Про және эукариот гендерінің экспрессиялы реттелуі

Эукариотикалық организмдерде транскрипцияны реттеу механизмі әлдеқайда күрделі. Эукариот гендерін клондау және секвенирлеу нәтижесінде транскрипция мен трансляцияға қатысатын ерекше реттілік анықталды.

Эукариотикалық жасушаға тән:

1. ДНҚ молекуласында интрондар мен экзондардың болуы.

2. Және-РНК-интрондарды кесу және экзондарды тігу.

3. Транскрипцияны реттейтін реттеуші элементтердің болуы: А) промоторлар — 3 түр, олардың әрқайсысына ерекше полимераза отырғызылады. РНК-полимераза I рибосомды гендерді, РНК-полимераза II — ақуыздардың құрылымдық гендерін, РНК-полимераза III — гендерді, шағын РНК кодтайды. РНК-полимераза I және РНК-полимераза II промоторлары транскрипция бастамашылық учаскесінің алдында, РНК-полимераза III промоторы — құрылымдық ген шеңберінде; б) модуляторлар-транскрипция деңгейін күшейтетін ДНК реттілігі; в) (энхансерлер) күшейткіштер — транскрипция деңгейін күшейтетін және геннің кодталаушы бөлігіне және РНК синтезінің бастапқы нүктесінің жағдайына қатысты өзінің жағдайына қарамастан әрекет ететін реттілік; г) Терминаторлар — трансляцияны және таратуды тоқтататын ерекше реттілік және транскрипция.

Бұл тізбектер өзінің бастапқы құрылымы және инициаланатын кодонға қатысты орналасуы бойынша прокариотикалықтан ерекшеленеді, және бактериялық РНК-полимераз оларды «танымайды». Осылайша, прокариоттар клеткаларындағы эукариотикалық гендердің экспрессиясы үшін гендер прокариотикалық реттегіш элементтердің бақылауымен болуы керек. Бұл жағдайды экспрессия үшін векторларды құрастыру кезінде ескеру қажет.

Эукариотикалық жасушаның тіршілік әрекетін қамтамасыз ететін құрылымдық гендер, әдетте, белсенді жұмыс істейтін жасушалардың көпшілігінде транскрибиденеді. Сонымен қатар, ерекше гендер, белгілі бір тіндердің немесе ағзалардың бірегей, транскриблицияланады және тек белгілі бір жасушаларда таратылады. Мысалы, ересек адамның гемоглобинінің α — және β-суббірліктерін кодтайтын гендер тек эритроциттердің алдыңғы жасушаларында экспрессияланады. Әртүрлі жасушалар үшін ерекше әртүрлі мРНК саны бірліктен онға дейін өзгереді.

Жасушалардың құрылымдық гендерді қосу (белсендіру) немесе сөндіру (тежеу) қабілеті жасушалық ерекшелікті қолдау және энергетикалық ресурстарды үнемді жұмсау үшін өте маңызды. Демек, ақуыз табиғаты бар транскрипция факторларының алуан түрлілігі. Олардың көпшілігі әртүрлі деп аталатын ұзындығы 10 п.Ғ. кем нуклеотидті тізбектілікпен тікелей байланыстырылады: бокспен, модульмен, инициация элементімен, реттеуші элементпен. Эукариотта прокариотқа қарағанда оперондар көбінесе жоқ, яғни. әрбір эукариотикалық құрылымдық ген өз реттеуші элементтердің жиынтығы бар. ЭУКАРИОТТЫҢ транскрипциясын реттеуде ДНҚ мен ақуыздар арасындағы жанама өзара әрекеттесуден басқа, ақуыз-ақуыз өзара әрекеттесуі де маңызды рөл атқарады.
Эукариоттардың құрылымдық гендерінде реттеуші элементтер жиынтығының даралығына қарамастан, олардың әрқайсысының Tata бірізділігін қамтитын сегіз нуклеотидтен тұратын промоторлық учаскесі (мата-бокс немесе Хогнесс боксы); ССААТ (САТ-бокс) реттілігі; қайталанатын динуклеотидтерден GC (GC-бокс) учаскесі болады. Бұл элементтер 25, 75 және 90 п. н. қашықтықта орналасқан.:

