Билет!!!

Экспрессия генов — это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок. Экспрессия генов может регулироваться на всех стадиях процесса: и во время транскрипции, и во время трансляции, и на стадии посттрансляционных модификаций белков.

Регуляция экспрессии генов позволяет клеткам контролировать собственную структуру и функцию и является основой дифференцировки клеток, морфогенеза и адаптации.

ДНК сама по себе представляет инертную молекулу и должна быть таковой по своей природе. Поэтому утверждение «жизнь — это ДНК» следует воспринимать очень осторожно. Для того чтобы информация, заложенная в ДНК, превратилась в жизненные функции, она должна быть превращена в действия, которые по частям представлены активностью белков-ферментов, а в полной мере — размножающимся организмом.

Переход представляет собой экспрессию генетической информации и осуществляется в два этапа. На первом действует аппарат РНК, включающий транскрипцию с ДНК на РНК с помощью РНК-полимеразы и трансляцию с РНК(второй этап), с помощью рибосомы, в белки. Именно эти последние и используются для образования как компонентов клетки, в том числе клеточных структур, так и ферментов. Действие РНК-полимеразы основано нa матричном копировании необходимого участка ДНК (гена или группы связанных генов — оперона) в однонитевую нить матричной РНК (мРНК), которая переносится затем к рибосоме, точнее, рибосомы нанизываются на нить мРНК с образованием полирибосомы. Синтез белка осуществляется путем присоединения в рибосоме молекулы транспортной РНК (тРНК) с аминокислотой к соответствующему участку на нити мРНК с образованием полипептидной цепи, соответствующей последовательности нуклеотидов мРНК.

Между аминокислотами и основаниями существует «генетический код», в котором каждой аминокислоте соответствуют кодоны, содержащие три нуклеотида.

РНК синтезируется на матрице ДНК посредством фермента РНК-полимеразы. РНК-полимераза состоит из четырех субъединиц и о-фактора, обеспечивающего распознавание участка старта. Связывание начинается с участка, называемого промотором (рис.). Промотор может быть сильным и слабым. Сильный промотор инициирует синтез иРНК часто, слабый - гораздо реже. С другой стороны, промотор может быть регулируемым и нерегулируемым. Двойная нить (дуплекс) ДНК в этом месте расплетается, и считывается лишь одна нить. Синтез мРНК требует затраты одного эквивалента АТФ на нуклеотид. Промотор может начинать отдельный ген или же комбинацию генов для ферментов, объединенных общей функцией, — оперон. В конце гена или оперона располагается стоп-сигнал, позволяющий РНК-полимеразе отделиться.

Нить ДНК бактерий в этот момент напоминает «ламповый ерш» с висящими на ней мРНК, и это состояние можно увидеть на электронных фотографиях, где нити нуклеиновых кислот, благодаря фосфатам, видны как темные участки. На нити мРНК, еще не отделившейся от ДНК, может уже начинаться синтез белка благодаря присоединению к ней рибосом.

ДНК эукариот расположена в ядре. И требуется решения проблем транспорта мРНК внутри компартмента-лизованной клетки довольно больших размеров. У эукариот гены состоят из кодирующих участков, экзонов, и разделены некодиру-ющими — интронами. Образованная в ядре мРНК претерпевает процессинг (созревание), при котором, в частности, из нее удаляются некодирующие участки, и лишь затем она поступает для синтеза белка в рибосомы. Все это обусловливает значительное усложнение элементарного процесса.

Рис. Действие РНК-полимеразы

Особенности Регуляция экспрессии генов эукариот:

Особенностью прокариот является транскрибирование мРНК со всех структурных генов оперона в виде одного полицистронного транскрипта, с которого в дальнейшем синтезируются от

дельные пептиды. Экспрессия генов у прокариот регулируется главным образом на уровне транскрипции. Роль сигнальных веществ для запуска транскрипции играют молекулы-эффекторы, представляющие собой низкомолекулярные соединения, которые являются либо субстратом для фермента, либо продуктом ферментативной деятельности соответственно. Индукция и репрессия представляют собой разные стороны одного и того же явления. Малые молекулы, индуцирующие образование ферментов, способных метаболизировать их, называются индукторами. Те же, которые предотвращают образование ферментов, способных синтезировать их, - корепрессорами.
Молекулы-эффекторы не могут вступать в прямое взаимодействие с ДНК, посредником для них служит специальный регуляторный белок. Регуляторный белок, который связывается с ДНК в отсутствии индуктора, называется репрессором.

Особенности Регуляция экспрессии генов эукариот:

У эукариотических организмов механизм регуляции транскрипции гораздо более сложен. В результате клонирования генов эукариот обнаружены специфические последовательности, принимающие участие в транскрипции и трансляции.

Для эукариотической клетки характерно:

1. Наличие интронов и экзонов в молекуле ДНК.

2. Созревание и-РНК - вырезание интронов и сшивка экзонов.

3. Наличие регуляторных элементов, регулирующих транскрипцию, таких как:

а) промоторы - 3 вида, на каждый из которых садится специфическая полимераза б) модуляторы - последовательности ДНК, усиливающие уровень транскрипции; в) (энхансеры) усилители - последовательности, усиливающие уровень транскрипции и действующие независимо от своего положения относительно кодирующей части гена и состояния начальной точки синтеза РНК; г) терминаторы - специфические последовательности, прекращающие и трансляцию, и транскрипцию.

44 билет!!!

Генетическая инжене́ рия (генная инженерия) — совокупность приёмов, методов и технологий получения рекомбинантных РНК и ДНК, выделения генов из организма (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы.

Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.

Генная инженерия служит для получения желаемых качеств изменяемого организма

Цель генной инженерии - не воплощение в реальность мифов о кентаврах (человеко-конях) и русалках (человеко-рыбах), а получение клеток (в первую очередь бактериальных), способных в промышленных масштабах нарабатывать некоторые «человеческие» белки. Так, с 1980 г. гормон роста человека - соматотропин получают из бактерии Е. coli (кишечной палочки). Соматотропин представляет собой полипептидную цепь, состоящую из 191 аминокислоты. Он вырабатывается в гипофизе и контролирует рост животного; его недостаток приводит к карликовости. До развития генной инженерии его выделяли из гипофизов от трупов. Соматотропин, синтезированный в специально сконструированных клетках бактерий, имеет очевидные преимущества: он доступен в больших количествах, его препараты являются биохимически чистыми и свободны от вирусных загрязнений.
Основной задачей генной инженерии является выделение, идентификация и направленное изменение генетического материала из одного организма таким образом, чтобы его можно было ввести в новый организм -«хозяин». Цель ее - создание новых генетических структур и организмов с новыми наследственными свойствами.

Задачи генной инженерии:

1.создание рекомбинантных ДНК для переноса в другие клетки

2.разработка методов введения рекомбинанатной ДНК в клетку

3.создание условий для нормальной экспрессии генов, введенных в клетку

Основные направления генетической модификации организмов:

– придание устойчивости к ядохимикатам (например, к определенным гербицидам);

– придание устойчивости к вредителям и болезням (например, Bt -модификация);

– повышение продуктивности (например, быстрый рост трансгенного лосося);

– придание особых качеств (например, изменение химического состава).