Прокариоты и регуляция экспрессии генов

РЕГУЛЯЦИЯ ЭКСПРЕССИИ ГЕНОВ У ПРОКАРИОТ [c.111]

Инициация и регуляция транскрипции ДНК у эукариот с участием РНК-полимеразы в большей степени, чем у прокариот, зависит от множества других белков — факторов транскрипции, взаимодействующих с дискретными участками ДНК, образующих сложный эукариотический про.мотор. В районе промотора, прилегающего к сайту инициации транскрипции (кзп-сайту), обнаружены участки с характерными нуклеотидными последовательностями (мотивами), которые оказывают цис-действие на экспрессию близлежащего гена. Эти элементы могут взаимодействовать с РНК-полимеразой и другими белками-факторами транскрипции. Разные ядерные белковые факторы транскрипции, представляющие собой регуляторные белки, способны связываться с теми или иными нуклеотидными последовательностями ДНК, оказывая тем самым влияние На экспрессию разных генов. Такие белки, способные к диффузии [c.195]

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]

Регуляция экспрессии генов у прокариот [c.167]

Исследования генетики бактерий внесли очень большой вклад в наши знания о наследственности. Во-первых, они продемонстрировали сколь разнообразны генетические процессы, которые могут реализовываться в природе у отдельных видов организмов. Познание этого разнообразия у прокариот проливает свет на возможные механизмы взаимодействия генома человека с геномами вирусов и приводит к переоценке роли многих генетических явлений, наблюдавшихся у эукариотических организмов, но не находивших объяснения. Велика роль генетики бактерий и в изучении регуляции и экспрессии активности генов. Эта тема будет рассматриваться в последующих главах. Механизмы организации этих процессов у сравнительно простых прокариотических организмов закладывают основы для их понимания у более сложно устроенных эукариот. [c.227]

Сейчас природа генетического кода известна, составлен словарь, переводящий нуклеотидную последовательность в аминокислотную. Установлены и основные особенности различных этапов экспрессии генов и их регуляции, хотя многие молекулярные детали еще ждут своего разъяснения. В этой главе мы рассмотрим, как устроен генетический словарь, и опишем механизмы, используемые клеткой для экспрессии генетической информации. Основное внимание будет уделено прокариотам, но мы вкратце остановимся на соответствующих процессах и у эукариот. Последние данные об этих процессах у эукариот приведены в гл. 8. [c.115]

Геном эукариотических клеток устроен значительно сложнее, чем у прокариот, что определяется большим объемом информации, необходимой для нормальной жизнедеятельности многоклеточного организма, состоящего из специализированных клеток, органов, тканей. Поэтому в ходе эволюции по мере усложнения клетки как правило возрастает масса ДНК в хромосомах и становится более сложной вся система управления и регуляции экспрессией генов. [c.377]

Регуляция экспрессии генов посредством сайт-специфической инверсии, вероятно, не является широко распространенным способом генетической регуляции у прокариотических организмов. Судя по всему, эволюция большинства регуляторных механизмов прокариот была направлена на создание систем быстрого изменения уровня экспрессии тех или иных генов в ответ на быстрые изменения в окружающей среде. В то же время система вариации фаз организована таким образом, что соответствующие изменения происходят с очень низкой вероятностью и не могут служить целям быстрого реагирования на изменения окружения. Система сайт-специфической инверсии скорее предназначена не для оперативной подстройки к изменяющимся условиям среды, а для подготовки целой популяции клеток к встрече с новыми условиями окружения посредством расширения возможностей генетической вариабельности в популяции. [c.202]

