Строение лактозного оперона кишечной палочки

Лактозный оперон E coil включ след элементы: 3 гена, кодирующих белки ферменты: B-галактозидазу, пермеазу и трансацетилазу, участвующие в метаболизме лактозы и транспорте её в клетку, и регуляторной области. Регуляторная область, в свою очередь, сост из промотора, оператора– последовательности нуклеотидов для связ белка репрессора, а также последовательности нуклеотидов для связ белка активатора. Активность генов контролир регуляторным геном Lac1.

Репликация ДНК. Особенности репликации у эукариот. Теломеры и теломеразы, их билогическое значение.

Репликация(самоудвоен ДНК) иниц, элонгац, терминац.

Протекает во время S-периода интерфазы. В результате реплик хромосомы станов 2хроматидные. Реплик протекает полуконсервативным образом (это значит что в каждой из дочерних молекул ДНК одна цепь отстает от материнской, 2-я полинуклеотидная цепь синтезир-ется заново. Такой способ обеспечивает максимальную точность распределения наследственной инф. В молекуле ДНК сущ регуляторные участки обозначающие начало репликации (они называются точки Ori) В этом месте ферменты раскручивают молекулу ДНК разрывают водород связи между комплементарными основаниями. При этом формируется глазок репликации. У покариот в кольцевой молекуле ДНК 1 точка ори. У эукариот множество. Собственное построение дочерних ДНК происходит в вилках репликации. От каждого глазка реплик в противоположном направлен идут 2е вилки репликации. Встреча 2х вилок это сигнал для терминации (окончан процесса).

Вилка репликации

1)геликаза внедряется между цепями ДНК разрывает водород связи. Впереди вилки репликации образ зона сверхспирализации.

2)фермент толоизомераза снимает сверхспирализацию за счет того что делает точные надрезы в одной из цепей ДНК.

3)SSB-белки (дестабилизирующие белки) связывают с одноцепочечной ДНК препятствуя восстановлению водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями.

Свойство ДНК полимеразы 3

1)подбирают нуклеотиды по принцеп комплементарн выстраивая дочерн цепь ДНК.

2)не умеет став 1й нуклеотид. Для начал работы ей нужн свобод ОН группа. Вспомогат фермент праймаза стройт РНК затравку (праймер) со свобод ОН группой на конце.

3)мономеры для синтеза поступ в виде нуклеозид 3 фосфата. Очередной нуклеотид присоед за счет отщеплен 2х остатков фосфор к-ты.

4)построен дочерн цепи мож идти тольк в направлен от 5/ к 3/ концу.

5)ДНК полимераза облад экзонуклеазной активностью. Она способн заменить последн неправ поставлн нуклеотид.

На одной из цепей ДНК построен идет непрерывн от 1го праймера (мидирующ цепь). На 2й цепи построен идет идёт участками по мере раскруч материнск ДНК. Для кажд участка строится свой праймер.кажд из этих участков наз фрагмент оказаки, а цепь отстающ.

6)фермент ДНК полимераза1 занимает рибонуклеотиды праймеров на дезоксирибонукл.

7)ДНК-лигаза сшив межд собой фрагменты оказаки.

Транскрипция. Характеристика этапов инициации, элонгации и терминации. Особенности транскрипции у про- и эукариот.

Транскрипция –синтез всех видов РНК на матрице ДНК. Транскрибируемый участок ДНК – наз ген. (транскрипция – процесс перевода ген инф в виде последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК в последовательности нуклеотидов в молекуле иРНК. )

Ген – (от греч. genos – род, происхождение) – основная структурная и функциональная единица наследственности, определяющая развитие данного признака. Структурный ген – это транскрибируемый участок ДНК (у некоторых вирусов – РНК), в котором закодирована информация о первичной структуре одной макромолекулы – полипептидной цепи, р-РНК или т-РНК. Регуляторные гены регулируют экспрессию других генов.

Гены делятся на структурные и функциональные. Для каждого вида РНК существует своя РНК-полимераза. Синтез информационной РНК ведет РНК полимеразу 2.

Транскрипция происходит на протяжении всего периода интерфазы.

(1.) инициация –основной фермент транскрипции это РНК полимераза. различают 3 вида РНК: рнк полимераза 1-синтезирует ррнк. Рнк полимераза 2- синтезует ирнк. Рнк полимераза 3-синтез трнк.

Этапы: 1)цепи ДНК расплетаются причем сама рнк полимеризуется обладая геликазной активностью

2)рнк полимераза синтезирует короткий участок рнк3)синтез идёт быстрее.

(2.) элонгация –синтез в направлении от5 к 3 по ирнк по принцепу комплементарности. Новые нуклеотиды поступают в форме нуклеозид 3 фосфатов. Энергия для присоединения нового нуклеотида выделяется при гидролизе 2х последних фосфатных групп.

(3.) терминация– в области терминатора особого участка ДНК происходит образ «шпилек» в молекуле РНК шпильки образ за счет внутрицепочечных водродных связей. Вновь синтезирируемая ДНК отщипляется от РНК. Промотор-регулятор участок ДНК перед структурным геном который не транскрибируется. Функции: указывает точку начала синтеза; указывает смыслов цепь ДНК; инициирует РНК-полимеразу.

Промотор всегда содержит последовательность нуклеотидов ТАТА.

Посттранскрипционный процессинг. Понятие об альтернативном сплайсинге. Строение зрелой М-РНК

Процессинг иРНК – созрев ирнк.

В результате транскрипции формируется незрелая инф РНК или первичный транскрипт, также имеющий экзон-интронное строение. Созревание иРНК наз процессинг.

(1)Кэпирование (к 5 концу ирнк присоединяется особое азотистое основание: 7метигуанозин 3фосфат. Процесс присоединения – наз кэпирование. Функции кэпа: маркирует ирнк.

(2)Полиаденирование к 3 концу присоединяется 100-200 аденинов.

Поли-а-хвост его присоединяет фермент поли-а-полимераза. Функции: обеспечивает правило прохождения через поры.

(3)Сплайсинг – это вырез интронов и сшивание экзонов. Обеспечивается ферментным комплексом сплайсосомы. Фермент эндонуклеаза подрезает энтрон на 3′ конце. Фермент экзонуклеазы удаляет энтрон. Фермент РНК лигаза сшивает экзоны.

СХЕМА СПЛАЙСИНГА:

1) распознавание частицами – маленькими ядерными рибонуклеопротеинами, места разрезания пре- РНК по коротким нуклеотидным последовательностям на концах интронов и соединения с ними. РНК частица сост примерно из 150 нуклеотидов и наз малой ядерной РНК. 2) объединение несколько частиц между собой и с другими белками сообразованием крупных молекулярных комплексов – сплайсосом. 3) разрезание пре-РНК, удаление интронов и сшивание экзонов.

Трансляция. Генетический код. Свойства генетического кода.

Трансляция

(синтез полипептида который протекает в цитоплазме на рибосоме по матричной РНК)

1) инициация.Строение трнк имеет структуру трилистника за счет внутримолекулярных комплементарных связей. 3/ конец на котором находится ОН группа наз акцепторный. 3 нуклеотида на верхушке наз антикодон(комплементарен триплетам матричной РНК). Каждая трнк присоединяет аминокислоту в строгом соответствии с антикодоном. эта реакция приводит к образ комплекса аминооцил трнк.(и обеспечивается ферментом аминооцил Трнк – синтетазой).

В цитоплазму клетки из ядра выходит зрелая матричная рнк и в цитоплазме клетке формируется аминооцил трнк-комплексы со всеми аминокислотами.

На 5 конец матричной рнк садится малая субъединиц рибосомы распознавая КЭП. Подходят 2 первые трнк с соответствующими аминокислотами и антикодонами. Между антикодонами трнк и триплетами матричной рнк формируются комплементарные водород связи. Потом присоединяется большая субъединица рибосомы. В объединении суб-ц рибосом участвует белковый фактор инициации (ионы Ca, Mg). На рибосоме формируются 2 сайта распознавания триплета (пептидильный и аминооцильный).

2) элонгациямежду аминок-ми формируется пептидная связь за счет фермента пептидил-трансферазы. Рибосома продвигается на один триплет в направлен 3 конца. Трнк находивщаяся в пептидильном сайте уходит передавая свою аминк-ту на трнк переходящую в пептедильный сайт. В освободившийся аминооцил сайт сразу же поступает следующая трнк. Таким образом трнк находящаяся в п. сайте присоединяет к себе удлиняющийся полипептид. В А сайт поступают нов аминк-ты.

3) терминацияначинается с того что в А сайт попадает один из стоп кодонов. Для него нет соответсвующей трнк её место занимает белковый релизинг фактор. Под его дейтвием отщипляется полипептид после чего рибосома диссоциирует на субъединици. Как правило на одной матричной РНК синтез одновременно ведут несколько рибосом которые образуют полисомы. Когда синтез на матричной рнк закончен ферменты нуклеазы разрезают её на мономеры нуклеотида.

С-ва ген кода

Ген код – это принцип записи инф о последовательности аминокислот в полипептиде в виде последовательности нуклеотидов в молекуле Ирнк.

генетич код триплетен.

Триплеты в молекле иРНК наз кодонами, а комплементарные им тирплеты в молекуле тРНК- антиколонами.

свойства ген кода

1 . Триплетность.одну аминокислоту кодируют три рядом расположенных нуклеотида.

2. Неперекрываемость.каждый нуклеотид входит в состав только одного кодона.

3.Вырожденность (избыточность).один смысловой элемент (аминокислота) шифруется несколькими кодонами.

4. Специфичность (однозначность).каждый отдельный кодон кодирует только один аминокислотный остаток в молекуле полипептида.

5. Непрерывность.каждый нуклеотид принадлежит какому либо триплету т.е между кодонами иРНК нет нуклеотидов, не входящих в последовательность кодонов данного гена.

6. Коллинеарность.кодоны нуклеотдиных кислот и соответствующие им аминокислоты полипептидов расположены в одинаковом линейном порядке.

7. Однонаправленность. Считавание кода начинается с определяемой кодоном – инициатором точки и идёт в одном направлении в пределах данного гена от 5’концу к 3’концу.

8. Универсальность.ген код одинаков для всез организмов.

48. Регуляция активности генов у прокариот на примере лак-оперона

активность генов проявляется на уровне определяемых ими фенотипических эффектах. Мерой активности генов служит функциональная активность белков, контролируемых этими генами.

В механизме регуляции активности генов прокариот большую роль играют особые гены-регуляторы, контролирующие синтез регуляторных белков.

Такие белки, соединяесь с последовательностями промоторов реагируемых генов, способны подавлять или активировать их транскрипцию.

Регуляторные белки, подавляющие транскрипцию структурных генов, наз репрессорами.

Последовательности нуклеотидов регуляторных генов, с которыми взаимодействуют белки репрессоры, получили название операторов.

Регуляция, связанная с подавлением транскрипции, наз негативной.

Регуляторные белки, активирующие транскрипции. структурных генов, наз активаторами. Регуляция, связанная с активацией транскрипции получила наз – позитивной.

К негенетиским факторам регуляции экспрессии генов, или эффектрорам, относятся в-ва небелковой природы. Взаимодействуя с регуляторными бедками, они изменяют их биологическую активность. Различают 2 вида эффекторов: индукторы – «включающие» транскрипцию и корепрессоры, «выкл её».



Лактозный оперон в целом отвечает за катаболизм лактозы.

При изучении E.coli было замечено, что в клетке может быть две взаимоисключающие ситуации:

• · активность одного из ферментов катаболизма лактозы низка, если в среде имеется глюкоза.
• · активность этого фермента резко повышается в обратной ситуации, т.е. при отсутствии глюкозы и при наличии лактозы.

На основании наблюдений была предложена схема регуляции оперона по механизму индукции:

• 1. В отсутствие лактозы активный белок-репрессор связывается с оператором и блокирует синтез мРНК, кодирующей ферменты катаболизма лактозы. В результате эти ферменты не образуются.
• 2. Если глюкозы нет, а лактоза есть, то последняя связывается с белком-репрессором и ингибирует его, не давая связаться с геном-оператором. Это позволяет РНК-полимеразе считывать информацию, отвечающую за синтез ферментов катаболизма лактозы, и синтезировать мРНК.

Таким образом, лактоза является индуктором транскрипции.

Схема работы лактозного оперона при наличии и отсутствии лактозы

Триптофановый оперон в целом отвечает за синтез триптофана.

Функционирование триптофанового оперона в некотором смысле противоположно лактозному. Регуляция осуществляется по механизму репрессии.

• 1. В отличие от лактозного оперона, белок-репрессор синтезируется в неактивном состоянии и не может заблокировать транскрипцию генов, кодирующих ферменты синтеза триптофана. Синтез этой аминокислоты будет в клетке продолжаться до тех пор, пока в питательной среде не появится триптофан.
• 2. Триптофан соединяется с белком-репрессором и активирует его. Далее такой активный комплекс присоединяется к гену-оператору и блокирует транскрипцию. Таким образом, при наличии триптофана в среде прекращается его внутриклеточный синтез, экономятся ресурсы и энергия бактериальной клетки. белок оперон лактоза фермент

В этом случае триптофан является репрессором транскрипции.

Схема работы триптофанового оперона при наличии и отсутствии триптофана

Регуляция у эукариот. Существенное усложнение эукариотических организмов повлекло за собой появление новых способов регуляции активности транскрипции:

Амплификация – это увеличение количества генов, точнее многократное копирование одного гена. Естественно, все полученные копии равнозначны и одинаково активно обеспечивают транскрипцию.

Энхансеры (англ. to enhance – усиливать) – это участки ДНК в 10-20 пар оснований, способные значительно усиливать экспрессию генов той же ДНК. В отличие от промоторов они значительно удалены от транскрипционного участка и могут располагаться от него в любом направлении (к 5′-концу или к 3′-концу). Сами энхансеры не кодируют какие-либо белки, но способны связываться с регуляторными белками (подавляющими транскрипцию).

Сайленсеры (англ. silence – молчание) – участки ДНК, в принципе схожие с энхансерами, но они способны замедлять транскрипцию генов, связываясь с регуляторными белками (которые ее активируют).

Перестройка генов. К подобным процессам относится кроссинговер – обмен участками гомологичных хромосом, и более сложный процесс – сайт-специфичная рекомбинация, которая изменяет положение и порядок нуклеотидных последовательностей в геноме.

Процессинг мРНК – некоторые пре-мРНК подвергаются разным вариантам сплайсинга (альтернативный сплайсинг) в результате чего образуются разные мРНК, и соответственно, белки с разной функцией.

Изменение стабильности мРНК – чем выше продолжительность жизни мРНК в цитозоле клетки, тем больше синтезируется соответствующего белка.