ADN-ul conține informații biologice, care este un program pentru dezvoltarea celulelor corpului.
Principala funcție biologică a ADN-ului este stocarea, auto-reînnoirea constantă, auto-reproducerea și transferul de informații genetice în celulă.
Genomul este o colecție de gene în celulele cu un set de cromozomi haploid. Genomul este specific speciilor și conține 3,109 perechi de nucleotide la om. Acesta include 80-100 mii de gene. Lungimea totală a ADN-ului de cromozomi din diploide 174 cm. In uman grupul genomului de legătură 23 la femei și 24 de grupe de legătură la bărbați, datorită prezenței a 23 perechi de cromozomi X sau cromozom Y-, în timp ce femeile doar X si X cromozomi.
În prezent, toate genele sunt împărțite după funcție: I - structural; II - funcțional.
I. Genele structurale - există 35 - 40 mii dintre ele și transporta informații:
- despre enzimele de proteine,
- despre histone,
- pe secvența de nucleotide din diferite tipuri de ARN.
Prin structură, genele structurale sunt împărțite în:
- genele independente sau unice,
- gene repetate,
- gene intermitente.
Genele independente sunt genele a căror transcriere nu este legată de transcripția altor gene. Activitatea lor poate fi reglată de hormoni.
Genele repetate sunt numai gene, din care pot fi sub formă de repetări, repetând de multe sute de ori, urmând îndeaproape unul pe altul. Sute de repetări ale unei gene se numesc tandemuri.
Familiile de gene sunt un grup de gene care codifică o peptidă. De exemplu: 4 gene din lanțul alfa-globin al hemoglobinei sunt localizate în 16 cromozomi și formează o singură familie. A doua familie de gene ale lanțului beta-globin de hemoglobină se află în cele 11 cromozomi.
Secvențele cu repetiție moderată pot varia de la 1% la 90% din genomul total, adică ADN care rulează numai 10%.
Clusterele genice sunt grupuri de gene diferite situate la anumite loci de cromozomi și unite prin funcții comune. De exemplu, proteine histone H2A, H2B, H3, H4.
Genele intermitente sunt genele în care există secvențe de codificare și non-codare triplete. Aceasta este o trăsătură distinctivă a structurii multor gene eucariote, numită "mozaic", adică discontinuitatea în structura părții semantice a genelor. În genomul uman, alături de genele discontinue, există gene ale structurii chistronului (toate tripletele care codifică), de exemplu, gene ARNc, rRNA.
II. Genele funcționale sunt subdivizate:
- genele - module care amplifică sau slăbesc acțiunea genelor structurale (inhibitori, integratori, modificatori);
- genele care reglementează activitatea genelor structurale (autorități de reglementare, operatori și gene de punctuație);
- oncogene sunt gene celulare sau virale, a căror exprimare poate duce la dezvoltarea de neoplasme;
- protooncogenes - genele celulare normale, a căror amplificare sau schimbare în funcție le transformă în oncogene;
- supresoare tumorale - genele celulare care controlează stadiile ciclului celular, a căror inactivare crește dramatic probabilitatea neoplasmelor; restabilirea funcției lor, dimpotrivă, poate suprima creșterea celulelor tumorale.
Reglarea exprimării genelor procariote după tipul de inducție și corepresie (model de operon).
Principiile generale ale controlului genetic al exprimării genelor
Activarea genelor structurale are loc cu ajutorul unui regulator de gene și al unui operator-genă. În condiții normale, regulatorul de gena este activ și sintetizează regulatorii de proteine. Dacă regulatorul de proteine interacționează cu operatorul care ocupă o parte din promotor, ARN polimeraza nu se poate conecta la promotor, transcripția nu apare. O astfel de proteină se numește un represor, controlul exprimării genelor este negativ. Dacă zona operator este localizată în fața promotorului, legarea ARN polimerazei la promotor este facilitată de proteina reglatoare și operatorul declanșează transcripția de la genele structurale. Astfel de proteine se numesc activatori, controlul exprimării genelor este pozitiv.
Rolul factorilor non-genetici în reglarea activității genei
Reglarea exprimării genelor în stadiul de transcripție poate fi de asemenea efectuată de factori non-genetici, așa-numiți efectori. Acestea includ substanțe de natură neprotetică. Atunci când interacționează cu regulatorii de proteine, își schimbă capacitatea de a se conecta la operator. Operatorul rămâne liber, declanșează transcrierea de la gene structurale, efectorul îndeplinește rolul unui inductor (stimul). Efecticii pot juca, de asemenea, rolul de corepressori, prevenind transcrierea. Ei traduc protector-represorul într-o stare activă, care este blocată de operator, iar transcripția se oprește.
Reglarea exprimării genelor în procariote
Mecanismele de reglementare au fost studiate în microorganisme de către oamenii de știință francezi F. Jacob și J. Mono în 1961. Ei au propus un model de operon pentru reglarea transcripției procariote. Operonul este un bloc de gene structurale și funcționale strâns legate (promotor, operator, terminator). Secvența genelor structurale determină sinteza unui grup de proteine care participă la un lanț de reacții biochimice. Modelul de operon presupune existența unui sistem unic de reglementare, adică genele structurale unite într-un singur operon au o singură genă comună - promotorul, operatorul de gene și gena terminatorului. Din genele structurale, se transcrie un singur ARN policistronic, apoi se taie si se sintetizeaza peptidele din casa. Reglementarea transcripției este studiată pe E. coli, se poate trece de tipul de inducție și de corespondență.
Reglarea activității genelor după tipul de inducție
Un exemplu de reglare a expresiei genei prin tipul de inducție poate fi operonul lactozei. În cadrul experimentului, sa observat că după introducerea lactozei în mediul nutritiv, trei enzime apar în citoplasma celulei. Lactoza acționează ca un inductor de sinteză a enzimelor - scindare, care transformă substratul într-un produs necesar pentru viața bacteriilor. Lactoza leagă un protector-represor, își schimbă structura terțiară, pierde capacitatea de a se conecta cu operatorul de gene. O genă liberă - un operator include un operon, polimeraza ARN interacționează cu o genă promotor și transcripția ARNm policistristronic este efectuată din gene structurale. (Figura 11) După îndepărtarea din mediul de lactoză, proteina - represor eliberată blochează din nou gena - operatorul și operonul se opresc, transcripția se oprește.
Reglarea activității genelor în funcție de tipul de coexpresie
Bacteriile descriu un sistem de reglare care transferă genele structurale active într-o stare inactivă, în funcție de concentrația în citoplasmă a produsului final al unei anumite reacții biochimice. Un exemplu este operonul de triptofan, este un sistem care codifică în mod constant sinteza unui aminoacid esențial, triptofan. Cantitatea excesivă a acestui aminoacid, adică produsul final, activează represorul proteic, blochează gena - operatorul și transcripția încetează, sinteza triptofanului se oprește (Figura 12)
Astfel, modelul de operon este un sistem autoreglabil, funcționează pe principiul feedback-ului și are un caracter adaptiv. Sinteza enzimei este declanșată de intrarea în celulă a substratului de reacție (inductor) și încetează la excesul său, produsul final acționând ca un corepressor.
Reglementarea muncii genetice în eucariote
Schema de reglare a transcripției în eucariote a fost dezvoltată de GP Georgiev (1972). Se păstrează principiul reglementării pe tipuri de feedback, dar mecanismele sale sunt mai complexe. Aceasta se datorează apariției anvelopei nucleare și separării proceselor de transcriere și traducere în timp și spațiu.
Unitatea transcripțională din eucariote este denumită transcripton. Se compune din zone neinformative (acceptoare) și informative (structurale). Zona non-informativă începe cu un promotor și inițiator, urmată de un grup de gene operator și o zonă informativă este situată în continuare. Zona de informații este formată dintr-o genă structurală, împărțită în exoni și introni. Transcrierea se termină cu un terminator.
S-a stabilit acum că reglementarea transcrierii eucariotelor este de natură combinată. Aceasta înseamnă că absența unui model de operon pentru organizarea genelor și sinteza enzimelor unui singur lanț de reacții biochimice nu au un singur sistem controlat.
Activitatea transcriptonului este reglată de mai mulți regulatori de gene și sunt sintetizate mai multe proteine represive.
Inductorii în celulele eucariote sunt molecule complexe (hormoni și alte substanțe), mai multe enzime sunt necesare pentru scindarea lor. Inductorii eliberează operatori de gene de la proteine-represori, ARN-polimerază declanșează transcripția. Mai întâi, se sintetizează o moleculă de precursor mRNA mare, care scrie toate informațiile. După procesare, se produce distrugerea enzimatică a părții neinformative a ARN și scindarea prin enzime - enzimele de restricție ale părții informative în fragmente corespunzătoare exonilor. Se sintetizează mRNA monocistronic (figura 13). Transcriptonul este pornit și oprit în același mod ca și operonul.
In genomul eucariotă există secvențe unice de ADN de nucleotide (unul în genomul) la om, ele reprezintă până la 56%. ADN-ul unic este o parte din gene structurale, și furnizează informații cu privire la structura primară a polipeptidelor. Mai mult decât atât, în genomul eucariote conținea secvențe nukleodidov repetitive. Aceste gene funcționează diferite funcții sunt promotori reglează replicarea ADN-ului implicat în, exoni și introni separate de trecere peste și alte activități ale organismelor datorită activității funcționale a genelor in primul rand unic, iar acest lucru, la rândul său depinde de mediul intern al corpului (hormoni. și colab.), precum și condițiile de mediu.
Trimiteți-le prietenilor: