Строение эукариотических генов

Рис. 1.7. Строение эукариотического гена и этапы его экспрессии а — принципиальная структура мозаичного гена б — пре-мРНК

Методы матекулярного клонирования открыли новую эру в исследовании эукариотических генов и выявили особенности их строения, которые ранее никто не мог предсказать. Общая схема строения эукариотического гена, содержащего экзоны и интроны, была рредставлена на рис. 102. [c.191]

Точно так же. как различается строение эукариотических генов и генов прокариот, различается и организация геномов этих двух типов организмов. В бактериальном геноме гены почти непрерывно следуют один за другим по всей длине молекулы ДНК, а в некоторых случаях даже перекрываются. Гены, кодирующие ферменты одного метаболического пути, или ферменты, активности которых так или иначе связаны между собой, часто образуют одну единицу транскрипции. Это способствует наиболее эффективному использованию нуклеотидной последовательности ДНК. Но, по-видимому, для эволюции эукариот принцип экономии был не столь важен, как для эволюции прокариот. Не говоря уже [c.10]

Задолго до того, как стало возможным прямое изучение строения эукариотических генов, было известно, что генетические системы прокариот и эукариот имеют некоторые важные общие свойства. И у тех и у других генетический материал представлен ДНК, репликация которой протекает по полу-консервативному механизму, генетическая информация передается от ДНК к РНК и далее к белку, а генетический код одинаков. Казалось бы, логично было думать, что эукариотические организмы, особенно многоклеточные, должны содержать больше генов, чем прокариотические, а также иметь дополнительные механизмы, позволяющие регулировать процессы развития и координировать многие взаимосвязанные функции. Однако широко распространилось мнение, что в основном структура генов и организация генетической информации для геномов этих двух типов одинаковы. Несостоятельность обоих предположений обнаружилась сразу после того, как были проанализированы первые эукариотические гены и геномы. [c.6]

Было обнаружено, что ДНК эукариотических клеток состоит на 50% из повторяющихся последовательностей оснований, а остальная часть представляет собой уникальные последовательности. Вполне вероятно, что эти короткие повторяющиеся последовательности ДНК распределены по всему геному и перемежаются с более длинными отрезками уникальных последовательностей. Функция повторов в организации генов и транскрипции неизвестна, ще одну трудность в понимании строения генома эукариот представляет то, что гены не всегда состоят из непрерывных последовательностей кодонов, которые кодируют весь белок. Некоторые гены расщеплены и имеют некодирующие последовательности оснований (интроны), распределенные между последовательностями, кодирующими белок (экзонами). [c.33]

Рис. 9-67. Некоторые стабильные комплексы, образуемые факторами транскрипции с эукариотическими генами. Черным цветом обозначены определенные последовательности ДНК, которые, как полагают, необходимы для функционирования промоторов У каждого гена цветом выделены области, которые закрываются" присоединившимися факторами (на основании данных футпринтинга ДНК, см. рис. 4-69). Факторы транскрипции представляют собой молекулу белка, которая, вероятно, состоит из нескольких субъединиц, хотя доподлинно строение этих факторов неизвестно. Цифрами обозначено положение на молекуле ДНК (в нуклеотидных парах) относительно сайта начала гранскрипции,

Средняя длина новообразованной молекулы РНК, синтезированной РНК-полимеразой на транскрипционной единице, составляет около 8000 нуклеотидов, однако не редкость и молекулы РНК, насчитывающие от 10 до 20000 нуклеотидов. Это намного больше, чем 1200 нуклеотидов, т. е, больше той величины, которая достаточна для синтеза средней белковой молекулы, содержащей 400 аминокислотных остатков такая большая длина молекул РНК отражает особенности строения эукариотических генов, которые мы подробно обсудим в дальнейшем. [c.148]

В то же время эукариотическому геному присущи черты, отсутствующие в геноме прокариот. Индивидуальные гены могут иметь прерывистое строение, геном может содержать множественные и (иногда) идентичные копии определенных последовательностей, а также больщие участки ДНК, не кодирующие белков. Вследствие пространственной разобщенности ядра и цитоплазмы механизмы экспрессии генов у эукариот и прокариот должны неизбежно различаться. [c.222]

Глава вторая СТРОЕНИЕ ЭУКАРИОТИЧЕСКИХ ГЕНОВ [c.35]

Рис. 4.4. Строение бактериального гена и однокопийного эукариотического гена.

Предположения, возникшие в связи с этими неожиданными открытиями, было трудно оценить, не имея надежной информации о строении генов и не располагая методами изучения их экспрессии. Но с разработкой методов молекулярного клонирования и изучением на их основе структуры и функции многих эукариотических генов удалось выявить новые неожиданные особенности строения эукариотических генов и их регуляции. В данной главе мы расскажем об этих открытиях и их значении для понимания сложных свойств эукариотических организмов. [c.20]

Определение эукариотического гена. Хотя строение прокариотических и эукариотических генов в принципе одинаково, молекулярные детали их структуры существенно различаются. Новое определение эукариотического гена, возможно, поможет обобщить существо этих различий. Следует признать, что ни одно конкретное определение эукариотического гена не может полностью удовлетворить всех и быть приемлемым во всех случаях. Определение, предложенное нами, основывается на молекулярном строении генов, выполняющих разнообразные функции в разных эукариотических организмах. Оно учитывает особенности местоположения и типов элементов последовательности ДНК, влияющих на экспрессию гена, а также то, что изменение фенотипических признаков обусловлено изменением как кодирующих последовательностей, так и регуляторных элементов. [c.24]

Строение индивидуального локуса было исследовано в серии опытов с генами гП фага Т4, участвующими в лизисе бактериальной клетки. Мутации в этих генах вызывают быстрый лизис. Были подобраны такие условия опыта, когда при совместном инфицировании бактерий двумя г//-мутантами фага потомство образуется лишь при условии, что в результате рекомбинации мутантных фагов появится фаг дикого типа. Частота рекомбинации при этом также зависела от расстояния между мутациями, как и в случае эукариотической хромосомы. [c.17]

Какова была исходная организация генов, имеющих в настоящее время прерывистое строение Представляли ли собой исходные, кодирующие белок единицы непрерывные последовательности ДНК, в которые впоследствии, в процессе их эволюционирования с образованием современной структуры, были встроены интроны Или эти гены исходно возникли как прерывистые структуры, которые так и сохранили свое строение В другой форме этот вопрос сводится к следующему обусловлены ли различия между эукариотическими и прокариотическими генами приобретением интронов эукариотами или потерей интронов прокариотами [c.264]

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]

Вирусные векторы не получили широкого распространения. Характерной чертой эукариотических вирусов является компактное строение их генома и практически полное отсутствие генов, несущественных для их развития. По тому клонирование с их помощью чужеродной ДНК вызывает их дефектность и требует использования вирусов-помощников. [c.379]

Гены, выбранные нами в качестве иллюстрации, происходят из разных эукариотических организмов. Большой интерес представляют гены дрожжей, в основном Sa haromy es erevisiae. Во-первых, они обладают некоторыми свойствами, характерными для генов бактерий, растений, беспозвоночных и позвоночных. Во-вторых, связывающиеся с дрожжевой ДНК белки, ответственные за многие процессы регуляции транскрипции у дрожжей, могут быть заменены белками других организмов или работают совместно с соответствующими сигналами и белками из других организмов, в том числе млекопитающих. В-третьих, глубокое изучение генетики дрожжей и замена нормальных генов модифицированными (разд. 5.6.В) увеличивают возможности обратной генетики. Широко представлены в данной главе и гены вирусов млекопитающих, поскольку по своим структурным и функциональным характеристикам они часто коррелируют с генами своих хозяев. Действительно, многие неизвестные ранее особенности строения и регуляции эукариотических генов были выявлены при изучении именно вирусных геномов. В данной главе рассмотрены также некоторые гены растений, беспозвоночных (морского ежа и Drosophila) и позвоночных (амфибий, птиц и млекопитающих, включая приматов), поскольку это помогает понять сложные процессы развития многоклеточных организмов. [c.21]

Белок TF 1П А был первым эукариотическим регуляторным полипептидом транскрипции с известной аминокислотной последовательностью, для которого удалось построит доменную структурную модель. В этом белке выявлены 9 повторяющихся, но отличающихся друг от друга доменов — пальцев , каждый из которых включает около 30 аминокислот. Домены содержат инвариантные-участки, включающие два цистеиновых и два гистидиновых остатка, связанных с ионом цинка (рис. 115). Концы разных пальцев (петли) несут варьирующие аминокислотные остатки, среди которых встречаются положительно заряженные, которые, по-видимому, способны легко взаимодействовать с ДНК. Как оказалось, подобная структура регуляторного белка закодирована в ряде других генов, кодирующих регуляторные белки эукариот. Так, ген Kruppel (калека), контролирующий развитие дрозофилы, кодирует белок, содержащий четыре подобных домена. Такие домены обнаружены и в белках — рецепторах гормонов. Предполагается, что выступающие связывающиеся с ДНК разные пальцы, соединенные друг с другом гибкими мостиками, осуществляют сразу несколько контактов с ДНК. Такая модель строения TF П1 А позволяет предполо- [c.211]

В высших организмах менее 10 % общей нуклеотидной последовательности структурного гена, так называемые структурные зоны [78, 79], кодируют белок. Исследования генов, кодируюш,нх глобин, овальбумин, а также некоторые белки 8У40 и вируса полиомы, подтверждают мозаичный характер эукариотического структурного гена. Нуклеотидные последовательности ДНК, которые транслируются в аминокислотные последовательности, пе монотонны по строению, а прерываются участками нетранслнрующейся ДНК. Первичная матрица РНК содержит внутренние области, которые должны быть затем исключены, и окончательная мРНК представляет собой перекроенный продукт (см. краткий обзор [78]). [c.59]

С открытием интрон-экзонного строения генов, характерного для эукариотических клеток, начался новый этап исследований на пути реализации генетической информации. Транскрипция гена, состоящего из чередующихся кодирующих и некодирующих нуклеотидных последовательностей, обеспечивала полное его копирование и приводила к синтезу РНК-предшественника. Поэтому было высказано предположение о существовании между транскрипцией и трансляцией еще одного важного звена-образования пригодной для трансляции зрелой молекулы мРНК. Этот этап получил название процессинга, или созревания, мРНК. [c.490]

Методы генетической инженерии успешно применяются для решения фундаментальных проблем. Решающее значение они имеют для исследования молекулярной структуры геномов и генов, а также молекулярных механизмов регулирования их экспрессии. Уже на начальных этапах их применения удалось достигнуть существенного прогресса при изу тении эукариотических opi a-низмов. Был установлен факт прерьшного строения генов, выявлены мобильные диспергированные гены, поняты основные механизмы переключения генов при дифференцировке клеток, определена структура многих регуляторных элементов на уровне ДНК, в отдельных случаях выяснены генетические причины злокачественного перерождения клеток и т.д. Генетическая инженерия способствовала становлению новых научных направлений, составляюпдах базу молекулярной медицины молекулярной вирусологии, молекулярной онкологии, молекулярной нейрофизиологии и т. д. [c.10]

Регуляция. Особенностью транскрипционного аппарата эукариотических клеток является наличие в ДНК специфических локусов — энхансеров (enhan er — усилитель). Они участвуют в регуляции активности генов, увеличивая эффективность транскрипции ближайшего гена в десятки и сотни раз. При этом энхансер может находиться в любой ориентации по отношению к гену, располагаться с любой его стороны, внутри его (в инт-роне) и даже на расстоянии в несколько тысяч пар нуклеотидов. По многим своим свойствам, в частности по мозаичности строения, энхансеры напоминают дополнительные части промоторов, но только расположенные в стороне. Сходство усиливается и тем, что некоторые элементы (боксы) мозаики промоторов и энхансеров одинаковы, а также тем, что специфика регуляции экспрессии генов определяется элементами и/или промоторов, и/или энхансеров. [c.31]

Хотя интегральные исследования генома играют все возрастающую роль, это не означает потери актуальности исследований конкретных генов и механизмов их экспрессии. Накапливается информация о генах, играющих центральную роль в регуляции клеточной жизнедеятельности, таких как гены контроля клеточного цикла или гены, кодирующие компоненты передачи сигнала от клеточной поверхности аппарату транскрипции в клеточном ядре. О генах, контролирующих развитие эмбрионов. О генах, ответственных за работу защитных систем организма, генах иммунной системы. Расширяется представление о генах, повреждение которых приводит к возникновению раковых опухолей, онкогенах, генах-супрессорах и генах клеточной смерти, апоптоза. Наконец, все более детальным становится знание строения аппаратов транскрипции бактериальных и эукариотических клеток и надмолекулярных уровней регуляции экспрессии, включая эффект положения, инсуляцию и т.д. [c.7]

Достаточно много данных в пользу справедливости гипотез о роли амплификации в эволюпии генома было получено при сравнительном изучении строения белков. Еще больще оснований для принятия этих гипотез появилось после того, как возникла возможность получать клонированные гены. Молекулярный анализ выявил главное процессы амплификации, дивергенции, увеличения числа повторов и перемещивания экзонов-не редкие или случайные события в эволюции генома. История эукариотической ДНК- идет ли речь о кодирующих или о некодирующих последовательностях-это история именно таких процессов. Разнообразие перестроек, наблюдаемых в геномах современных организмов, отражает древние процессы, которые играли и, вероятно, до сих пор играют главную роль в эволюционных изменениях. [c.18]

В монографии рассмотрены современные представления о строении и механизмах функционирования генов прокариот и эукариот, а также основные методы их исследования. Книга состоит из двух частей. В первой части обсуждаются структура генома прокариотических и эукариотических организмов, а также механизмы транскрипции, трансляции, репликации, репарации и их регуляции. Сформулирована современная концепция гена. Во второй части монографии рассмотрены принципы основных методов, используемых в исследованиях генов. Главное внимание уделено современным методам генной инженерии. Обсуждаются наиболее важные аспекты развития современной молекулярной генетики в исследованиях направленного мутагенеза и белковой инженерии, антисмысловых РНК, аптамеров, рибозимов и дезокси-рибозимов, трансгеноза и генотерапии, а также достижения в разработке микрочипов ДНК, ДНК-диагностике и ДНК-типировании и изучении генома человека. В книге учтены данные литературы на конец 1999 г. [c.277]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология