Регуляція експресії генів.

Організація генів еукаріотів у хромосомах.

Будова гена. Гени структурні, регуляторні, т-РНК, р-РНК.

Ген є єлементарною структурно-функціональною одиницею спадковості, що

визначає розвиток певної ознаки клітини або організму.

Слово „ген” було введено В. Йогансеном у 1909 р. для позначення одиниці спадковості, що займає особливо місце (локус) у хромосомі. Відповідно сучасної концепції, гени – ділянки ДНК, що мають унікальну послідовність нуклеотидів, які кодують певні і-РНК, т-РНК або р-РНК. За допомогою трьох різновидів РНК відбувається синтез білків.

Більша частина генів клітин знаходиться в репресованому (неактивному) стані. Приблізно 5-10% генів депресовані (активні) і можуть бути транскрибовані.

Кожна інтерфазна хромосома має одну молекулу ДНК, що містить велику кількість генів. Геном людини містить 3,5×10⁹ нуклеотидних пар, яких достатньо для утворення 1,5 млн. генів. Однак дослідження показують, що організм людини має ≈35000-40000 генів. Це означає, що в організмі використовувається тільки близько 1% нуклеотидних послідовностей ДНК, тільки 1% інформації. Значна частина геному використовується для здійснення процесів ембріонального розвитку, диференціювання, росту і надалі не експресується.

Гени в ДНК розташовані у лінейному порядку. Кожний ген має своє місце розташування (локус). Теломерні та центромерні ділянки хромосом не містять генів.

За способами організації нуклеотидів у ДНК, ії можна розділити на такі фрагменти: 1) структурні гені; 2) регуляторні гені; 3) сателітна ДНК; 4) спейсерна ДНК; 5) кластери генів; 6) повторювані гені.

Структурні гені несуть інформацію про структуру певних поліпептидів. І з цих ділянок транскрибується і-РНК, яка спрямовує синтез білків.

Регуляторні гени контролюють і регулюють процес біосинтезу білка. Сателітна ДНК містить велику кількість повторюваних груп нуклеотидів, що змісту і не транскрибуються. Поодинокі гени сателітної ДНК мають регуляторну або посилювальну дію на структурні гени

Кластери генів - це групи різних структурних генів у певній ділянці хромосоми, об’єднані загальними функціями. Між такими кластерами знаходяться велики спейсерні ділянки, що не транскрибуються. Їх роль до кінця не з’ясована.

Повторювані гени – один і той самий ген богаторазово повторюється (декілька сотень раз). Напрклад, гени р-РНК.

Генетичний апарат – це тонко регульована система. Відомо, що гени не проявляють постійної активності. Ген перебуває в неактивному стані, але коли є необхідність, він активується, а це, зокрема, зумовлює синтез відповідного білка. Синтез білків регулюється генетичним апаратом і факторами внутришньго і зовнішнього середовища.

Концепція оперону в регуляції генів у прокаріотів.

У 1961 р. французькі біологі Ф.Жакоб і Моно запропонували механізм регуляції генів, який було названо гіпотезою оперона. Вони виявили, що додавання лактози до культури Е.соlі індукує утворення трьох ферментів, необхідних клітині для розщеплення лактози до глюкози і галактози. Гени, що кодують ці ферменти, межують один з одним у хромосомі. Іх навали структурними генами, або цистронами. Функція цистронів контролюється ділянкою молекули ДНК, яка називається оператором. Операторний локус-

певна ділянка послідовності нуклеотидів довжиною 27 пар основ. Даний сегмент ДНК розташований між промотором , до якого перед початком транскрипції приєднується РНК-полімераза, початком першого структурного гена. Цистрон синтезує і-РНК, якщо оператор увімкнений, і припиняє синтез, коли він вимкнений. Оператор вмикається або вимикається білком, який назвали репресором, синтезованим регуляторним геном. Репресор або зв’язується з оператором і пригнічує його активність, або не зв’язується з ним, дозволяє виявляти активність структурним генам. Таким чином, репресор є негативним регулятором. Усі названі елементи функціювання генів входять до складу оперона.

Отже, оперон – це послідовність спеціальних функціональних сегментів ДНК та структурних генів, яки кодують синтез певної групи білків.

Регульована одиниця транскрипції складається з наступних структурних частин: 1) ген-регулятор, якой контролює утворення білка-репресора; 2) промотор-ділянка ДНК, до якої приєднується РНК-полімераза і з якої розпочинається транскрипція; 3) оператор-ділянка промотора, яка може зв’язувати репресор; 4) структурні гени-ділянки ДНК, які кодують і-РНК певних білків; 5) термінаторна ділянка ДНК, яка несе сигнал про зупинку транскрипції.

Принцип експресії та регуляції однаковий як у прокаріотів, так і в еукаріотів.

Однак останні, особливо богатоклітинні,-більш складні організми, тому експресія їх генів складніша і дещо відрізняється за деталями.