Головна
Cоціологія || Гуманітарні науки || Мистецтво та мистецтвознавство || Історія || Медицина || Науки про Землю || Політологія || Право || Психологія || Навчальний процес || Філософія || Езотерика || Екологія || Економіка || Мови та мовознавство
ГоловнаМедицина → Біологія. Частина 1
««   ЗМІСТ   »»

РЕГУЛЯЦІЯ ЕКСПРЕСІЇ ГЕНІВ У ЕУКАРІОТ

У зв'язку з особливостями організації окремих генів еукаріот і геному в цілому регуляція генної активності у них характеризується деякими відмінностями в порівнянні з прокариотами.

У еукаріот не встановлено оперон організації генів. Гени, що визначають синтез ферментів одного ланцюга біохімічних реакцій, можуть бути розсіяні в геномі і, очевидно, не мають, як у прокаріотів, єдиної регулюючої системи (ген-регулятор, оператор, промотор). У зв'язку з цим синтезовані мРНК у еукаріот моноцістронни, т. Е. Є матрицями для окремих пептидних ланцюгів.

В даний час механізми регуляції і координації активності еукаріотичних генів інтенсивно вивчаються. Встановлено, що їх функціонування безсумнівно підпорядковується регуляторним впливам, проте регуляція транскрипції в еукаріот є комбінаційної, т. е. активність кожного гена регулюється великим спектром генів-регуляторів (рис. 3.87).

У багатьох еукаріотичних генів, що кодують білки і транскрібіруемих РНК-полімераза II, в ДНК є кілька областей, які впізнаються різними білками-регуляторами. Однією з них є область, розташована поблизу промотора. Вона включає близько 100 пар нуклеотидів, в тому числі ТАТА-блок, розташований на відстані 25 пар нуклеотидів від точки початку транскрипції. Встановлено, що для успішного приєднання РНК-полімерази II до промотор необхідно попереднє з'єднання з ТАТА-блоком особливого білка - фактора транскрипції - з утворенням стабільного транскрипційного комплексу. Саме цей комплекс ДНК з білком впізнається РНК-полімераза II. Послідовності нуклеотидів, що примикають до ТАТА-блоку, формують необхідний для транскрипції елемент, який закриває передню частину промотором.

Інша область, яка відіграє важливу роль в регуляції активності еукаріотичних генів, розташовується на великій відстані від промотора (до декількох тисяч пар нуклеотидів) і називається енхансером (Від англ, enhance - посилювати).

І енхансер, і препромоторний елемент еукаріотичних генів містять серію коротких нуклеотидних послідовностей,

Регуляція експресії гена, що кодує білок X у еукаріот, двома регуляторними білками які зв'язуються з відповідними регуляторними білками

Мал. 3.87. Регуляція експресії гена, що кодує білок X у еукаріот, двома регуляторними білками які зв'язуються з відповідними регуляторними білками. В результаті взаємодії цих білків відбувається включення або виключення генів.

Особливістю регуляції експресії еукаріотичних генів є також існування білків-регуляторів, які здатні контролювати транскрипцію багатьох генів, що кодують, можливо, інші білки-регулятори. У зв'язку з цим деякі (головні) білки-регулятори мають координуючим впливом на активність багатьох генів і їх дія характеризується плей отропним ефектом (рис. 3.88). Прикладом може служити існування білка, який активує транскрипцію декількох специфічних генів, що визначають диференціювання попередників жирових клітин.

З огляду на те що в геномі еукаріотів є багато надлишкової ДНК, а в кожній клітині організму транскрибується всього 7-10% генів, логічно припущення про те, що у них переважає позитивний генетичний контроль, при якому активація невеликої частини генома виявляється більш економічною, ніж репресія основний маси генів.

Безперечною особливістю регуляції транскрипції в еукаріот є підпорядкованість цих процесів регулюючим впливам з боку гормонів організму. Останні часто грають роль індукторів транскрипції. Так, деякі стероїдні гормони оборотно зв'язуються особливими білками-рецепторами, утворюючи з ними комплекси. Активоване гормоном рецептор набуває здатності з'єднуватися зі специфічними ділянками хроматину, відповідальними за регуляцію активності генів, в яких рецептори дізнаються певні послідовності ДНК.

