Структурно-функциональная организация генома

Учебное пособие призвано углубить и закрепить знания студентов по такому важному разделу биологии, как структурно-функциональная организация генов и геномов прокариотических и эукариотических организмов, привить им навыки творческого подхода к изучаемым дисциплинам, а также пробудить интерес к элементам самостоятельной работы. [c.3]

Экспрессия определенной совокупности генов лежит в основе структурно-функциональной организации любой специализированной клетки многоклеточного организма. Неудивительно, что при функциональной активации нервной системы, например во время обучения, наблюдается интенсификация процессов синтеза РНК и белков в клетках мозга. Сейчас интенсивно изучается вопрос о том, в какой мере происходящие при обучении изменения в экспрессии генов связаны с процессом фиксации и какова молекулярная природа этого процесса, включают ли эти изменения активацию транскрипции ранее молчащих генов или они ограничены чисто количественными сдвигами в уровне экспрессии генов. [c.385]

Организация генов в эукариотической ДНК и в структурном, и в функциональном отношении гораздо сложнее. В ДНК мыши, например, были обнаружены фрагменты, присутствующие в ней во множестве копий. Когда попытались [c.882]

Полезно бросить взгляд на усложнение биологических объектов на разных, последовательных уровнях их структурной и функциональной организации. На самой низшей ступени мы можем взять, например, один из бактериальных вирусов, бактериофаг, известный под обозначением Н-17, использованный во многих исследованиях. Его наследственный аппарат содержит всего три гена. Один ген содержит информацию о структуре белка А, функция которого еще недостаточно выяснена. Второй ген обусловливает структуру белка, из которого построена оболочка фага, а третий ген направляет образование фермента, обеспечивающего репликацию, то есть получение новых копий нуклеиновой кислоты фага, когда он проникает в бактериальную клетку к начинает стремительно размножать себя. Как легко видеть, все здесь сведено к минимуму — к тому минимуму, который является уже последним пределом три гена и три белка. Но зато — что и характерно для всех вирусов вообще — этот вирус не способен практически ни к каким самостоятельным проявлениям жизнедеятельности. Лишь одно ему доступно — заражая клетку, встраивать свою наследственную программу в синтезирующие системы клетки, переключать их работу на себя и так организовать воспроизводство своих новых копий. И второе после того как вирусные частицы покидают клетку, где они были построены, и до того, как они проникнут в новую, еще не зараженную клетку, — словом, в тот период, когда вирус существует вне клетки, белковый чехол защищает его нуклеиновую нить от разрушения. Вот и все, что мы имеем на уровне бактериального вируса, фага. [c.162]

По-видимому, большинство особенностей структурной и функциональной организации генома должны обеспечивать надежность его функционирования, т.е. точность передачи генетической информации от родительских клеток дочерним на протяжении многих клеточных генераций и правильную работу генов. Поэтому можно предполагать, что эти особенности имеют, прежде всего, отношение к обеспечению надежности передачи и внутриклеточной реализации генетической информации, проявляющейся в упорядоченной во времени и безошибочной экспрессии генов [15]. [c.15]

В процессе эволюции белков можно выделить тенденции к специализации и дифференциации. Специализированные белки выполняют одну и ту же функцию в разных организмах и могут использоваться для установления генеалогии организмов. Однако следует отметить, что специализация белков не направляет эволюцию организмов. Дифференциация белков — это процесс, ведущий к функциональному разнообразию гомологичных белков. Таким образом, исследование эволюции белков не только способствует проникновению в детали структурной организации белков, но также позволяет установить связи между белками, находящимися в совершенно различных частях метаболического пути. Таким образом, можно внести определенный порядок в огромный перечень существующих белков и вместе с тем выявить аспекты эволюции метаболических путей. Важным механизмом дифференциации белков является мультипликация и слияние генов. [c.242]

В настоящей книге впервые систематически излагаются основные сведения о клеточных рецепторах их структурной организации, особенностях строения функционально значимых доменов, молекулярной генетике клеточных рецепторов, биосинтезе и катаболизме. Большое внимание уделено функциональной роли клеточных рецепторов в регуляции биохимических процессов, в том числе транспорта в клетку метаболитов, клеточной пролиферации, экспрессии генов, регуляции, биосинтеза белка по типу обратной связи . Перечисленные проблемы в качестве составной части входят в учебные планы университетов и медико-биологических факультетов медицинских институтов по биохимии и биофизике или самостоятельного курса — биохимия мембран. [c.5]

Недостатком данного подхода является то, что фенотипически проявляются, как правило, далеко не все мутации по определенному гену, а только те, которые значительно нарушают функцию этого гена. Кроме того, мутации по разным участкам изучаемого гена могут иметь одно и то же фенотипическое проявление. Поэтому тонкий анализ структурно-функциональной организации гена (и/или кодируемого им белка) с помощью данного классического молекулярно-генетического подхода затруднен. [c.171]

Блестящие успехи в разработке методов химического синтеза олигонуклеотидов, доступность высокоочищенных ферментов нуклеинового обмена привели к тому, что процедуры сайтспецифического мутагенеза могут при необходимости применяться в любой молекуляр-но-биологической лаборатории. Данные методы стали неотъемлемой частью исследований, направленных на изучение структурно-функциональной организации генов и белков. Некоторые из этих работ рассмотрим в следующей главе. [c.185]

У бобовых растений синтез легоглобинов кодируется семейством из нескольких сцепленных Lb-генов. В настоящее время подробно изучена структурно-функциональная организация этих генов выявлена их ин-трон-экзонная структура, изучена организация промоторов, расположение кодирующих и некодирующих участков. Экспрессия Lb-генов в клубеньках, по всей видимости, основана на обмене партнеров регуляторными сигналами. Об этом говорит присутствие в промоторах этих генов последовательностей, которые гомологичны некоторым бактериальным промоторам и могут быть мишенями для сигнальных молекул, поступающих в растительные клетки от бактерий. Удалось выявить и бактериальные ДНК-связывающие белки, которые взаимодействуют с промоторами легоглобиновых генов. [c.179]

В Отделе исследуется структурно-функциональная организация генома эукариот на примере модельного объекта - плодовой мушки Drosophila melanogaster. Огромная роль этого объекта в расшифровке механизмов функционирования более сложных геномов, включая геном человека, хорошо известна. Работы на дрозофиле заложили основу для развития работ на позвоночных, включая человека, по следующим основным направлениям молекулярной генетики молекулярный анализ генетики развития организма исследование рецепции сигналов окружающей среды роль структуры хроматина в клеточной дифференцировке. Успехи в исследовании геномов позвоночных, основанные на работах, выполненных на дрозофиле, стали стимулом для организации проекта секвенирования генома D. melanogaster, который в значительной степени был завершен в 2000 г. Доступный банк данных нуклеотидных последовательностей предоставил богатейший материал для выяснения функций генов, которые до сих пор не были идентифицированы, а также для анализа этой информации с помощью компьютерных программ. Однако гены, кодирующие белки, составляют только малую часть сложных геномов многоклеточных эукариот. Одной из наиболее важных задач является выявление в не кодирующих белки последовательностях ДНК тех контролирующих элементов, которые определяют правильную экспрессию генов во времени и в отдельных тканях развивающегося организма. [c.11]

Обшие принципы построения геномов и их структурно-функциональную организацию изучает геномика, которая проводит секвенирование, картирование и идентификацию функций генов и внегенных элементов. Методы геномики направлены на расшифровку новых закономерностей биологических систем и процессов. Геномика человека является основой молекулярной медицины и имеет важнейшее значение для разработки методов диагностики, лечения и профилактики наследственных и ненаследственных болезней. Для медицины первостепенное значение имеют исследования в области геномики патогенных микроорганизмов, поскольку они проливают свет на природу инфекционного процесса и создание лекарств, направленных на специфические мишени бактерий. [c.17]

Отказы в генетической системе имеют для клетки драматические последствия сильное нарушение функции, появление мутаций шш гибель. Поддержанию надежности генетического аппарата способствует резервирование его элементов двухспиральность ДЕПС, многоядер-ность, увеличение плоидности (количества генов в одном ядре). Однако возрастание устойчивости не пропорционально количеству ДНК и важную роль играет структурно-функциональная организация хромосом. [c.20]

Векторные молекулы играют важнейшую роль на этапе клонирования ш vivo изучаемых последовательностей ДНК. Конкретные векторы будут рассмотрены в дальнейшем для каждой генно-инженерной системы отдельно. Использование клонирующих векторов позволяет получать необходимый фрагмент ДНК в индивидуальном состоянии и в препаративных количествах. Это подняло на качественно новый уровень исследования структурно-функциональной организации геномов как прокариотических, так и эукариотических организмов (см. 1.7). Разработка и совершенствование экспрессирующих векторов позволяет все с большей определенностью создавать штаммы — суперпродуценты чужеродных белков. [c.32]

Для того чтобы выявить закономерности структурно-функциональной организации промоторов S. erevisiae, в ряде лабораторий бьши созданы молекулярные векторы, предназначенные для статистического отбора промоторсодержащих фрагментов ДНК в клетках дрожжей. В каждом случае плазмида содержит селективный ген, лишенный собственного промотора, перед которым находится уникальный рестрикционный сайт (рис. 12.24). После встройки в правильной ориентации промоторсодержащего фрагмента наблюдается экспрессия соответствующего гена, позволяющая легко выявить искомые гибридные клоны. [c.310]

Только подробное исследование структурно-функциональной организации генома ортопоксвирусов, а также других членов семейства Poxviridae позволит выявить гены, контролирующие свойства патогенности и детерминирующие круг хозяев вирусов, установить эволюционные взаимосвязи поксвирусов и границы изменчивости их конкретных генов. Поэтому большие усилия исследователей направлены на картирование генов данных вирусов и определение их функций. Приоритет в секвенировании и анализе структурно-функциональной организации полных геномов вирусов натуральной оспы, оспы обезьян и оспы коров принадлежит группе исследователей Государственного наз ного центра вирусологии и биотехнологии Вектор , руководимой С. Н. Щелкуновым. [c.390]

Началась эпоха интегральных исследований геномов, которые образовали специфический раздел молекулярной генетики - геномику. Геномика сегодня занимается анализом структуры и функций геномов как интегрального функционального массива генов, их регуляторных элементов и других последовательностей, необходимых для функционирования генома. В круг ее интересов входит также анализ появившихся и закрепившихся в геноме паразитических эгоистических элементов, значимость которых для существования и эволюции геномов еще предстоит узнать. Начавшись с исследований генома человека, геномика значительно расширила диапазон своих интересов и включила в них множество модельных организмов - бактерии и дрожжи, нематоду, дрозофилу и мышь, геномы которых исследуются и сравниваются между собой для расшифровки структурных основ их функциональной организации. Возникло единое пространство геномной информации, которое стремительно наращивает свой информационный потенциал. Сравнительный анализ структур геномов различных организмов составляет отправную точку для функциональной геномики, которая призвана определять функциональную значимость вновь определяемых последовательностей. Концепция в гомологии структур зашифрована аналогия функций оказывается весьма плодотворной и помогает устанавливать функции генов человека на основании известных функций генов модельных организмов. Таким образом, современная молекулярная генетика оперирует в едином геномно-информационном поле, где информация о функциях генов в различных организмах интегрируется и распространяется на другие организмы. [c.6]

В первой из трех глав части III (гл. 8) приведены данные о структуре генов эукариот и современные представления о механизме их экспрессии, в частности сведения о сложных сигналах регуляции транскрипции, а также о происхождении, локализации и структуре ингронов и тех механизмах, с помощью которых интроны удаляются из первичных транскриптов при сплайсинге. Очень существенным здесь явилось применение обратной генетики-введение специфических мутаций в определенные сегменты ДНК и последующий анализ структурно-функциональных взаимоотношений в генах эукариот. В гл. 9 основное внимание сосредоточено на организации сложных эукариотических геномов. Рассмотрено расположение генов и других элементов в молекуле ДНК, в частности в центромерных и теломерных областях. Красной нитью через всю главу проходит концепция генома как летописи эволюционной истории. В заключение дано описание геномов внутриклеточных орга-нелл-митохондрий и хлоропластов. В гл. 10 представлены механизмы случайных и неслучайных перестроек геномной ДНК. Речь идет об амплификациях, делециях и транспозициях—как неза-нрограммнрованных и приводящих к мутагенезу, так и запрограммированных в геноме и осуществляющих точную регуляцию генной экспрессии, например изменение типов спаривания у дрожжей и образование генов иммуноглобулинов. [c.7]

Рис. 39.8. Схема организации регуляторных блоков типичного эукариотического гена. В функциональном гене можно выделить регуляторную и структурную области, разделенные сайтом инициации транскрипции (показан стрелкой). Регуляторная область состоит из двух элементов, определяющих базовый уровень экспрессии. Проксимальный элемент, ТАТА-бокс, направляет РНК-полимеразу к сайту инициации транскрипции и, следовательно, определяет точность начала синтеза РНК. Другой регуляторный элемент (upstream) контролирует частоту, с которой происходит инициация транскрипции. Наиболее изученным регуляторным элементом этого класса является так называемый СААТ-бокс, однако в других генах могут использоваться и иные элементы. В регуляции экспрессии участвуют также энхансеры и сайленсеры— элементы, усиливающие или ослабляющие базовый уровень транскрипции, и элементы, регулирующие экспрессию определенных генов в ответ на различные сигналы (включая гормоны, тепловой шок, ионы металлов, некоторые химические препараты). Сюда же относятся и функционально подобные элементы, обусловливающие тканевую специфичность экспрессии генов. Возможно, что два последних блока регуляторных элементов функционально перекрываются (показано соединяющей линией). Зависимость функции элемента данного типа от ориентации указана стрелками. Так, проксимальный элемент обязательно должен быть в ориентации 5 - У. СААТ-бокс и аналогичные ему элементы наиболее эффективно работают в ориентации 5 - 3, но некоторые функционируют в обеих ориентациях. Разорванные линии между квадратами указывают на то, что положения данных элементов относительно сайта инициации транскрипции строго не фиксированы. В действительности элементы регуляции экспрессии могут быть расположены также и правее (т. е. ближе к З -концу) сайта

ЛЮЦИЯ. Примитивные организмы должны были содержать значительно меньше различных белков или нуклеиновых кислот, чем современные. Простейшим ответом на всякое новое давление отбора была бы душтикация генов с последующей небольшой модификацией одного из дочерних генов, приводяшей к новой функции. Действительно, первичная структура или более высокие уровни структурной организации могут использоваться для того, чтобы проследить пути эволюции организмов, подобно тому как для этого используются строение костей или другие анатомические особенности. Другое, более спекулятивное объяснение некоторых структурных гомологий, наблюдаемых у биополимеров, связано с конвергентной эволюцией. Считают, что некоторые биологические структуры являются столь оптимальными для решения данной функциональной задачи, что молекулы, исходно удаленные от этого оптимума, будут со временем приближаться к нему в ответ на давление отбора. Трудно доказать, что конвергентная эволюция внесла важный вклад в структурную картину, наблюдаемую сегодня, но также трудно полностью исключить такую возможность. [c.29]

Тандемная организация структурных генов у эукариот характерна для участков ДНК, кодирующих рРНК, тРНК и гистоны. Структурные гены мРНК, кодирующих синтез функционально взаимосвязанных ферментов, находятся в разных участках ДНК или даже в разных хромосомах. [c.34]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология