Генетическая система регуляции

Методы усиления генетической изменчивости многообразны для этой цели используют культуру тканей, слияние протопластов, перенос одиночных генов, гаплоиды, опыление облученной пыльцой, химический мутагенез, замену митохондриальных и хлоропластных геномов и т. д. Направленный перенос распознаваемых признаков может быть осуществлен методами генетической инженерии. Здесь стоят проблемы выбора вектора, -включение гена в геном и экспрессии нового признака в условиях сложной системы регуляции у растений как на генетическом, так и на метаболическом уровне. [c.50]

Генетическая система регуляции [c.33]

Обмен веществ в клетке или в организме можно определить как совокупность всех химических процессов, которые могут в них протекать. Поэтому обмен веществ даже у простого одноклеточного организма не представляет собой чего-то неизменного — в любой данный момент времени реализуются только одни какие-то его возможности, а другие остаются невыраженными. Естественно возникает вопрос о факторах, контролирующих выражение обмена веществ. Этим факторам, т. е. проблеме регуляции обмена, уделяется в современной биохимии очень большое внимание как в области эксперимента, так и в области теоретических исследований. Регуляция обмена осуществляется с помощью чувствительной системы взаимосвязанных механизмов слежения и настройки, в которую входят и внутренние компоненты (наследственные, генетические) и внешние (обусловленные средой, физиологические). Поскольку все процессы обмена веществ взаимосвязаны во времени и пространстве, образуя единое целое, любые воздействия затрагивают весь обмен в целом, хотя для удобства мы можем в первом приближении сосредоточить наше внимание на какой-либо одной реакции и ее участниках. Считается аксиомой, что весь обмен веществ и его регуляцию можно прямо или косвенно объяснить, исходя из ферментативного оснащения организма. [c.272]

Согласованность различных физиологических, морфогенетических и двигательных процессов, протекающих в растительном организме, обеспечивается системами регуляции и интеграции. Внутриклеточный уровень включает в себя регуляцию активности ферментов, генетическую и мембранную системы регуляции, которые взаимодействуют между собой. Межклеточный (межтканевый, межорганный) уровень представлен трофической, гормональной и электрофизиологической системами регуляции. Эти системы также взаимосвязаны и действуют через внутриклеточные регуляторные системы. Фитогормоны - ауксин, цитокинин, гиббереллины, абсцизины, этилен — главная система регуляции у растений. Электрофизиологические явления (электрические поля и импульсы), по-видимому, также играют важную роль, но менее изучены. [c.58]

Центральное звено биотехнологического процесса — живая клетка, в которой одномоментно синтезируется великое множество разнообразных соединений. В норме обмен веществ в клетке осуществляется по принципам строжайшей экономии, что обеспечивается сложнейшей системой регуляции обмена веществ. Задача биотехнолога состоит в обеспечении сверхсинтеза одного из продуктов метаболизма, что достигается как путем изменения генетической программы организма, так и посредством нарушения регуляторных систем метаболизма в нем. [c.33]

В клетках взрослого животного глобиновый тетрамер состоит из двух идентичных а-цепей и двух идентичных р-цепей. Гены а- и р-глобинов кодируются независимыми генетическими локусами, экспрессия которых должна быть скоординирована таким образом, чтобы обеспечить продуцирование одинаковых количеств каждого из двух полипептидов. Таким образом, эта система представляет собой пример того, когда для поддержания определенного фенотипа клетки необходимо осуществление одновременной регуляции работы генов, расположенных в разных участках генома. [c.268]

Несмотря на определенные успехи в области интеграции чужеродных генов в эмбриональные клетки животных, до сих пор не удалось встроить чужеродную ДНК в заданный участок хромосомы, вытеснить ген и заменить его новой нуклеотидной последовательностью, подчинить новый ген системе регуляции организма. Преодоление этих трудностей позволит успешно осуществлять гено-терапию человека — лечение нескольких десятков генетических заболеваний, обусловленных отсутствием или дефектами генов. [c.127]

Выяснение принципов, лежаших в основе образования специфической формы каждого организма и его частей, — наиболее трудная и еше мало изученная проблема биологии. Для ее решения применительно к многоклеточным организмам необходимо прежде всего понять, каким образом клетки, ткани и органы взаимодействуют между собой в ходе онтогенеза. В гл. 2 отмечалось, что межклеточные системы регуляции у растений включают в себя гормональные, электрические и трофические факторы, которые оказывают влияние на генетическую, мембранную и метаболическую регуляторные системы в каждой клетке. Для процессов эмбриогенеза и регенерации, в основе которых лежат одни и те же принципы, наиболее важны последовательная индукция определенных генетических программ и морфофизиологическая ориентация в пространстве. Запуск генетических программ осушествляется специфическими химическими и физико-химическими факторами, а ориентация в пространстве создается полярностью, в основе которой лежат прежде всего мембранные процессы. Клетки постоянно получают сигналы из внешней и внутренней среды (тестируют свое положение и состояние). В соответствии с этим корректируются их функциональная активность, считка генетической информации и векторы поляризации. Такая корректировка получила название эффекта положения . [c.357]

В биологических системах реализуется несколько уровней регуляции метаболизма. Принципиально важны генетический контроль процессов и связанный с ним ферментный контроль. Генетический материал задает синтез биоспецифических катализаторов— ферментов, обеспечивающих проведение всех биохимических реакций в организме. [c.202]

Биосинтез белков является объектом генетического контроля. В бактериях, во всяком случае, он проявляется на уровне синтеза информационной РНК посредством взаимодействия особого ( регуляторного ) белка со специфическим участком ДНК (см. часть 22 и разд. 24.2.3). В тканях животных на механизмы, контролирующие уровень ферментов, влияют также ингибиторы синтеза РНК [149]. Детали этих механизмов контроля не важны в контексте данного раздела. Важным моментом является факт, что существуют механизмы регуляции концентрации ферментов на определенном метаболитическом пути посредством конечного продукта этого пути. Так, в бактериальных системах хорошо изучены индуцируемые ферменты. Пока субстраты этих ферментов присутствуют в среде, биосинтеза ферментов не происходит. Часто синтез нескольких ферментов какого-либо одного метаболи-тического пути индуцируется присутствием субстрата первого фермента этого пути. Индукция субстратом, таким образом, представляет собой механизм повышения концентрации системы ферментов по мере появления рабочей необходимости . Соответствующий механизм, понижающий избыточную концентрацию фермента, если последний или система ферментов производит слишком большие количества определенного метаболита, получил название репрессии по принципу обратной связи. Классическим примером этого механизма является ингибирование биосинтеза гистидина в Salmonella typhimurium высокими концентрациями гистидина. Концентрации всех десяти ферментов биосинтетической цепи в ответ на изменение концентрации гистидина изменяются совершенно одинаково [150]. [c.535]

Термин пластичность подразумевает способность клеточной системы влиять на жесткий детерминизм гена. Система пластична, если ее конфигурация определяется как внутренней регуляцией, так и внешними воздействиями. Таким образом, она обладает достаточной гибкостью для адаптации к изменяющимся условиям среды. Связь генетических факторов и факторов окружающей среды особенно важна при развитии и функционировании нервной системы. Это может быть предметом философской дискуссии преподавателей (воспитателей) и психологов. [c.332]

Усиление сократительной активности мышц во время физических нагрузок приводит к заметным сдвигам в системах энергообеспечения, в частности изменяется баланс макроэргических фосфатов в клетке, что сопровождается, как уже отмечалось, усилением процессов синтеза АТФ и восстановлением нарушенного баланса макроэргов. Эти процессы составляют начальное звено срочной адаптации. Вместе с тем нарушенный баланс макроэргических соединений в момент действия физической нагрузки активирует другой, более сложный уровень регуляции. Как видно из рис. 191, промежуточное звено, обозначенное как фактор-регулятор, контролирует активность генетического аппарата и определяет скорость синтеза нуклеиновых кислот и специфических белков в клетке. В роли фактор-регулятора в скелетных мышцах могут выступать свободный креатин, цАМФ, а также некоторые пептиды или стероидные гормоны. Таким путем в процессе долговременной адаптации под влиянием физических нагрузок активируется синтез нуклеиновых кислот и белков, что ведет к росту сократительных структур в мышце, повышению эффективности ее функционирования и более совершенному энергообеспечению. [c.408]

Таким образом, все реакции иммунной системы на внедрившийся в организм антиген находятся под строгим контролем Т-лимфоцитов — главной клеточной популяции, отвечающей за сохранность уникальной структуры каждого индивидуума. Безусловно, это не высшая инстанция , а лишь контролер и исполнитель. Недаром систему Т-лимфоцитов даже в весьма специальных научных работах иногда называют полицейским надзором организма. Само воспроизводство лимфоцитов, регуляция численности Т- и В-клеток и обеспечение их функциональной полноценности регулируются нейроэндокринными механизмами системы гомеостаза в соответствии с генетическим статусом организма. [c.16]

Много этапов различных преобразований информационных макромолекул и белков отделяют генетическую информацию, заключенную в конкретных генах, от ее реализации в соответствующих фенотипических признаках клеток и организма, которые обладают этой информацией. Такая реализация требует точной координации в функционировании многих генетических систем организма на всех основных уровнях экспрессии генов. Многоступенчатый и сложный характер регуляции функционирования генов, особенно у высших организмов, накладывает большие ограничения на возможности получения полноценной экспрессии рекомбинантных генов в гетерологичных искусственных генетических системах. [c.36]

Для нормального функционирования животных и растительных клеток помимо обмена веществ и энергии необходима интеграция функций, осуществляемая, в частности, гормонами — веществами, способными контролировать различные стороны клеточного метаболизма. Термин гормон (от греч. — возбуждать) был впервые предложен Э. Старлингом в 1905 г. применительно к секретину, образующемуся в клетках двенадцатиперстной кишки и воздействующему на функции поджелудочной железы. В настоящее время открыто несколько десятков различных гормонов животного и растительного происхождения. Наука, изучающая действие гормонов на живые системы, называется эндокринологией. Это один из наиболее интересных разделов биохимии, так как, с одной стороны, он связан с регуляцией и интеграцией метаболизма, а с другой — изучает молекулярные механизмы различных эндокринных заболеваний. В последние годы широкое развитие получила токсоэндокринология в связи с выявлением действия токсикантов не только на эндокринную, но и на репродуктивную систему организма, что приводит к образованию рака молочной железы и половых желез, а также различных генетических нарушений у потомства. [c.132]

Оперон Жакоба и Моно — сравнительно простая система генетической регуляции. Несомненно, что в многоклеточных организмах все происходит значительно сложнее. Но принципиальное значение оперона весьма велико установлено, что гены управляются химическими регуляторами, раскрыта природа одного из элементарных регуляторных процессов. [c.303]

Согласно существующей концепции регуляции биосинтеза белка на генетическом уровне (транскрипции), в молекуле ДНК имеются различные типы генов система нескольких структурных генов, несущих генетическую [c.253]

В 1961 г. Ф. Жакоб и Ж. Моно на основании генетического и биохимического изучения усвоения лактозы клетками Е. соИ К 12 предложили гипотезу о регуляции активности генов у бактерий, получившую широкую известность как модель оперона . Согласно этой модели, на хромосоме имеется по крайней мере четыре компонента системы регуляции структурный ген (или гены, контролирующие связанные биохимические функции), ген-регулятор, оператор и промотор, которые составляют оперон (рис. 2). Ген-регулятор (R) определяет структуру белка-репрес-сора. [c.16]

Важная особенность принципа соответствия при химическом мутагенезе состоит еще в том, что закономерности перехода от чистой к смешанной системе при генетическом измерении в химическом мутагенном эксперименте совсем иные, чем в микрофизике. Генетическая форма сохраняет при измерении с помощью большинства химических мутагенов чистое состояние вплоть до момента, пока не образуется генетико-химическая валентная связь. После этого сразу возникает смешанное состояние, вызывающее деградацию нуклеотида, который после этого выбрасывается вместе с мутагеном. До образования такой валентной связи, несмотря на условия далеко идущего взаимодействия, генетическая структура остается в чистом состоянии. К этому восходят большие резервы регуляции нормального и мутагенного промежуточного состояния, а также возможность на этой почве известного вида репарации. [c.39]

Понятие ферментная система находит свое выражение также на уровне генетического аппарата клетки. Согласно современным представлениям специфическая структура каждого белка-фермента определяется (детерминируется) отдельным геном, т. е. специфической молекулярной структурой ДНК в соответствующем участке хромосомы. В настоящее время существует стройная система представлений о механизме регуляции синтеза ферментов в клетках, созданная на основании изучения явлений индукции и репрессии и представлений о механизме белкового синтеза. [c.159]

Осн. работы посвящены изучению ферментов обмена белков и нуклеиновых к-т, энзимологии генетических процессов, цитохимии. Одним из первых доказал цитоплазматическое определение характера ранних стадий развития дрозофилы (1947—1948), возможность синтеза белка в бес клеточных системах (1950—1956) и регуляцию синтеза белков на уровне генов (1962— [c.473]

Превращение органического вещества в организме зависит не столько от его химических свойств, сколько от наличия и соотно-гления в системе определенных ферментов и координации их действия. У высокоорганизованных организмов регуляция обменных ферментативных процессов осуществляется посредством нервной, гормональной и генетической системы. [c.158]

При рассмотрении данных о генетическом контроле двух разных типов азотфиксирующих систем — бобово-ризобиального симбиоза и симбиоза растений с цианобактериями — можно видеть ряд общих черт, характеризующих эти взаимодействия (табл. 4.6). Во-первых, обе группы симбиозов базируются на сигнальных взаимодействиях партнеров, причем сигналы воздействуют непосредственно на экспрессию генов. В результате наблюдается координированная регуляция и дифференциальная экспрессия генов партнеров, которая приводит к морфогенезу симбиотических структур и к тесной метаболической интеграции растений и бактерий. Во-вторых, в обеих системах основные эффекты взаимодействия — азотфиксация и развитие структур симбиоза — контролируются разными генными системами и могут быть разобщены с помощью генетических методов. [c.187]

Мы почти ничего не знаем о том, каким образом генетические системы ядра и органелл координируют свою активность при построении митохондрий и хлоропластов. Ясно, однако, что преобладает контроль со стороны ядерного генома. На это указывает тот факт, что у мутантов, у которых блокирован белковый синтез в органеллах, все же образуется нормальное количество проорганелл и в них продолжается синтез всей ДНК и части РНК органеллы, из чего можно заключить, что эти процессы, так же как и транспорт участвующих в них ферментов, находятся всецело под контролем ядерного генома. Кроме того, ядро, вероятно, регулирует количество белков, образующихся на рибосомах внутри органеллы. Относительно некоторых белков хлоропласта есть данные, что такая регуляция осуществляется на уровне тран-скригщии, но ее механизм неизвестен. [c.66]

Как видим, генетическая система клетки, используя механизмы индукции и репрессии, может принимать сигналы о необходимости начала и окончания синтеза того или иного фермента и осуществлять этот процесс с заданной скоростью. Таким образом, механизм регуляции белкового синтеза представляет собой совершенную самонастраивающуюся и самоуправляющуюся биокибер-иетнческую систему, основанную на принципе действия обратной связи. Поступление управляющей информации от ДНК на синтез определенного фермента регулируется потоком обратной информации о произведенном количестве этого фермента и потребности в нем клетки в каледый данный период. [c.161]

Регуляция синтеза ш-РНК. А priori ясно, что транскрипция должна по времени предшествовать трансляции (во всяком случае, транскрипция какой-то первой группы нуклеотидов, пусть даже эта группа очень мала). Таким образом, на этом уровне транскрипция, безусловно, может лимитировать трансляцию. Неясно, однако, можем ли мы считать, что в дальнейшем эти два процесса протекают независимо как во времени, так и в пространстве. Нетрудно, нанример, представить себе, что если реакционно-способная неустойчивая молекула т-РНК почему-либо не включится в работу трансляционной системы, то транскрипция сразу же прекращается или продукт транскрипции инактивируется (скажем, вследствие гидролиза, фосфоролиза или взаимодействия с другими компонентами клетки). Недавние эксперименты, проведенные на различных бактериальных системах, показывают, что транскрипция и трансляция — тесно связанные процессы. Одной интересной особенностью срштеза РНК у бактерий является зависимость этого синтеза (у так называемых жестко контролируемых штаммов) от присутствия в среде полного набора всех аминокислот. Если отсутствует хотя бы одна аминокислота, необходимая для роста данного ауксотрофа, то синтеза РНК не происходит. Такой жесткий контроль определяется наличием особого гена R ), место которого на генетической карте можно определить с помощью обычных методов. Мутации в этом гене (ЙС" ) приводят к появлению штаммов, у которых уже не наблюдается столь четкой зависимости между содержанием аминокислот в среде и синтезом РНК. На уровне транскрипции действуют, вероятно, и такие регуляторные меха- [c.505]

По современным представлениям, зигота содержит записанную в структуре молекул. ДНК генетическую программу развития будущего организма. Генетическая программа — система дискрстиых. наследствепных единиц, генов, определяющая целостность, специфику и закономерную смену этапов развития организма от оплодотворенной яйцеклетки до взрослой особи. На основе взаимодействия ядра и цитоплазмы действующая на принципе обратных связей кибернетическая система регуляции осуществляет в онтогенезе наследственную программу развития организма. [c.305]

В ходе эволюции сначала должны были возникнуть внутриклеточные системы регуляции. К ним относятся регуляция на уровне ферментов, генетическая и мембранная регуляции (рис. 2.1,/). Все эти системы регуляции тесно связаны между собой. Например, свойства мембран зависят от генной активности, а дифференциальная активность самих генов находится под контролем мембран. Больше того, в основе всех форм внутриклеточной регуляции лежит единый первичный принцип, который можно назвать рецепторно-конфор-мационным. Во всех случаях белковая молекула — будь то фермент, рецептор или регуляторный белок — узнает специфический для нее фактор и, взаимодействуя с ним, изменяет свою конфигурацию. В мультикомпонрнтных комплексах ферментов, генов и мембран конформационные изменения молекул-рецепторов кооперативно передаются на весь комплекс, влияя на его функциональную активность. [c.31]

Генетический анализ показал, что у Е. oli генетическая информация распределена вдоль линейной бактериальной хромосомы , которая может принимать форму кольца (стр. 72) считают, что репликация начинается с одной определенной точки и происходит постепенно, но мере продвижения вдоль хромосомы. Жакоб ж Бреннер [16] считают, что отдельный генетический элемент, например бактериальная хромосома или эиисома, образует единицу репликации, жлж репликон, которая может быть скопирована только целиком. В некоторых отношениях это напоминает оперон при транскрипции (284), за исключением того, что, как мы увидим в дальнейшем, он контролируется системой скорее положительной, чем отрицательной регуляции. [c.197]

Изучение генетической системы сЬескрош1-регуляции часто основывается на совокупном анализе эффектов, относящиеся как к остановке клеточного цикла, так и к чувствительности клеток к повреждающим агентам. Для формирования адекватных представлений о функциях he kpoint-генов представляются, однако, целесообразными также раздельное рассмотрение и систематическое сопоставление сведений о характере генных взаимодействий, полученных при использовании каждого из указанных критериев. Имея это в виду, мы анализировали влияние парных сочетаний мутаций в генах, опосредующих различные этапы he kpoint-контроля, на чувствительность дрожжевых клеток к у-излучению. [c.100]

На фоне расшифровки последовательностей нуклеотидов в геноме стало очевидным, что функционирует он как сложная система с множеством обратных связей, а не как простое считывание информации с цепочки бусинок-генов . И регуляторная иерархия весьма динамична, она может меняться при делении соматических и зародышевых клеток. Некоторые дополнительные механизмы, о которых ученые давно догадывались, приводят к наследственным стабильным изменениям экспрессии генов без изменения нуклеотидной последовательности в ДНК (их назвали эпигенетическими). Накопленные генетиками факты о межгенных взаимодействиях и их роли в происхождении болезней, в понимании корреляций между генотипом и фенотипом, позволяют совершенно по-новому оценить генетическую регуляцию функций. И этим будет занята генетика человека в будуш ем. [c.144]

С позиций комплексного подхода растительный организм представляет собой открытую,неравновесную, саморегулирующуюся и самораз-вивающуюся систему, способную к самовоспроизведению. Его целостность обеспечивается генетической детерминацией и функционированием гормональной, трофической, электрофизиологической и других систем регуляции. Усиливая или ослабляя рост, развитие и другие процессы, эти системы во взаимодействии с факторами внешней среды и приемами агротехники определяют тип морфогенеза, структуру, продуктивность, качество и адаптацию растений. [c.374]

Среди генетических проблем центрального общебиологического значения важное место занимают вопросы генетической регуляции сложной биохимической системы, необходимой для развития (биохимико-генетический механизм, определяющий внешний вид). Возможно, что на первых порах прогресс в этой области будет достигнут благодаря исследованиям по управлению синтеза определенных химических веществ, а эти результаты в конце концов будут обобщены для биохимической, интерпретации морфогенеза. Флавоноидные пигменты представляют собой идеальные объекты для такого типа исследований, так как они являются соединениями, которые можно легко охарактеризовать химически они быстро реагируют на многочисленные внешние воздействия и широко обследованы генетиками. Они встречаются в организмах, ткани которых достаточно сложны, однако при определенных условиях их можно культивировать in vitro. За изменениями в составе флавоноидов можно наблюдать на протяжении всего времени исследования. В настоящее время ведутся различные физиологические и биохимические исследования этих пигментов. Однако, по мнению автора, большая координированность таких исследований с исследованиями генетического плана принесла бы большие результаты в прошлом и будет совершенно необходима в будущем. [c.141]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология