пальцах, ладонях и стопах). Время действия гена - это период его функционирования (например, гены, детерминирующие синтез половых гормонов, работают с момента полового созревания, а к старости их функция снижается).

Регуляция работы генов у прокариот. Схема регуляции транскрипции у прокариот (гипотеза оперона) была предложена Ф. Жакобом и Ж. Моно в 1961 г. на примере лактозного оперона. Оперон – группа структурных генов управляемых одним геномоператором. Оперон – участок ДНК, на котором синтезируется и-РНК, определяющая синтез белка Ген-регулятор не является частью оперона, он активен постоянно и на основе его информации через и-РНК синтезируется особый белок-репрессор. Белок-репрессор связывается индуктором.

Включение оперона в работу происходит вследствие поступления в клетку негенетического фактора – индуктора, который связывает активную форму белка-репрессора, тем самым деблокирует геноператор. Для каждого оперона имеется свой специфический индуктор. 5 а б 2 3 АВС 6 7 4

1. а- ген промотор б – ген инициатор Промотор с инициатором определяют начало работы РНКполимеразы – фермента, который включает транскрпицию 2. ген-оператор – включает и выключает работу структурных генов 3. система структурных генов, которые работают непостоянно и определяют одно из звеньев метаболизма 4. ген-терминатор – определяет окончание транскрипции 5. ген-регулятор – не входит в оперон и постоянно активен, на его основе синтезируется белок-репрессор 6. белок-репрессор – способен блокировать ген-оператор 7. субстрат-индуктор

Регуляция работы генов у эукариот Схема регуляции транскрипции у эукариот разработана Георгием Павловичем Георгиевым (1972 г. ) и получила название гипотезы транскриптона. Принцип регуляции (обратная связь) сохраняется, но механизмы ее более сложные. В прокариотической клетке наследственный материал и аппарат биосинтеза белка пространственно не разобщены, поэтому транскрипция и трансляция происходят почти одновременно. У эукариот эти два этапа: 1. разделены пространственно (ядерной оболочкой); 2. разделены во времени (их разделяют процессы созревания м. РНК, из которой должны быть удалены неинформативные последовательности интроны).

Единица транскрипции у эукариот называется транскриптоном. Он состоит из неинформативной (акцепторной) и информативной (структурной) зон. Работу транскриптона регулирует несколько генов-регуляторов, дающих информацию для синтеза нескольких белковрепрессоров.

ТРАСКРИПТОН Неинформативная зона 5 А В С а 1 б 2 А В С и 3 э 7 А В С 6 Информативная зона А В С 1. а – промотор б – оператор 2. Группа генов-операторов 3. Структурный ген (разделен на интроны и экзоны) 4. терминатор 5. Гены-регуляторы 6. Белки-репрессоры 7. Факторы-индукторы и 4 э