Строение генов прокариот и эукариот n Ген

Строение генов прокариот и эукариот

n «Ген это – совокупность сегментов ДНК, обуславливающих образование либо молекулы РНК, либо белкового продукта» . Сингер М. и Берг П. «Гены и геномы» (1998)

Количество генов, определяющих развитие и функционирование некоторых органов и тканей человека n Кожа (около 700) n n n Глаз (более 500) Сердце (более 1200) Печень (более 2000) Семенники (около 400) Белая клетка крови (более 2000) Мозг (более 3000) Лёгкие (около 2000) Кишечник (около 1500) Матка (около 2000) Эритроцит (8)

Классификация генов (I) n n 1. Конститутивные гены Гены общеклеточных функций или гены «домашнего хозяйства» постоянно находятся в активном состоянии. Их активность в малой степени зависти от состояния внешней среды (организма), т. е. практически не регулируется. 2. Гены «роскоши» Контролируют строго специализированные, специфические функции клетки.

Функции генов n n 1. Конститутивные гены кодируют белки-ферменты, которые принимают участие в жизненно важных для клетки метаболических процессах (гликолиз, цепь передачи электронов, синтез ДНК, аминокислот и т. д. ), т. е. обеспечивают жизнедеятельность клетки.

Функции генов n n 2. Гены «роскоши» Контролируют белки, которые обеспечивают функционирование физиологических систем организма – его защитных свойств, процессов дыхания, выделения, кровоснабжения, пищеварения и т. д. К таким генам относятся гены, контролирующие синтез гемоглобина, иммуноглобулина и др. В отличии от генов «домашнего хозяйства» «гены роскоши» находятся под жёстким контролем организма и имеют сложный аппарат регуляции.

Классификация генов (II) n n n 1. Структурные гены 2. Регуляторные гены 3. Гены модификаторы (модуляторы)

n n 1. Структурные гены Гены, в последовательности нуклеотидов которых закодирована информация о: А) последовательности аминокислот в белке Б) последовательности нуклеотидов в р. РНК и т. РНК

Расположение структурных генов в отрезке молекулы ДНК хромосомы n В настоящее время в геноме человека насчитывается примерно 30 тысяч структурных генов. n Длина всей ДНК в клетке человека примерно 1, 5 метра, n ДНК всех генов в клетке занимает всего 3 - 10 %. Гены Неинформативные участки ДНК

n n 2. Регуляторные гены Гены, которые регулируют активность структурных генов

Типы регуляторных генов n n А) Гены, с которых транскрибируются регуляторные РНК. Они не принимают непосредственного участия в синтезе белка, а регулируют отдельные стороны этого процесса (транскрипцию, процессинг и т. д. ). Например, малые ядерные РНК (мя. РНК) обладают ферментативной активностью и принимают участие в разнообразных генетических процессах, например в процессе созревания РНК. Как ферменты они получили название – рибозимы.

Типы регуляторных генов n n n Б) Гены, которые несут информацию о структуре регуляторного белка. На них транскрибируется и. РНК. От структурных генов они отличаются тем, что на этих генах кодируется информация о регуляторном белке, который принимает участие в регуляции активности различных генетических процессов (транскрипции, трансляции, репликации, репара-ции и т. д. ). Эти белки способны взаимодействовать с регуляторными областями ДНК (например с оператором) или связываться с РНК- или ДНКполимеразой.

n n 3. Гены модификаторы (модуляторы) Гены, которые смещают в том или ином направлении скорость течения различных биохимических процессов

Особенности организации генов про- и эукариот n n Наименьшей функциональной областью в ДНК является совокупность состоящая из: 1) структурного гена, 2) регуляторных зон и 3) регуляторных генов.

n n Регуляторные области – это участки ДНК на которых осаждаются белкирегуляторы. Их функция – регуляция транскрипции. Типы зон: а. Зоны располагающиеся близко от гена, который они контролируют контролирующие зоны. б. Зоны располагающиеся далеко от контролируемого гена - модуляторы.

n Гены-регуляторы – это гены, кодирующие белки-регуляторы, контролирующие работу структурных генов

Строение оперона прокариот 5’ 3’ Активатор Промотор Оператор Лидерная последовательность Структурный ген 1 Структурный ген 2 Структурный ген 3 Трейлерная последовательность Сайт начала транскрипци и Регуляторная зона Терминатор Кодирующая область ОПЕРОН

n Активатор регулирует активность гена. К нему присоединяется белок, способный облегчить присоединение РНК-полимеразы к промотору или, наоборот, затормозить этот процесс.

n Промотор узнается ферментом РНКполимеразой и является местом ее прикрепления (сайт узнавания – ТАТАбокс)

n n Оператор регулирует активность гена с помощью прикрепляемого к нему регуляторного белка. Происходит «включение» или «выключение» транскрипции

n Кодирующая область (собственно ген) начинается с сайта инициации (стартовый кодон). С этого участка РНК-полимераза, проходя через структурный ген, начинает синтезировать РНК.

n n Терминатор – точка окончания синтеза РНК Область, располагающаяся между сайтом инициации и терминации, транскрибируется как одна нить РНК и носит название единица транскрипции

Виды терминирующих областей: n n n А) в терминирующей области располагается один из бессмысленных кодонов (УАА, УАГ, УГА), не кодирующий ни одну аминокислоту Б) Сигналом к окончанию транскрипции могут быть определённые короткие последовательности ДНК (не бессмыслен-ные кодоны), к этим последовательностям прикрепляется белок, который прекращает транскрипцию. Ц Г В) в зоне терминатора ДНК может Г Ц формировать «шпильки» , которые и приводят А Т к окончанию транскрипции

n n n Лидерная область включает или отключает транскрипцию и. РНК Л. О. транскрибируется, т. е представлена в молекуле и. РНК, но в рибосомах не транслируется, т. е. область не представлена аминокислотной последовательностью в белке. Лидерная последовательность обладает способностью приобретать форму шпильки в том случае, когда транскрипция данного гена клетке не нужна.

n n Трейлерная область принимает участие в «созревании» и. РНК Трейлерная последовательность транскрибируется на и. РНК и является сигналом для формирования поли(А) хвоста при «созревании» про-и. РНК

n n Особенность функционирования оперона у прокариот: 1) одна регуляторная область оперона (активатор, промотор, оператор, стартовый кодон и др. ), как правило, обслуживает несколько структурных гена. 2) между структурными генами располагаются последовательности ДНК не несущие никакой информации. Эти последовательности называют спейсерами РО Ст. Г 1 Ст. Г 2 Ст. Г 3 СПЕЙСЕРЫ Ст. Г 4

Строение функционирующего гена эукариот n n n Ген эукариот так же как и у прокариот функционирует только совместно с регуляторными зонами. Такой тандем у эукариот не называется опероном. Ген эукариот представляет собой в основном кодирующую часть ДНК, а регуляторные зоны – не кодирующую ДНК.

Регуляторные участки гена 1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) Стартовый кодон – сайт (место) начала транскрипции Терминатор – сайт окончания транскрипции. Лидерная последовательность. Трейлерная последовательность Промотор Контролирующие зоны располагаются вблизи от обслуживаемого гена. Модуляторы (энхансеры, сайленсеры) – располагаются вдали от гена.

Ген (кодирующая часть) n n 1) Экзоны – информативные участки гена эукариот 2) Интроны – неинформативные участки гена эукариот

Отличия кодирующих частей прокариот и эукариот n n 1. У эукариот кодирующая область представлена не несколькими генами, а одним геном. Каждый ген у эукариот имеет свою регуляторную область. 2. Если в генах прокариот не кодирующие участки практически отсутствуют, то ген эукариот имеет мозаичное строение – в нём чередуются участки, несущие информацию о последовательности аминокислот в белке и не несущие её.

Строение генов эукариот 5’ Контролирующие области Модуляторы 3’ ЭКЗОН ИНТРОН Промотор Трейлерная последовательность Лидерная последовательность Сайт начала транскрипци и Регуляторная область Терминатор Кодирующая область

n n К модуляторам относят энхансеры (усиливают транскрипцию с некоторых эукариотических промоторов) сайленсеры (обладают противоположным действием по отношению к энхансерам), оказывают дистанционное влияние на инициацию транскрипции независимо от своей ориентации относительно кодирующей области.