Молекулярні основи спадковості та мінливості

Особливо велика роль стероїдних гормонів у регуляції генної активності у тварин. Відомо, що гормони синтезуються в спеціалізованих клітинах залоз внутрішньої секреції й циркулюють по всьому організму. Однак окремі гормони активують гени не у всіх клітинах, а тільки в клітинах-мішенях, які містять спеціальні рецепторні білки, з якими специфічно зв'язуються молекули гормону. Це зв'язування відбувається в цитоплазмі, а потім утворився комплекс проникає в ядро, де він взаємодіє з певними негистоновыми білками хромосом. У відсутність гормонів ці білки блокують або промоторные або інші, поки невідомі регуляторні ділянки певних генів. Комплекс «гормон - рецепторний білок» знімає блокуючу дію негистонового білка-репрессора, наслідком чого є транскрипція даного гена, дозрівання мРНК, транспорт її в цитоплазму і синтез білка.

Утворення і функціонування хромосом типу «лампових щіток». Зв'язок синтетичної активності з морфологічними перетвореннями хромосом була встановлена при вивченні оогенеза у амфібій, в ході якого утворюються хромосоми типу «лампових щіток». Ці хромосоми отримали свою назву за схожість зі щітками, якими колись чистили гасові лампи. Вони мають чітко виражене хромомерное (вузликове) будову. З хромомеров у вигляді петель витягнуті ДНК-правові осі хромосом. Оскільки хромосоми типу лампових щіток існують в диплотене і складаються з чотирьох хроматид, кожен ділянку таких хромосом представлений чотирма хромомерами і чотирма петлями. Оточення петель являє собою гранули і фібрили, що складаються з знову синтезованої РНК і білків. Таким чином, петлі - це ділянки хромомера з інтенсивною транскрипцією. Зазвичай в них легко розрізняють тонкий край, де починає свій рух РНК-полімераза і товстий край, де транскрипція закінчується. При зниженні синтетичної активності петлі синтезована РНК відокремлюється від хромосоми і петля спадає.

Число петель близько до числа типів РНК, присутніх в цитоплазмі. Ця РНК частково використовується для синтезу рибосом і білків цитоплазми яйця. Однак велика частина молекул мРНК, синтезованих хромосомами типу лампових щіток, використовується пізніше під час раннього ембріогенезу.

Цитохимическое вивчення хромосом типу «лампових щіток» виявило їх функціональне схожість з политенными хромосомами.

6. Регуляція експресії генів на посттранскрипционном рівні: модифікації (сплайсинг) мРНК

Регуляція на рівні процесингу РНК забезпечує можливість утворення різних типів зрілої, функціонально активної мРНК. Процесинг РНК регулюється з допомогою рібозімов (каталізаторів рибонуклеїнової природи - низькомолекулярних РНК) і ферментів матураз.

Однією з форм сплайсингу є альтернативний сплайсинг, при якому одній ділянці ДНК і одного первинного транскрипту (пре-мРНК) може відповідати декілька типів зрілої мРНК і, відповідно, кілька изотипов (тобто різних форм) одного і того ж білка, наприклад, м'язового білкатропонина. Твердо встановлено, що деякі генетичні захворювання людини (фенілкетонурія, деякі гемоглобінопатії) обумовлені порушенням сплайсингу.

Сплайсинг РНК відкритий порівняно недавно, тому достовірних даних по регуляції активності генів на цьому рівні недостатньо. Найбільш детально вивчена регуляція генів, контролюючих засвоєння галактози у дріжджів. Показано, що ці системи регулювання діють як на рівні транскрипції, так і на посттранскрипционном рівні. При цьому здійснюється багатоступенева, або каскадна, регуляція, у якій беруть участь елементи позитивного і негативного контролю, послідовно регулюють активність один одного.

7. Регулювання експресії генів на рівні трансляції

Регуляція на рівні трансляції обумовлена різною активністю різних типів мРНК. Наприклад, у прокаріотів деякі мРНК транслюються тільки в присутності еритроміцину. У еукаріотів регуляція генної активності на рівні трансляції добре простежено на прикладі морського їжака. Його незапліднені яйця містять велику кількість «замаскованої» (нетрансліруємій) мРНК. У дрозофіли подібні мРНК, що кодують білки оболонки яйцеклітини, накопичуються в цитоплазмі.

8. Регуляція експресії генів на рівні посттрансляційної модифікації білків

Експресія генів на рівні посттрансляційної модифікації поліпептидів регулюється шляхом посттрансляційної модифікацією білків (фосфорилюванням, ацетилированием розщепленням вихідної поліпептидного ланцюга на більш дрібні фрагменти тощо). Наприклад, білковий гормон інсулін, що синтезується в клітинах підшлункової залози, утворюється у формі препроинсулина, з якого потім шляхом відщеплення «зайвих» пептидів утворюється проинсулин. З проінсуліна вирізають дві субодиниці, що представляють собою А - і У-ланцюга інсуліну. Ці два ланцюги зшиваються між собою за допомогою дисульфідних містків. Утворилися чотири АВ-структури з'єднуються в білковий тетрамер, який приєднує два іона Zn2+ і в результаті утворюється зрілий інсулін.

Широко поширений механізм регуляції активності ферментів, заснований на приєднання до них молекул-ефекторів. Найчастіше в ролі ефекторів виступають кінцеві продукти ланцюгів біосинтезу, які зв'язуються з першим або з одним з перших ферментів даного метаболічного шляху і пригнічують його активність, тим самим виключаючи всю ланцюг синтезу. Це інгібування кінцевим продуктом, завдяки яким регулюються відразу кілька етапів метаболізму. Кінцевий продукт зв'язується з ферментом не в його активному центрі, а в аллостеричномуцентрі, і така взаємодія індукує зміна (інактивацію) активного центру ферменту.

Размещено на Allbest.ru