Итак, сплайсинг может играть роль в создании новых генов в ходе эволюции, в более полном и экономичном использовании записанной в геном информации и, наконец, в регуляции экспрессии генов. Весьма вероятно, что существуют и другие приложения для сплайсинга. Следует, однако, подчеркнуть, что, скорее всего, разорванная структура гена и сплайсинг возникли не в результате перехода от прокариот к эукариотам, но, напротив, они имелись уже у наиболее древних форм жизни, в частности у архебактерий. В настоящее время появляются свиде- тельства в пользу того, что первичная жизнь существовала в форме РНК, которая была и носителем генетической информации (вместо ДНК), и осуществляла ферментативные функции (вместо белков). Сплайсинг — это как раз тот процесс, который во многих случаях катализируется самой РНК без участия белка даже в современных организмах (см. гл. 6). Неудивительно поэтому, что процессы сплайсинга могли существовать даже у древнейших организмов, а далее они уже использовались для выполнения разных биологических задач. [c.53]

По сравнению с прокариотами геном эукариотических клеток имеет значительно более сложное строение, что обусловлено огромным объемом информации, необходимой для развития и функционирования многоклеточного организма, дифференцированного на больщое количество специализированных клеток, тканей и органов. В связи с этим в ходе эволюции возрастает масса ДНК в хромосомах и усложняется система управления и регуляции экспрессией генов. [c.310]

Теоретически регуляция синтеза ферментов могла бы осуществляться как при транскрипции, так и при трансляции. Как выяснилось, экспрессия генов у прокариот регулируется главным образом на уровне транскрипции. Большинство генов, кодирующих структуру полипептидных цепей, подвержено регуляции-точнее, регулируется их транскрипция. От условий среды и состояния клеточного метаболизма зависит, будут [c.480]

Бактериофаг X оказался настоящей сокровищницей систем генетической регуляции, изучение которых позволило заметно расширить и углубить наши представления о механизмах генетической регуляции у прокариот. В процессе литического развития гены фага X (см. гл. 7) регулируются таким образом, чтобы обеспечивать контролируемую репликацию ДНК, рекомбинацию, синтез структурных белков и сборку частиц потомства фага. В то же время лизогенам по фагу X присущ иной способ экспрессии генов. В лизогенных бактериях репрессированы все гены профага, используемые при литическом развитии, и экспрессируется только один ген, обозначаемый с1, который контролирует репрессию генов профага. Экспрессия гена с1 в лизогенах обеспечивает также иммунитет клетки к повторной инфекции другим фагом X. [c.183]

Благодаря достижениям генной инженерии за последние годы достигнут значительный прогресс в понимании процесса экспрессии эукариотических генов. Однако, поскольку большинство эукариот содержит значительно больше генетической информации, чем прокариоты, а возможности манипуляций с генами эукариот существенно ограничены, молекулярные аспекты регуляции эукариотических генов изучены гораздо хуже. В этой части главы очень кратко представлено несколько типов регуляции эукариотических генов. [c.120]

Накопление, передача и экспрессия (выражение в фенотипе) генетической информации составляют основную тему части IV. В начале описьгоаются эксперименты, показывающие, что ДНК является генетическим материалом, а также история открытия двойной спирали ДНК. Затем следует описание ферментативного механизма репликации ДНК. Далее мы перейдем к экспрессии генетической информации, заключенной в ДНК, начав с описания данных о роли информационной РНК как промежуточного переносчика информации. Затем рассматривается процесс транскрипции, т. е. синтез РНК в соответствии с инструкциями, заключенными в матричной ДНК. Из этого логически вытекает описание генетического кода, т.е. взаимосвязи между последовательностью оснований в ДНК (или в транскрибируемой с нее информационной РНК) и последовательностью аминокислот в соответствующем белке. Генетический код, общий для всех живых организмов, прекрасен своей простотой. Три основания составляют кодон-единицу кода, соответствующую одной аминокислоте. Кодоны в информационной РНК последовательно считываются молекулами транспортных РНК, которые выполняют роль адапторов в син-тезе белка. Далее мы переходим к механизму белкового синтеза, а именно к процессу трансляции, в ходе которого четырехбуквенный алфавит нуклеиновых кислот, в котором каждая буква представлена соответствующей парой оснований, переводится в 20-буквенный алфавит белков. Трансляция происходит на рибосомах и обеспечивается координированным взаимодействием более чем сотни различных высокомолекулярных соединений. В следующей главе описывается регуляция экспрессии генов у бактерий, причем основное внимание уделяется оперо-нам лактозы и триптофана у Е. соН, как наиболее изученным в настоящее время. Далее обсуждаются результаты последних исследований экспрессии генов у более высокоорганизованных организмов (т.е. у эукариот), отличающихся от бактерий (прокариот) более высоким содержанием ДНК и наличием оформленного ядра, что обеспечивает диф-ференцировку клеток. Затем рассматри- [c.15]

В этом разделе мы на нескольких примерах проиллюстрируем механизмы регуляции генной экспрессии, используемые прокариотами, в частности Е. соИ и ее бактериофагами. Более сложные механизмы регуляции у эукариот обсуждаются в гл. 8. [c.172]

У высших организмов процессы биосинтеза белка регулируются значительно сложнее. Хотя каждая клетка позвоночного содержит полный геном данного организма, в клетке данного типа экспрессируется только часть структурных генов. Почти во всех клетках высших животньк присутствуют наборы основных ферментов, необходимые для реализации главных путей метаболизма. Однако клетки разных типов, например клетки мышц, мозга, печени, содержат свойственные только им структуры и выполняют только им присущие биологические функции, реализация которых обеспечивается наборами специализированных белков. Например, клетки скелетных мьшщ содержат огромное количество ориентированных миозиновых и актиновых нитей (разд. 14.14), тогда как в печени миозина и актина очень мало. Точно так же клетки мозга содержат ферменты, необходимые для синтеза большого числа различных веществ-медиаторов нервных импульсов, в то время как клетки печени этих ферментов вообще не содержат, Вместе с тем в печени млекопитающих присутствуют все ферменты, необходимые для образования мочевины, тогда как в других тканях этих ферментов нет и они не обладают способностью синтезировать мочевину (разд. 19.15). Кроме того, биосинтез разных наборов специализированных белков должен быть точно запрограммирован в последовательности и времени их появления в ходе строго упорядоченной дифференцировки и роста высших организмов. Пока нам сравнительно мало что известно о регуляции экспрессии генов в эукариотических организмах с их многочисленными хромосомами. Однако сегодня мы располагаем значительной информацией о регуляции синтеза белка у прокариот. К ней мы сейчас и перейдем. [c.954]

Рис. 10-50. Регуляция экспрессии генов с помощью аттенуации транскрипции у прокариот. По мере роста РНК-транскрипта за счет добавления нукдеотидов к З -концу, РНК-транскрипт приобретает одну из двух указанных информации Наиболее стабильной является конформация А, которая содержит две шпильки с двойной спиралью, возникшие при спаривании комплементарных оснований. В связи с тем, что за спиралью шпильки, образовавшейся при спаривании сайтов 3 и 4. следует серия и-нуклеотидов, шпилька служит сигналом терминации для бактериальной РНК-полимеразы. Конформация Б образуется, если с сайтом 1 на транскрипте РНК связывается регуляторный белок или рибосома, в результате свободный сайт 2 спаривается с сайтом 3, при этом сигнал терминации пропадает и образуется длинный функциональный транскрипт

У прокариот основным способом регуляции экспрессии гена является, по-видимому, включение-выключение транскрипции, хотя в некоторых случаях вступают в действие другие механизмы, например аттенуация, терминация, антитерминация, контроль трансляции и регуляция метаболизма матричных РНК и белков. Подобно этому элементы, осуществляющие включение и выключение транскрипции, играют рещающую роль в регуляции экспрессии генов также у эукариот. От сплайсинга, особенно от его способа, зависит, какие именно образуются матричные РНК и соответственно кодируемые ими белки. Кроме того, имеются данные о регуляции при помощи аттенуации или терминации транскрипции, а также указания на то, что трансляция и метаболизм РНК тоже подвержены регуляции в процессе синтеза белков. Уникальные свойства эукариотических клеток и структура их генов и геномов обеспечивают дополнительные возможности для контроля передачи генетической информации. Например, полный транскрипт гена остается нефункциональным до тех пор, пока не будут правильно вырезаны входящие в него интроны. Далее транскрипты предщественники матричных РНК-должны быть модифицированы на 5 - и З -концах, а сами матричные РНК должны перейти из ядра в цитоплазму, прежде чем они смогут участвовать в трансляции. В принципе регуляция может осуществляться на каждом из этих этапов. [c.10]

Запрограммированные перестройки генов, влияющие на их экспрессию, выявлены у прокариот, дрожжей, тетрахимены, трипаносом и млекопитающих. Такое разнообразие позволяет предположить, что гены, экспрессия которых изменяется в результате аналогичных перестроек, имеются у многих организмов. Здесь мы остановимся на некоторых сайт-специфических перестройках у прокариот, опосредующих регуляцию экспрессии генов при помощи инвертирования сегментов ДНК. Это позволит нам ввести некоторые общие понятия, необходимые для обсуждения соответствующих процессов в эукариотических системах. [c.272]

Разные представители почвенных и водных грамотрицательных бактерий проявляют огромное многообразие метаболических активностей, которые не только представляют значительный научный интерес, но и потенциально важны для биотехнологии. Однако ряд этих активностей нельзя воспроизвести в клетках Е. соИ, несущих в составе гибридных молекул ДНК соответствующие генетические детерминанты, так как метаболические и физиологические возможности этой бактерии ограничены. Кроме того, исследования последних лет показали, что, несмотря на фундаментальную схожесть организации генетического аппарата прокариот и способа реализации генетической информации, существуют характерные для каждой таксономической группы особенности, отличающие ее от других групп по тонким механизмам регуляции экспрессии генов. Это может приводить к тому, что гены бактерий одного семейства (рода) не будут экспрессироваться в клетках бактерий дрзтого семейства (рода) или обусловят очень низкий уровень продукции соответствующего белка. Поэтому для изучения экспрессии генов, получения суперпродуцентов с определенными свойствами и т. п. необходимо либо создавать для каждой таксономической группы бактерий специализированную векторную систему на основе плазмид и фагов [c.211]

Семейства повторяющихся последовательностей как регуляторы экспрессии генов. Напомним, что в отличие от прокариот, у которых родственные гены, имеющие отношение к определенным метаболическим реакциям, обычно сцеплены и регулируются с помощью одного оперона (разд. 3.11), родственные эукариотические гены обычно диспергированы. Например, гены а- и Р-глобинов расположены на разных хромосомах, но должны экспрессироваться согласованно. Другими словами, весь набор диспергированных генов в конкретной ткани или на определенной стадии развития организма должен экспрессироваться одновременно. Такая координация возможна, если у всех членов генного кластера имеется общий регуляторный элемент. В таком случае включать или выключать весь набор генов может одна эффекторная молекула, взаимодействующая с одинаковыми диспергированными регуляторными элементами. Контроль за экспрессией генов может осуществляться на уровне ДНК путем регуляции транскрипции или же на уровне РНК. Например, в гетерогенной ядерной РНК, по-видимому, сохраняется картина распределения повторов, характерная для геномной ДНК, и тогда координация регуляции может осуществляться с помощью контроля созревания первичных транскриптов с образованием мРНК. В то же время копии повторяющихся последовательностей могут содержаться и в зрелых мРНК, и тогда регуляция генной экспрессии будет происходить на уровне трансляции. [c.205]

Моноцистронные единицы транскрипции содержат последовательность, кодирующую только один белок или стабильную РНК (рис. 8.1, >4). Однако единицы транскрипции прокариот, как правило, являются полицистронными и содержат последовательности, кодирующие не один, а несколько типов белков или РНК (рис. 8.1, и В). Обычно все кодирующие сегменты в полицистронной единице транскрипции имеют общие 5 - и З -регуляторные последовательности, что обеспечивает координированную регуляцию и экспрессию множественных генов. Последовательности, кодирующие один или несколько полипептидов, транслируются без какой бы то ни было модификации или процессинга РНК. Напротив, последовательности, кодирующие многочисленные РНК, например три вида рРНК или множест- [c.21]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология