Механизмы регуляции генной активности ДНК

Открытие основных компонентов систем транскрипции и трансляции послужило важным стимулом в изучении механизмов регуляции этих процессов. В 1961 г. Ф. Жакоб и Ж. Моно опубликовали схему регуляции синтеза белков на уровне транскрипции при помощи регуляторных белков, а в 1966 г. У. Гилберт и Б, Мюллер-Хилл впервые выделили такой белок. Кроме того, оказалось, что РНК-полимераза сама является регулятором генной активности (Р. Б. Хесин. 1962—1966). Эти работы привели к открытию основных регуляторных генетических элементов — промоторов и терминаторов транскрипции. [c.7]

Имитация посттрансляционных модификаций белков. Посттрансляционные модификации белков являются одним из важнейших этапов экспрессии генов. Большинство эукариотических белков становятся функционально-активными лишь после ковалентного присоединения к их функциональным группам модифицирующих молекул. Кроме того, посттрансляционные модификации, например, фосфорилирование или ацетилирование белковых молекул, являются важным механизмом регуляции их биологической активности. Исследование молекулярных механизмов регуляции активности белков под действием их ковалентных модификаций сдерживается отсутствием адекватных модельных систем. Например, стандартным методом получения специфически фосфорилированных белков является их инкубация с соответствующей протеинкиназой в присутствии субстратов. Однако обычно не удается контролировать уровень фосфорилирования белка, а также специфичность самой реакции. Использование Метода EPL позволяет решить эту проблему путем объединения [c.317]

В 1970-1980-х годах в эндокринологии произошли события чрезвычайной важности, качественно изменившие состояние этой области знаний. Не преследуя цель дать здесь исчерпывающий обзор всех событий, отметим основные вехи происшедшей перемены. Прежде всего был открыт новый класс биологически активных веществ - нейропептидов, т.е. эндогенных пептидов, регулирующих деятельность нервной системы, в первую очередь головного мозга. За короткое время получена детальная информация об их химической структуре, предшественниках, содержащих в своих аминокислотных последовательностях целые ансамбли разнообразных нейропептидов. Это дало толчок интенсивным исследованиям их биологического действия и механизмов регуляции и взаимосвязи с многочисленными функциями организма. Следующим существенным моментом явилось становление генной инженерии. В кратчайший срок удалось систематизировать данные о ранее известных нейропептидах и предсказать (что сразу же нашло подтверждение) существование новых представителей этого класса пептидов. Кроме того, стало реальным радикальное решение важнейшей проблемы - обеспечение практически неограниченного количества нейропептидов человека путем синтеза их с помощью микроорганизмов, а не экстракцией в ничтожных количествах из опухолей и органов умерших. [c.336]

Исходный витамин D3 является регулятором образования гидроксилиро-ванной формы 25-(ОН) D3, ингибируя активность фермента 1-а-гидроксила-зы. Как уже было отмечено, биологические функции витамина D в основном связаны с действием его метаболитов. Физиологические концентрации кальция в крови поддерживаются системой, составной частью которой являются гидроксилированные формы D3. Идентифицирован механизм активации щелочной фосфатазы и кальций-зависимой АТФ-азы посредством метаболита витамина D3, а именно 1,25-(ОН)2 D3. Этот метаболит, локализованный в ядрах, принимает участие в регуляции генной активности. Гидроксилированные формы витамина D3 способствуют минерализации тканей, а также нормальному функционированию паращитовидных желез. [c.99]

Для познания внутренних механизмов формообразования культурных растений и роли факторов внешней среды в формировании урожая необходимы в первую очередь детальные исследования природы и функции нуклеиновых кислот клеточного ядра, занимающего центральное положение в морфогенетических процессах организма. Особое внимание должно быть уделено изучению механизмов регуляции генной активности ДНК и морфогенетической функции клеточного ядра в связи с разработкой нижеследующих проблем растениеводства. [c.19]

Механизмы регуляции генной активности ДНК [c.15]

Развитие современной генетики характеризуется проникновением молекулярных принципов исследований во все области учения о наследственности. Широкое развитие получили исследования по таким проблемам, как искусственный синтез гена вне организма, продленный мутагенез и молекулярная природа мутаций, гибридизация соматических клеток, получение гаплоидных растений при культивировании пыльников, механизмы регуляции активности генов и действие генов в процессах индивидуального развития, молекулярные основы рекомбинаций, репараций (восстановления) [c.9]

Есть все основания предполагать, что в клетках растений и животных механизм регулирования генной активности лабильной части ДНК хроматина построен по описанному выше принципу Ф. Жакоба и Ж. Моно. Это молекулярный уровень регуляции генной активности ДНК. Он охватывает преимущественно сферу текущих метаболических процессов. [c.18]

Тот факт, что гетерозиготы сохраняют не более 50% нормальной активности, очевидным образом подтверждает, что количество фермента жестко контролируется соответствуюпщм локусом. У здоровых гомозигот, несущих два нормальных структурных гена, активность фермента составляет 100%, а у гетерозигот-только 50%). В гетерозиготном организме единственный полноценный структурный ген не в состоянии компенсировать функции мутантного гена, продукт которого неактивен. Это обстоятельство чрезвычайно важно для понимания механизмов генной регуляции у млекопитающих, отличающихся от аналогичных механизмов у бактерий. [c.21]

Ученые научились не только выделять и клонировать нужные гены, но и всесторонне их изучать определять последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК и аминокислот в белке, который кодирует ген, механизм регуляции его активности. Все это позволило [c.24]

Наука генетика. В настоящее время генетика представляет собой высокоразвитую науку. Она имеет мощную и глубоко разработанную теорию. Глубина теории определяется сложностью проблем, которые она в состоянии сформулировать, а оценить ее можно по трем характерным признакам широкому применению формализованных понятий, наличию представлений о механизмах и высокой способности объяснять различные явления. Основное представление генетики-это понятие о гене как единице хранения, передачи и реализации наследственной информации. Со времени пере-открытия законов Менделя в 1900 году началось изучение генетических механизмов. Оно привело к расшифровке генетического кода, описанию процессов транскрипции, трансляции и функционирования белков, кодируемых определенными генами. В настоящее время уточняется тонкая структура генов, активно проводятся исследования по регуляции активности генов в ходе развития и функционирования организмов. [c.10]

Сейчас одной из центральных проблем общей молекулярной биологии гена по-прежнему является проблема дифференциальной активности генов, т. е. регуляции их активности. Здесь есть еще множество нерешенных вопросов и почва для новых фундаментальных открытий. Отсюда можно перекинуть мост и к пониманию механизмов развития от зиготы до взрослого организма. [c.232]

Как отмечалось выше, детальное изучение путей биосинтеза возможно только при сотрудничестве представителей многих научных дисциплин. Для более или менее полного описания происхождения и превращений любого природного соединения необходимо выяснение структур его метаболических предшественников и механизмов их взаимопревращений. Кроме того, желательно иметь представление о структуре, механизме действия и механизме регуляции активности каждого из ферментов, а также располагать генетическими картами генов, ответственных за биосинтез этого метаболита и регуляцию всех ферментов. [c.346]

Мы привели эти примеры для иллюстрации возможных отрицательных и положительных сторон влияния температуры на регуляцию генной активности. С одной стороны, легко видеть, как изменение температуры может подавлять нормальные регуляторные реакции, участвующие в механизмах контроля выражения генов например, оно может препятствовать включению или выключению определенного гена. С другой стороны, однако, создается возможность прямой температурной активации генов, кодирующих именно те белки или РНК, которые нужны при изменивщейся температуре. Например, если в новых температурных условиях необходимы новые классы ферментов, то соответствующие структурные гены могли бы активироваться в результате прямого термического воздействия. [c.228]

Скорость или степень превращения углеводного субстрата в полимерный продукт можно увеличить путем повышения удельной активности участвующих в синтезе ферментов, изменения механизмов регуляции синтетического процесса или увеличения доступности предшественников полисахарида. Число ферментативных стадий биосинтетического процесса зависит от сложности данного полимера, и любая попытка увеличить выход полимера должна быть основана на ясном представлении о данном биосинтетическом пути и механизмах его метаболического контроля. В настоящее время выход увеличивают путем отбора случайных мутантов. Скорость потребления субстрата можно повысить путем дупликации генов, продукты которых участвуют в формировании механизмов поглощения, но такой способ не обязателен, если у данного организма имеется несколько путей транспорта для каждого субстрата. [c.232]

НОЙ реакцией каким-то механизмом усиления. Такой механизм мог бы включать управление функцией генов, активностью ферментов, свойствами мембран или содержанием таких веществ, как гормоны, которые сами эффективны в ничтожных количествах. Все эти процессы, видимо, имеют место в определенных ситуациях, но, судя по новейшим данным, основным процессом, который может приводить ко всем остальным, возможно, является регуляция функций мембран. [c.352]

Нам остается сделать вывод, что гены, важные для эволюции человека в течение периода, когда происходило преобразование его мозга, совершенно неизвестны. Поскольку большая часть ДНК человека не кодирует белков и либо вообще не нужна, либо участвует в регуляции генной активности (разд. 4.8), можно предположить, что соответствующие изменения локализованы именно в этой, не содержащей структурных генов ДНК [1993]. Такие изменения могли произойти в неэкспрессируемых участках ДНК, относительно которых постулируется, что они имеют регуляторные функции. Возможно, что нуклеотидные последовательности ДНК, несущественные для реализации функций структурных генов, необходимы для развития, и, следовательно, изменения таких последовательностей могли оказать особое влияние на преобразования функции мозга. Однако эта идея весьма спекулятивна и носит слишком общий характер. Чтобы сформулировать более конкретные гипотезы, необходимо больше знать о генетической детерминации эмбрионального развития и о генах, влияющих на межвидовую изменчивость поведенческих признаков (гл. 8). Даже если исключить из рассмотрения все фенотипические эффекты и ограничиться анализом таких известных генетических феноменов, как хромосомные перестройки, добавление или потеря материала хромосом, изменчивость сателлитной ДНК и аминокислотных последовательностей белков, все равно придется констатировать слабое понимание многих аспектов эволюционного процесса. Например, мы не знаем, как происходит фиксация хромосомных перестроек в популяциях. Идентичны ли механизмы их фиксации тем процессам, которые приводят к фиксации аминокислотных замен Какие элементарные события привели к образованию разных типов сателлитной [c.27]

Представляется вероятным, что все механизмы, используемые бактерией для контроля активности РНК-нолимеразы, реализуются и в эукариотических клетках (см. рис. 10-19). Однако образование стабильного транскрипционного комплекса на ДНК с участием ТАТА-фактора несомненно усложняет регуляцию генов у эукариот. На основании опытов in vitro можно сделать вывод, что основная фунгсция некоторых активирующих белков у эукариот состоит в том, что они помогают ТАТА-фактору соединиться с ДНК в области промотора. [c.191]

Синтезированная ДНК подвергается пострепликационной достройке — химической модификации под действием ферментов, использующих для метилирования некоторых остатков аденина и цитозина в качестве источника метильных групп 8-аденозилметионин. При этом образуются 6-ме-тиладенин и 5-метилцитозин (см. главу 8). Количество метилированных оснований невелико (1—8 %) и различается у разных видов организмов. Предполагают, что одной из возможных функций метилирования является регуляция генной активности, что позволяет объяснить сложный и загадочный механизм дифференциации клеток. [c.351]

Например, ген алкогольдегидрогеназы дрозофилы экспрессируется в одной группе тканей у личинки и в другой группе тканей, отчасти перекрывающейся с первой, у взрослой мухи. В этом случае мы частично понимаем механизмы регуляции. Транскрипция этого гена контролируется двумя промоторами, которые управляются разными регуляторными механизмами. В эмбрионе активны оба промотора, но в личинке активен только один, а у взрослой мухи-только другой. [c.82]

У многоклеточных эукариот существуют специальные механизмы регуляции активности больших групп генов на определенных стадиях развития в дифференцированных клетках могут быть полностью выключенными большие группы генов, периодическое выключение большинства генов происходит и в клеточном цикле - на стадии митоза, могут быть постоянно выключены гены одной из хромосом генома. Интересной моделью для изуче- [c.57]

Возможно, трисомия по 16-й хромосоме у мышей хотя бы в некоторых аспектах может служить экспериментальной моделью трисомии-21 у человека, поскольку эти хромосомы частично гомологичны. Фенотипические аномалии, обусловленные хромосомными аберрациями, и регуляция активности генов. Регуляция активности генов в эмбриональном развитии предполагает определенное количественное равновесие продуктов генов, находящихся в разных хромосомах. Эти продукты могут быть ферментами или структурными белками или иметь регуляторную функцию, например могут репрессировать другие гены. Логично предположить, что дисбаланс в количестве генетического материала приведет к нарушениям во взаимодействии генов и, кроме того, повлияет на механизм регуляции эмбрионального развития. В связи с этим отметим, что триплоидия практически не приводит к крупным дефектам на уровне клеток. Нарушение развития при триплоидии является специфической аномалией плаценты (пузырный занос), которая приводит к подавлению газообмена и вызывает неспецифическое голодание плода. При триплоидии относительное количество материала хромосом не изменяется. С другой стороны, при трисомии часть генетического материала присутствует в большем количестве. Если для нормальной регуляции требуется взаимодействие продуктов генов разных хромосом (именно так предполагается, например, в модели Дэвидсона и Бриттена [1019]), то нарушений развития на уровне клеток следует ожидать как раз при трисомии и моносомии, но не при триплоидии. [c.136]

Как осуществляется хромосомная регуляция общей активности клетки и генная регуляция синтеза соответствующего фермента у растений, можно показать на следующем примере. Клетки, ткани, органы растения могут быть живыми, дышать, но, находясь одновременно в состоянии покоя, не расти, если даже для этого имеются самые благоприятные условия. Почки ( глазки ) свеже-убранных клубней картофеля длительное время находятся в состоянии покоя и начинают прорастать только через несколько недель после уборки. Но если на покоящиеся клетки подействовать гормоном — гибберелловой кислотой, то глазки начнут прорастать. В состоянии покоя геном картофельного глазка полностью репрессирован и не может синтезировать РНК in vitro. Если из покоящихся глазков выделить хроматин, то и он при добавлении полимеразы не способен к синтезу РНК. В то же время глазки, вышедшие через известное время из состояния покоя, синтезируют РНК in vitro, а выделенный из них хроматин при добавлении полимеразы способен к синтезу РНК. зависимому от ДНК. Таким образом, гормон гибберелловая кислота в данном случае играет роль эффектора, выводящего из состояния репрессии весь геном. Ёследствие этого включается механизм синтеза РНК, на основе которого начинаются синтез ферментов, репликация ДНК, деление клеток и рост. [c.307]

Использование основных приемов работы с рекомбинантной ДНК и методик анализа белков и нуклеиновых кислот позволяет клонировать гены и изучать их организацию (блоттинг-гибридизация по Саузерну), строение мРНК (нозерн-блоттинг),. а также следить за уровнем экспрессии генов в различных условиях окружающей среды и даже в процессе развития. Например, в некоторых случаях уровни транскрипции гена определяют методом дот-блот-гибридизации выделенной РНК (разд., 6.3). Более подробные качественные исследования транскрипционной активности осуществляют с помощью нозерн-блоттинга (приложение 6 [I]). 5 - и З -концы транскриптов определяют, используя Sl-картирование [2, 56]. Однако такие методы анализа позволяют установить только строение транскрибируемой области или гена, а также механизмы процессинга транскриптов и их трансляции. Функцию любых участков вне транскрибируемой последовательности в некоторой степени можно изучать, сравнивая гены, обладающие сходными механизмами регуляции. При этом большинство предположений о воздействии на экспрессию гена остаются исключительно в области догадок. В этом случае генетическая трансформация предоставляет исследователю, работающему с растениями, уникальную-возможность непосредственно отвечать на фундаментальные вопросы, касающиеся регуляторной функции последовательностей, расположенных как в непосредственной близости, так и на некотором расстоянии от 5 - и З -концов транскрибируемого-гена. Используя разнообразные методы мутагенеза in vitro и технологию рекомбинантных ДНК, удается, модифгщировать клонированные гены и затем после введения мутантного гена-путем генетической трансформации обратно в растения анализировать влияние изменения этого гена на его экспрессию.. Подобные методики способствовали изучению нуклеотидных [c.307]

Молекулярный механизм регуляции, предложенный Жакобом и Моно, сейчас широко известен. Напомним его основные этапы. Транскрипцией информации с гена управляет специальный участок — оперон образование информационной РНК возможно, только если оперон открыт, и запрещено, если он зарепрессирован. Репрессия происходит в результате соединения оперона со специальным белком — репрессором, за синтез которого ответствен ген-регулятор. Активность белка-репрессора зависит от наличия низкомолекулярного соединения — корепрессора только в комплексе с последним репрессор садится на оперон. В регуляторном плане наиболее важную роль играет корепрессор он является продуктом процессов в плазме клетки и несет информацию о том, нужен ли синтез данного белка или необходимость в нем отпала. [c.46]

В клетках млекопитающих, так же как и в бактериальных клетках, конечные продукты регулируют свой собственный синтез по принципу обратной связи. В некоторых случаях (в частности, в случае АТКазы) ингибирование по принципу обратной связи направлено на первый из ферментов биосинтетической цепи. Однако мы должны различать понятия регуляции по принципу обра1пой связи — общий термин, не содержащий никаких указаний на механизм, и ингибирования по принципу обратной связи механизм регуляции многих ферментов бактерий и млекопитающих путем ингибирования. Например, поступающий с пищей холестерол подавляет свой собственный синтез из ацетата в тканях млекопитающих. Этот тип регуляции, однако, не направлен непосредственно на ингибирование первого фермента пути биосинтеза холестерола. Ингибирование затрагивает один из ферментов (HMG-СоА-редуктазу) функционирующий на ранних стадиях биосинтеза механизм включает подавление хо-лестеролом или его метаболитами экспрессии генов, кодирующих образование HMG- oA-редукгазы. Холестерол, непосредственно добавленный в систему с HMG- oA-редуктазой, никакого действия на ее каталитическую активность не оказывает. [c.108]

Смотреть страницы где упоминается термин Механизмы регуляции генной активности ДНК: [c.622] [c.280] [c.72] [c.111] [c.111] [c.12] [c.484] [c.490] [c.249] [c.341] [c.173] [c.204] [c.160] [c.165] [c.5] [c.165] [c.344] [c.407] [c.36] [c.16] [c.215]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология