ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Гены прокариот из "Основы генетической инженерии" Основные молекулярно-генетические сведения, касающиеся прокариот, получены при изучении клеток Es heri hia oli. [c.16] Транскрипция. Индивидуально работающий ген прокариот состоит из трех обязательных элементов промотора, белок-кодиру-ющей области и терминатора транскрипции (рис. 1.1). Координаты транскрибируемых нуклеотидов принято записывать с положительным знаком, а нуклеотидов промоторов — с отрицательным. Отсчет нуклеотидов в генах ведут от первого транскрибируемого нуклеотида, обозначаемого +1. [c.16] Строение сайта связывания рибосом (RBS) и Rho-независимо-го терминатора транскрипции (t) Е. сой. [c.19] Регуляция. Экспрессия вышеописанного гена конститутивна, т. е она не регулируется. Регуляция экспрессии генов прокариот осуществляется в основном на уровне транскрипции с помощью регуляторных белков. В этом случае регулируемые гены содержат радом с промотором дополнительные элементы, т, е. специфические нуклеотидные последовательности, способные связывать регуляторные белки Регуляция может быть негативной (осуществляется белками-репрессораии) или позитивной (осуществляется белками-активаторами). В названии способа регуляции отражен тот факт, что в первом случае экспрессия гена подавляется при появлении в клетке активного белка-регулятора, а во втором — она без него невозможна (рис. 1,3). [c.20] Лактозный оперон является объектом и позитивной регуляции, осуществляемой с помощью другого сайта, который находится рядом с промотором и одинаков для всех оперонов, подвергающихся катаболитной репрессии. Это явление заключается в следующем. Если в среде присутствуют одновременно глюкоза и какие-нибудь другие сахара, то бактерии используют только глюкозу. Индикатором отсутствия в клетке глюкозы является высокая концентрация циклического АМР (сАМР), обладающего способностью связываться с белком-активатором катаболизма сахаров (БАК). Комплекс же сАМР—БАК имеет высокое сродство с сайтом позитивной регуляции оперонов, предназначенных для катаболизма сахаров (БАК-сайт). РНК-полимераза связывается с относительно слабыми промоторами этих оперонов только во взаимодействии с указанным комплексом, поэтому их транскрипция происходит только в отсутствие глюкозы (табл. 1.3). [c.23] Регуляция экспрессии оперонов, обеспечивающих синтез каких-либо низкомолекулярных веществ (например, аминокистот), обычно осуществляется конечными продуктами, которые выступают в данном случае как корепрессоры. По достижении определенной концентрации эти продукты объединяются с молекулами репрессоров, способствуя тем самым их связыванию с операторами и блокированию транскрипции оперонов. Некоторые опероны, определяющие синтез аминокислот дополнительно регулируются с помощью так называемых аттенюаторов. [c.24] Молекулу ДНК нельзя рассматривать только как пассивное хранилище генетической информации, которая записана в линейной форме и реализация которой находится под контролем регуляторных белков и сайтов. В последние годы было показано, что изгибы в структуре ДНК, присущие самой молекуле или вызванные посадкой на нее белков, играют активную роль в регуляции клеточных процессов (см. обзор Perez-Martin et al., 1994). [c.25] Таким образом, опероны и многие гены функционируют и регулируются независимо друг от друга. Поэтому, меняя их локализацию в геноме или перенося в другие клетки, можно добиваться их экспрессии. Иногда же гены нельзя физически разделить, так как последовательности нуклеотидов, из которых они состоят, частично или полностью перекрываются, что особенно часто встречается в геномах небольших размеров (ДНК мелких бактериофагов, транспозонах и т. п.). Это позволяет экономить генетический материал. Классическим примером служит бактериофаг фХ 74. Его однонитевая ДНК, состоящая из 5386 нуклеотидов, должна бы кодировать белки, суммарная молекулярная масса которых составляет около 200 килодальтон (кДа), но фактическая молекулярная масса его белков — почти 240 кДа. Наиболее показательной в плане рационального использования ДНК является область около гена А этого фага (рис. 1.6). [c.26] Отметим вначале, что у эукариотических организмов ДНК присутствует не только в ядрах, но и в органеллах — митохондриях, которые есть у всех эукариот, и хлоропластах, имеющихся у зеленых растений. По многим признакам предполагается, что орга-неллы происходят от прокариот митохондрии от а-пурпурных бактерий, а хлоропласты — от цианобактерий. Их роднят с прокариотами многие черты белок-синтезирующего аппарата. Учитывая направленность интересов генетической инженерии, ограничи.мся здесь рассмотрением только ядерных генов. [c.27] Строение. Гены эукариот по строению и характеру транскрипции значительно отличаются от прокариотических генов (см. табл. 1.1). Их отличительной особенностью является прерывность, т. е. чередование в них последовательностей нуклеотидов, которые представлены (экзоны) или не представлены (интроны) в мРНК. Отсюда ясно, что интроны относятся к некодирующим последовательностям Они могут располагаться не только в области, ограниченной инициирующим и терминирующим кодонами, но и вне их, в начале или в конце гена. Их длина может превышать 10 т.п.н. низших эукариот прерывные гены составляют меньшинство всех генов (5 % у дрожжей), а у высших — большинство (94 % у млекопитающих). Отметим, что мозаичность генов найдена и в прокариотических клетках. [c.27] Эволюционно связанные гены, обладающие высокой степенью физической гомологии, образуют семейства. Белки, кодируемые такими генами, действуя одновременно или на разных этапах развития организма, выполняют одинаковые функции. Например, состав белков в а- и р-цепях гемоглобина крови млекопитающих различен у эмбриона, плода и взрослого организма, что вызвано дифференциальной экспрессией генов, входящих в а- и р-семей-ства глобиновых генов. Наряду с функционирующими генами, в семействах обнаружены нефункционирующие. Такие гены получили название псевдогенов. Они не экспрессируются по различным причинам (изменение рамки считывания из-за делеции или вставки, отсутствие интрона и т. п.). [c.28] Характерной чертой генов, входящих в семейство, является сходная картина локализации большинства интронов. Это сходство не ограничивается рамками определенного генома. Так, в случае глобиновых генов сходными по расположению интронов оказались гены у всех исследованных животных — у млекопитающих, птиц и лягушек. Однако длины и нуклеотидные последовательности интронов могут значительно варьировать, меняя тем самым и размеры самих генов. [c.28] Вернуться к основной статье