АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

РЕГУЛЯЦИЯ ГЕННОЙ АКТИВНОСТИ

Качественный и количественный состав белков в одной клетке (в разное время) и в разных клетках организма может быть весьма различным. Различия могут быть обусловлены процессами, происходящими при синтезе белков de novo – на стадиях транскрипции, посттранскрипции или трансляции, и воздействиями на уже имеющиеся белки или их предшественники.

5.3.1 Регулирование транскрипции

Интенсивность транскрипции непосредственно определяется промотором. Конститутивные гены активны всегда, и их продукты все время образуются в одинаковых количествах; активность этих генов зависит от взаимодействия РНК-полимеразы с промотором. Кроме того, на транскрипцию, определяемую промотором, могут влиять некоторые побочные факторы. Действие регулируемых генов может изменяться в зависимости от внешней среды и стадии развития в результате регуляторных процессов. Имеющаяся ДНК обусловливает только потенциальные возможности, реализация же их зависит от внутренней и внешней среды.

Промотор распознается ферментом и указывает место, где должна начинаться транскрипция. За эту функцию ответственны две последовательности, лежащие на расстоянии 35 и 10 нуклеотидов от места старта транскрипции. Изменения в этой и других последовательностях промотора изменяют интенсивность транскрипции гена, граничащего с данным промотором. Позитивной регуляцией транскрипции называют механизм, при котором регулирующие факторы активируют промотор. О негативной регуляции транскрипции говорят в тех случаях, когда регулирующие факторы предотвращают транскрипцию.

У бактерий 5–10% всех генов образуют функциональные группы. Перед группой структурных генов, продукты которых в основном принадлежат преимущественно к одному метаболическому пути, находятся общий для них промотор и общий оператор. Такую функциональную единицу называют опероном (рис. 5.4). На структурных генах, принадлежащих к одному оперону, образуется одна общая молекула tРНК (полицистронная tРНК), так что все эти гены одновременно активны или неактивны.

А
Б
В

Рис. 5.5 – Регуляция транскрипции. Пример: область лактозного оперона у Escherichia coli. А. В присутствии лактозы. Б. Без лактозы. Пр – промотор; О –оператор; І – регулягорный ген; Ген₁ Ген₂, Ген₃ –структурные гены; Р – репрессор; Л – молекула лактозы; волнистая линия – tРНК. В. Последовательность lас-оператора. В рамках: комплементарно-симметричные участки

Интенсивность транскрипции регулируется в результате взаимодействия оператора с белком-репрессором. Оператор – это последовательность примерно из 30 нуклеотидов, которую «узнаёт» репрессор. Эта последовательность имеет зеркальную симметрию (рис. 5.4, В). Структуру репрессора кодирует ген-регулятор. Репрессор представляет собой аллостерический белок, который может принимать две различные конформации. Молекула репрессора имеет два специфических участка: один для присоединения к оператору и один для связывания эффектора. Присоединяясь к оператору, репрессор блокирует транскрипцию. Он вызывает отрицательный эффект, поэтому такой тип регуляции называют негативным контролем. Связывание эффектора со специфическим участком изменяет пространственную структуру репрессора таким образом, что последний при синтезе репрессибельного фермента блокирует оператор, а при синтезе индуцибельного фермента освобождает оператор.

Регуляция с помощью системы репрессор – оператор известна для некоторых катаболических и анаболических процессов у бактерий. Регуляция на уровне оператора называется моделью Жакоба-Моно по имени открывших ее ученых.

В случае катаболических процессов – при расщеплении субстратов – такая регуляция удобна потому, что расщепляющий фермент образуется только тогда, когда имеется субстрат; наличие субстрата индуцирует синтез фермента, и такие ферменты называют индуцибельными. Субстрат (или один из продуктов его обмена) служит эффектором репрессора.

Особенно хорошо изучена регуляция расщепления лактозы у Escherichia coli (рис. 5.4). Если лактозы в среде нет, то репрессор блокирует оператор и ферменты лактозного оперона (lac-оперона) не синтезируются. Если же лактоза в среде имеется, репрессор взаимодействует с нею и изменяет при этом свою конформацию так, что больше не может блокировать оператор. В результате на lac-опероне образуется tРНК, и благодаря этому синтезируются ферменты, расщепляющие лактозу.

В случае анаболических процессов – при синтезе компонентов клетки – с помощью регуляции достигается то, что не накапливаются исходные вещества в избыточном количестве. Например, синтез той или иной аминокислоты, когда в клетке ее уже достаточно, «выключается» (соответствующие ферменты называют репрессибельными).

Регуляция генной активности у эукариот намного сложнее. Различие между про- и эукариотами связано с тем, что у эукариот наряду с регуляторными процессами, влияющими (как и у прокариот) на функции и жизненный цикл отдельной клетки, существуют и такие процессы, которые влияют на развитие всего организма. Кроме того, у прокариот транскрипция и трансляция обычно следуют непосредственно друг за другом, а у эукариот транкрипт должен перейти из ядра в цитоплазму на рибосомы. По-видимому, наряду с регулированием транскрипции у эукариот значительную роль играет регуляция посттранскрипционных процессов. У млекопитающих важное значение имеет действие гормонов. С помощью методов молекулярной биологии было исследовано регуляторное действие гистонов и негистоновых хромосомных белков. Для активации транскрипции большое значение имеет изменение конформации хроматина. Кроме того, чрезвычайно важна роль интронов в регуляторных механизмах.

5.3.2 Регулирование трансляции

У прокариот mРНК содержит перед стартовым кодоном так называемую последовательность Шайна-Дальгарно из 6 – 8 нуклеотидов (чаще всего AGGAGGU); эта область участвует в связывании mРНК с субчастицей рибосомы. Показано, что эффективность трансляции зависит от лидерной последовательности и, вероятно, определяется вторичной структурой этого участка.

У эукариот регулирование трансляции происходит на этапе инициации. В отличие от прокариот, имеющих только три фак­тора инициации, у эукариот известно 7-8 таких факторов. Они построены более сложно и обладают существенно большей молекулярной массой.

5.4 МОДИФИКАЦИИ

Модификациями называют ненаследственные изменения фенотипа, вызванные влиянием окружающей среды. Генотип остается неизмененным.

Формирование признака – цепь процессов, идущая от гена через mPHK, полипептид и фермент, – протекает нормально только в том случае, если в распоряжении клетки имеются все необходимые исходные вещества, надлежащий источник энергии и подходящие условия для реакций (такие как рН, концентрации ионов и т.п.). Таким образом, среда должна обеспечить условия, необходимые для формирования признака.

Картофель, помещенный в подвал, не образует зеленых пластид, хотя гены для этого имеются. На свету побеги, образованные таким же картофелем, зеленеют. Синтез хлорофилла зависит, таким образом, не только от соответствующих генов, но и от внешнего фактора – света.

Особенно серьезно сказываются те факторы внешней среды, от которых зависит питание. Плохо удобренные поля не приносят большого урожая; животные, не получавшие достаточно пищи, не обладают достаточной продуктивностью или работоспособностью.

Гены определяют норму реакции, а от внешней среды зависит, какой вариант в пределах этой нормы реакции реализуется в данном случае (рис. 5.5).

В результате селекции сорта сельскохозяйственных растений обладают потенциальной способностью давать большие урожаи. Однако эта способность, определяемая генетически, может быть реализована полностью только тогда, когда агротехника (обработка и удобрение почвы, обеспечение водой) создает надлежащие предпосылки для этого.

Рис. 5.6 – Генетически детерминированная норма реакции определенного вида растений

На рис. 5.6 кривая модификаций отражает частоту встречаемости различных форм. На организм редко воздействует сразу много очень неблагоприятных или очень благоприятных факторов среды; поэтому индивидуумов с минимальным или максимальным развитием какого-либо признака бывает мало, а чаше всего встречаются промежуточные формы.

Точно так же и у людей индивидуальность полностью проявляется лишь в результате взаимодействия генетических задатков и внешней среды, причем к действующим факторам среды наряду с питанием и физическими условиями относятся и играют столь же решающую роль воспитание и общественные отношения.

Дата добавления: 2014-09-29 | Просмотры: 2034 | Нарушение авторских прав