Специфічність регулюючого впливу гормону на транскрипцію обумовлена не тільки природою самого гормону, а й природою клітини-мішені, що синтезує специфічний білок-рецептор, який впливає на транскрипцію певного для даної клітини набору генів. Прикладом участі гормонів в регуляції активності певних генів може служити вплив тестостерону на розвиток тканин організму за чоловічим типом при наявності специфічного білка-рецептора. Відсутність останнього при мутації відповідного гена не дає можливості гормону проникнути в ядра клітин-мішеней і забезпечити включення певного набору генів: розвивається синдром тестикулярной фемінізації, або синдром Морріса (див. Розд. 3.6.5.2).

Наступна особливість регуляції генної активності у еукаріот пов'язана з утворенням стійкого комплексу ДНК з белкамі-хроматину (Див. Розд. 3.5.2.2). Провідна роль в компактизации ДНК належить гістонів, тому вони, безсумнівно, беруть участь і в процесах регуляції генної активності (див. Розд. 3.5.4). Неодмінною умовою для здійснення транскрипції в еукаріот є попередня декомпактізаціі хроматину на відповідній ділянці,

Регуляція експресії багатьох генів еукаріот одним білком-регулятором

Мал. 3.88. Регуляція експресії багатьох генів еукаріот одним білком-регулятором

де тимчасово втрачається зв'язок з Н, -гістонамі і кілька послаблюється зв'язок з нуклеосомної гистонами. Правда, нуклеосомна організація хроматину не втрачається навіть в ході транскрипції, проте контакт ДНК і негістонових білків стає можливим і відбувається дерепресія гена.

Відмінною особливістю регуляції експресії генів у еукаріот є можливість її здійснення не тільки на стадії транскрипції, а й на інших етапах розтягнутого в часі процесу реалізації спадкової інформації. Регуляція на стадії транскрипції є найбільш економічною, але недостатньо швидко реагує на зміну ситуації. Так, виникла в клітці потреба в будь-якому білку не може бути швидко задоволена шляхом включення транскрипції відповідного гена. Синтезований транскрипт повинен піддатися процесингу, потім зріла мРНК повинна вийти з ядра в цитоплазму і, утворюючи комплекс з рибосомами, здійснити трансляцію інформації, синтезувавши пептид, який, лише пройшовши посттрансляційних зміна, формує активний білок, необхідний клітці.

У тому випадку, коли клітці потрібно припинити синтез якогось продукту, після виключення транскрипції відповідного гена в цитоплазму деякий час будуть продовжувати надходити дозрівають молекули мРНК, які здійснюють там синтез пептидних ланцюгів, поки вони не деградують під дією ферментів. Таким чином, для ефективного регулювання експресії генів у еукаріот повинні існувати механізми, що працюють не тільки на стадії транскрипції, а й на інших етапах цього процесу.

Пов'язана з екзон-інтронів організацією генів необхідність процесингу, в тому числі сплайсингу, уможливлює регуляцію цих процесів в ядрі. В даний час обговорюється роль інтронних ділянок ДНК в зміні схеми сплайсингу при синтезі антитіл (див. Розд. 3.4.3.2) або цитохрому b (Див. Розд. 3.4.3.3). Це створює можливість, використовуючи один і той же первинний транскрипт, забезпечувати освіту матриць для різних пептидів, вирізаючи з них різні послідовності або змінюючи послідовності на S'- і З'-кінцях мРНК.

Очевидно, і транспорт зрілих мРНК з ядра в цитоплазму також регулюється певним чином, так як встановлено, що лише невелика частина РНК, транскрибируемой з генів, після сплайсингу залишає ядро. Значна кількість її деградує. Можливо, це є результатом процесингу, що спричиняє появу «неправильних» матриць.

Існують механізми, що забезпечують регуляцію процесів синтезу пептидних ланцюгів. Вони менш економічні, але відрізняються швидкістю реагування на зміни потреб клітини в даному білку. Регуляція трансляції здійснюється на стадії ініціації шляхом впливу на один з факторів ініціації, що каталізує приєднання до малої субодиниці рибосоми тРНК, що несе метіонін (формілметіонін) (див. Розд. 3.4.3). В результаті при наявності в цитоплазмі мРНК трансляції на ній не відбувається. Така ситуація спостерігається, наприклад, при відсутності в цитоплазмі гема, що веде до виключення трансляції глобінових ланцюгів гемоглобіну.

Нарешті, регуляція процесу реалізації спадкової інформації може здійснюватися і на стадії посттрансляційних змін. Припинення цих процесів обумовлює затримку у формуванні активних молекул білка при наявності необхідних для цього пептидних ланцюгів. Наприклад, для формування активної форми білкового гормону - інсуліну - з проінсуліну повинні вирізатися дві субодиниці. Гальмування цих процесів зменшує вихід кінцевого активного продукту.

Таким чином, розглянутий вище приклад регуляції експресії генів демонструє складні взаємозв'язки, які існують між ними в геномі. Формування будь-якої ознаки тому не можна розглядати як результат дії однієї пари алельних генів в генотипі. У будь-якому випадку регуляція експресії відповідального за цю ознаку гена здійснюється за участю інших генів.

  1. Ретикулярна формація мозкового стовбура - анатомія центральної нервової системи
    У серединній частині стовбура мозку розташована РФ - скупчення нейронів різних розмірів і форми, розділених безліччю проходять в різних напрямках волокон, що нагадують мережу ( reticulum ). Ділянки РФ знаходять і в пластині VII СМ. У РФ локалізовано велика кількість нейронів різного виду і
  2. Реставрація зубів після ендодонтичного лікування. Вініри, види вінірів, показання та протипоказання до застосування вінірів - стоматологія. Ендодонтія
    Bump ( veneer ) - це тонка адгезивная облицювання, що покриває вестибулярну поверхню фронтального зуба, коригуюча його колір і форму, що дає поліпшення естетики зубного ряду і особи. Розрізняють вініри в залежності від ряду особливостей: за функціями: цветокоррігірующіе, формокоррегірующіе,
  3. Репарація ДНК - біохімія частина 2.
    Для видалення помилок реплікації, неминучих в процесі матричного синтезу таких величезних біополімерів, якими є ДНК, існує спеціальна система ферментів репарації. Наприклад, супутні реплікації одноцепочечниє розриви відновлюються за допомогою ДНК-полі- Мераз I і ДНК-лігази. ДНК-полімераза
  4. Рекомбінація спадкового матеріалу в генотипі. Комбінативна мінливість - біологія. Частина 1
    Мейоз і запліднення забезпечують отримання організмами нового покоління еволюційно сформованого, збалансованого по дозам генів спадкового матеріалу, на основі якого здійснюється розвиток організму і окремих його клітин. Завдяки цим двом механізмам в ряду поколінь особин даного виду формуються
  5. Регуляція травної системи - вікова фізіологія і психофізіологія
    Виділяють нервову і гуморальну регуляцію функцій шлунково-кишкового тракту. нервова регуляція функцій шлунково-кишкового тракту здійснюється за рахунок ентеральної нервової системи - сукупності власних нервових клітин (інтрамуральні нейрони - близько 100 млн) травного тракту, відростків вегетативних
  6. Регуляція секреції молока - кровообіг, дихання, видільні процеси, розмноження, лактація, обмін речовин
    У регуляції секреторних процесів відразу ж після пологів і в період сталої лактації приймають участь різноманітні, тісно пов'язані між собою регуляторні механізми. Дані численних досліджень, проведених на цілісному організмі, ізольованою молочній залозі і на клітинному рівні, вказують, що
  7. Регуляція мітохондріального окислення - біохімія
    Факторами, що лімітують швидкість дихання, є доступність кисню, АДФ, субстратів, можливості і стан самої дихального ланцюга при насичують концентраціях всіх субстратів і компонентів. При наявності всіх компонентів дихального ланцюга і субстратів, за винятком АДФ, поглинання 0 2 (Дихання) не
  8. Регуляція гліколізу і глікогенолізу - біохімія
    Як зазначалося раніше, три гликолитичних реакції є незворотними. Це реакції, що каталізуються гексокиназой, фосфофруктокинази і піруваткіназа; вони є головними ділянками, на яких відбувається регуляція гліколізу по аллостерічному механізму. Негативними модуляторами регуляторних ферментів гліколізу
© 2014-2021  ibib.ltd.ua