Регуляция активности генов - ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ. ФУНКЦИИ ДНК. РЕАЛИЗАЦИЯ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ

Тело многоклеточного организма построено из разнообразных клеточных типов. Различия между типами клеток обусловлены главным образом тем, что в дополнение к белкам, необходимым любой клетке организма, клетки каждого типа синтезируют свой набор специализированных белков: в эпидермисе образуется кератин, в эритроцитах — гемоглобин, в мышечных клетках — актин и миозин и т.д. Это приводит к появлению клеток со специфическими для них структурами и особыми функциями, т.е. к дифференцировав. Контроль активности генов осуществляют регуляторные белки: репрессоры и активаторы. Они присоединяются к специфическим нуклеотидным последовательностям ДНК, что способствует или препятствует транскрипции генов. Регуляторные белки в свою очередь служат посредниками между средой и ДНК клетки. Некоторые вещества (гормоны, факторы роста), проникающие в клетки, могут связываться с регуляторными белками и менять пространственную структуру этих молекул. Это либо повышает, либо понижает их сродство к ДНК и таким образом либо включает, либо выключает транскрипцию генов. Специфический для каждой клетки набор активных генов постепенно формируется в процессе индивидуального развития многоклеточного организма. Характер генной экспрессии (транскрипции и трансляции определенных генов) передается клетками из поколения в поколение и обусловливает возникновение значительно отличающихся друг от друга клеточных типов (нейронов, клеток печени, клеток эпителия кожи и др.) одного организма, хотя ДНК этих клеток идентична ДНК зиготы.

Все процессы преобразования структур клеток тканей, организма в целом и реакции обмена веществ осуществляются благодаря экспрессии тех или иных генов. Как уже упоминалось ранее, экспрессией называют активацию гена, в результате чего синтезируется РНК и белки. Именно продукты множества генов осуществляют весь комплекс структурно-функциональных событий, происходящих в каждой клетке. Процессы, осуществляемые в печени, отличаются от событий, имеющих место в клетках центральной нервной системы или в мышечных волокнах, клетках кожи и других тканей. Различия в характере превращения веществ в различных типах клеток зависят от тех генов, которые в данный момент “работают”, т.е. экспрессированы, в данном типе клеток. Избирательная, дифференциальная активность генов в разных типах клеток как во времени, так и в пространстве зависит от состояния организма, от влияния на него факторов окружающей среды и определяется деятельностью регуляторных систем организма. Следовательно, в основе ответной реакции организма на различные воздействия лежит регуляция активности генов, направленная на инициацию процессов, лежащих в основе поддержания гомеостаза. Наследственный аппарат клетки определяет и контролирует те или иные реакции обмена веществ.

Опорные точки

• Все обменные процессы, происходящие в клетке, протекают под контролем генетического аппарата.

• Экспрессией гена называют его активацию, в результате чего происходит синтез иРНК.

• Репрессией гена называют прекращение считывания информации в виде иРНК.

• В составе ответной реакции организма на внешние воздействия лежит регуляция активности генов.

• Для прокариотических организмов характерна оперонная регуляция активности генов.

Вопросы и задания для повторения

1. Где в клетке заложена исходная информация для биосинтеза белка?

2. Какие условия необходимы для биосинтеза белка?

3. Где в клетке образуются белки?

4. Какова роль ДНК, иРНК, тРНК в процессе биосинтеза белка?

5. Каким образом иРНК становится матрицей для биосинтеза белка?

6. Что такое ген, генетический код?

7. Что такое транскрипция, трансляция?

8. Как происходит сборка белковых молекул?

9. Что такое биологические макромолекулы и какова их роль в обеспечении процессов метаболизма в живых организмах?

10. Что такое генетический код? Какими свойствами он характеризуется?

11. Каковы основные этапы реализации наследственной информации?

12. Как регулируется активность генов?

13. В чем состоят изменения структуры ДНК при генных мутациях?

14. Какие существуют механизмы, снижающие проявление мутаций в фенотипе?

15. Как объяснить, почему только одна нить молекулы ДНК является кодогенной?

16. Как объяснить, почему замена азотистых оснований в молекуле ДНК не всегда проявляется в изменении структуры белковой молекулы?

17. В чем заключается биологическое значение вырожденности генетического кода?

18. Достройте вторую цепь ДНК к данной полинуклеотидной цепи. Укажите, как будет синтезироваться новая цепь (непрерывно или фрагментами).

а) 3'ААТТЦЦГГЦГАА 5'

б) 5' ТТЦЦГААГЦТАА 3'

19. Определите последовательность нуклеотидов в матричной цепи ДНК, шифрующей порядок аминокислот в пептидной цепи: фен-про-асп-мет-тир (учитывая вырожденность генетического кода, выпишите все варианты кодирующих триплетов под каждой аминокислотой).

20. Пользуясь таблицей генетического кода для иРНК, определите, сколько пептидных цепей закодировано в данной последовательности нуклеотидов и какова последовательность аминокислот в них (помните о нонсенс- триплетах).

5’АУГГАГАЦАГГУЦААУААГУАААЦГАУГААЦЦААГУУГАУГЦУУУ- ГУАУЦЦЦЦГ 3’.

21. Из предложенного ассортимента тРНК (даны их антикодоны ЦГГ, АУЦ, АЦА, ГЦУ, ГГУ, ААЦ, ЦЦЦ, ГУУ, УЦГ, ЦАА, УУГ) выберите такие молекулы, которые примут участие в процессе синтеза пептида с данного участка молекулы ДНК.

5’ ГАТЦГАТТГЦАА 3’;

3’ ЦТАГЦТААЦГТТ 5’.

Помните, что антикодон тРНК не только комплементарен, но и антипараллелен кодону иРНК. Антикодоны начинаются с 5'-конца тРНК.

22. В чем заключается биологический смысл избыточности генетического кода?

23. Каким образом реализуется наследственная информация о структуре и функциях небелковых молекул, синтезируемых в клетке?