Эукариоттардың құрылымдық гендерінің реттеуші элементтері. Теріс мән бұл элементтер +1 белгіленген транскрипция бастамашысы сайтының сол жағында ДНҚ молекуласында екенін көрсетеді. Стрелка-транскрипция бағыты (Глик Б. , Пастернак, Дж., 2002)

Эукариот құрылымдық генінің транскрипциясы кем дегенде 14 ақуыздан тұратын транскрипция факторының мата-боксымен байланыстырудан басталады. Содан кейін онымен және ТАТ-боксқа жанасатын ДНҚ учаскелерімен транскрипцияның басқа да факторлары байланысады және ақырында, осы транскрипциялық кешенмен РНК-полимераза II байланысады. Содан кейін қосымша факторлардың қатысуымен транскрипция + 1 нүктесінде болады . Егер TATA тізбегі жоқ немесе айтарлықтай өзгерген болса, құрылымдық геннің транскрипциясы мүмкін болмайды.

Төменде осы суреттерде ерекше белокты факторлардың мата-бокспен өзара іс-қимылы арқылы транскрипцияны реттеу мысалы.

Тірі ағзалардың тұқым қуалайтын ақпаратты тасымалдаушы қандай зат екенін есте сақтаңыз. Ген деген не екенін қайталаңыз. Гендердің түрлері қандай? құрылымдық және реттеуші Гендер арасындағы айырмашылық неде?

Ген құрылысының сызбасы

Барлық гендерде құрылыс схемасы бірдей. Олар бірнеше учаскеден тұрады (күріш. 20.1). Кез келген геннің басты бөлігі ақуыз немесе РНК молекуласының (гендік өнімнің) құрылысы туралы ақпаратты қамтитын. Бұл геннің кодтаушы бөлігі. Геннің қалған учаскелері — тудырмайтын. Олардың синтезі генді қамтамасыз ететін молекулалардың құрылысы туралы ақпараты жоқ. Бірақ олар геннің жұмысына жауап береді.

Геннің кодталмайтын учаскелері промотор мен терминатор болып табылады. Промотор-бұл геннің бөлігі, онда РНК синтезі басталады, терминатор-бұл синтез аяқталатын жер. Сонымен қатар, геннің құрамына оның жұмысын реттейтін реттеуші учаскелер кіреді.

Гендер прокариот

Прокариоттар гендерінің қарапайым құрылымы бар. Көбінесе осы гендердің әрқайсысы тек бір құрылым туралы ақпаратты қамтиды — ақуыз молекуласы немесе РНК.

Прокариотикалық организмдердің гендері жиі операларда ұйымдастырылған. Оперон-бірнеше құрылымдық гендерден тұратын құрылым (сурет. 20.2). Ол прокариоттарға бірден бірнеше геннің өнімдерін бір рет синтездеуге мүмкіндік береді. Оперондағы құрылымдық гендер бір-бірінен кейін және барлығында орналасқан-бір жалпы промотор, бір жалпы терминатор және оның жұмысын реттейтін бір жалпы оператор.

Оперонның мысалы ішек таяқшасының лактозды қауырсыны болуы мүмкін. Құрамында лактозаның көміртегі синтезі үшін қажетті ферменттерді кодтайтын гендер бар.

Эукариот гендері

Эукариотикалық организмдер генінің прокариоттарынан айырмашылығы оперондар құрмайды. Олардың әрқайсысының өз промоторы мен терминаторы бар. Сонымен қатар, бұл гендердің құрылысы күрделі. олардың құрамында гендік өнім синтезіне қажетті ақпарат жоқ ДНҚ учаскелері бар (ақуыз молекулалары немесе РНК). Мұндай учаскелер Интрон деп аталады. Қажетті ақпаратты қамтитын учаскелер экзондар деп аталады. Әдетте эукариотикалық ген бірнеше интрондар мен экзондар (күріш. 20.3).

Эукариотикалық гендердің маңызды компоненттері реттеуші учаскелер болып табылады. Осы учаскелердің көмегімен жасуша гендік өнімдердің синтезін тездетуі немесе бәсеңдетуі мүмкін. Бұл құрылым эукариотикалық организмдерге гендердің жұмысын өте нәзік реттеуге мүмкіндік береді.

Тірі организмдер гендерінің жұмыс істеуі үшін ақпаратты оқуды бастау (промотор), реттеу және аяқтау (терминатор) үшін арнайы учаскелердің болуы қажет. Прокариотикалық организмдердің гендері арнайы Про және эукариот гендерінің экспрессиялы реттелуі топтарға біріктірілуі мүмкін — жалпы промотор, оператор және терминатор бар. Эукариотикалық организмдердің гендерінде ДНҚ-ның сіңірмейтін (интрондар) және кодтайтын (экзондар) учаскелері бар. Сонымен қатар, бұл гендердің жұмыс жылдамдығын өзгертетін реттеуші учаскелері бар.

Өз білімдерін тексеріңіз

1. Гендерге неге промотор қажет? 2. Гендерге терминатор не үшін қажет? 3. Оперон дегеніміз не? 4. Интрондар дегеніміз не? 5. Өзара прокариот пен эукариот гендерін салыстырыңыз.

Прокариот үшін гендердің салыстырмалы қарапайым құрылымы тән. Мысалы, бактериялардың құрылымдық гені, фага немесе вирус, әдетте, бір ферментативті реакцияны бақылайды. Прокариот үшін ерекше бірнеше гендерді ұйымдастырудың оперондық жүйесі болып табылады. Бір оперонның гендері (қандай да бір метаболиттің биосинтезінің дәйекті кезеңдерін жүзеге асыратын ақуыздарды (ферменттерді) кодтайтын 1, 2 және одан да көп тіркелген құрылымдық гендерден тұратын генетикалық материалдың учаскесі); эукариот оперонына әдетте 1 құрылымдық ген кіреді; оперонда реттегіш элементтер бар) айналмалы хромосомада бактериялар қатар орналасқан және синтездің (лактозды, гистидинді және т.б. оперондар) жүйелі немесе жақын реакцияларын жүзеге асыратын ферменттерді бақылайды. Эукариотикалық гендер бактериялардан айырмашылығы үзік мозаикалық құрылымы бар. Кодирующие реттілігі (экзоны) перемежаются с некодирующими (интронами). Экзон-ақуыздың бастапқы құрылымы туралы ақпарат беретін геннің учаскесі.

«Генерал-п экзоны бөлінген некодирующими учаскелерін — интронами. Интрон — ақуыздың бастапқы құрылымы туралы ақпарат бермейтін және кодтаушы экзон учаскелері арасында орналасқан геннің учаскесі. Нәтижесінде эукариоттың құрылымдық гендері экзондарға сәйкес келетін нуклеотидтердің тізбектілігі жетілген иРНК-ке қарағанда ұзын нуклеотидті тізбектілікке ие. Транскрипция процесінде ген туралы ақпарат ДНҚ-дан экзондар мен интрондардан тұратын аралық иРНК-ға шығарылады. Содан кейін арнайы ферменттер — рестриктаздар — бұл про-иРНК-ны экзон-интрон шекарасымен кеседі, содан кейін экзон учаскелері жетілген иРНК (сплайсинг деп аталатын) қалыптастыра отырып, бірге Про және эукариот гендерінің экспрессиялы реттелуі біріктіріледі. Интрондардың саны әртүрлі гендерде нөлден көптеген ондықтарға дейін, ал ұзындығы — бірнеше жұптан бірнеше мыңға дейін түрленуі мүмкін. ОПЕРОНДАРДЫҢ құрылысы: Оперон-гендердің транскрипциясын қамтамасыз етуге қатысатын, белгілі бір ген өнімдерінің синтезіне жауапты гендер блогы.

Оперон схемасы:

Қауырсынның реттеуші бөлігі:

А-активатор, белок-активатор қосылатын промотордың бір бөлігі (САР — белок немесе catabolite activator protein), бұл РНК — полимеразаның промоторға қосылуын белсендіреді; бұл әрбір оперонда емес «оң» бақылаушы элемент.

П-ген-промотор-бұл ДНҚ учаскесі, ол РНК-полимераза ферменті деп танып, транскрипция қай жерде басталуы керек екенін көрсетеді.

O-құрылымдық гендердің жұмысын басқаратын ген-оператор;» теріс » бақылаушы элемент — онда ақуыз-репрессордың болуы транскрипцияны тоқтатады.

Т-ген-терминатор-бұл кейін транскрипция тоқтатылатын және оның алдында трансляция тоқтатылатын учаске. Бұл учаскенің құрамына терминаторлардың (стоп-кодондардың )үш кодонының бірі кіреді. Кейбір оперондарда оператор мен құрылымдық гендер арасында бір бөлігі транскрипция үшін кедергі болатын аттенуатор болып табылатын учаске(16 жұп негіз) орналасқан. Мұндай құрылым ішек таяқшасының триптофан оперонында (Escherichia coli) бар.

Оперонның цистрондық бөлігі: В, С, Д, Е – тиісті белоктарды кодтайтын құрылымдық гендер; бір оперонның құрылымдық гендері бір мезгілде қосылады және ажыратылады. Құрылымдық гендер (цистрондар) тобының транскрипциясын ген-реттеуші және ген операторы бақылайды. Оператор шамамен 30 нуклеотидтерден тұрады. Оператордағы генетикалық ақаулар ферменттердің үздіксіз синтезіне әкеледі, яғни гендік өнім синтезінің реттелуі бұзылады. Ген-реттегіш репрессор ақуызының синтезін бақылайды, оперонның құрамына кірмейді және опероннан әртүрлі қашықтықта болуы мүмкін. Реттеуіш белок репрессор оперонның белсенділігін анықтайды. Оның екі функционалдық орталығы бар: 1) оперонмен байланысатын орын; 2) индуктормен немесе корепрессормен байланысатын орын. Ақуыз репрессордың жоғары мамандандырылған заттардың екінші тобына ие. Оперон белсенді, егер оператор репрессордан бос болса. Егер оның екінші белсенді орталығына индуктор деп аталатын зат қосылса, оператордан бұл ақуыз алынады (химиялық табиғатта ол әртүрлі болуы мүмкін). Демек, реттеуіш белоктар немесе оперонның цистрондық бөлігінің транскрипциясын тоқтатады. Осылайша, прокариоттардағы гендер экспрессиясының реттеу механизмдерін талдай отырып, реттеуші элементтердің үш түрін бөліп көрсетуге болады.

1. Реттегіш белоктар-РНК-полимераза белсенділігіне әсер ететін белоктар, өйткені немесе оған промотормен байланысуға мүмкіндік береді немесе жоқ; немесе оған ДНК нуклеотидінің келесі промоторынан кейін кіруді ашады немесе оператормен байланыса отырып жабады. Реттеуіш белоктардың белсенділігі төмен молекулалық әсерлермен (индукторлармен, корепрессорлармен) ерекше байланыстыру арқылы өзгереді.

2. Эффекторлар-жасушадағы концентрациясы оның жағдайын көрсететін кішкене белокты емес молекулалар. Эффектор ретінде циклдық аденозинмонофосфат, триптофан, лактоза және т. б. болуы мүмкін.

3. Оперонның реттеуіш нуклеотидтік реттілігі (промоторлар, операторлар, Терминаторлар, аттенуаторлар), оларға реттеуіш белоктар тиісті и-РНК синтезінің деңгейіне әсер ете отырып әрекет ете отырып.

 

Басқа да ұқсас мәліметтер

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *