48. Системы генетической регуляции метаболизма у про- и эукариотических организмов.

Регуляция экспрессии генов у прокариот. Пример Лактозного оперона

Геном прокариот имеет оперонную организацию. ДНК кольцевидной формы.

Оперон- группа структурных генов, управляемых одним геном-оператором состоящего из: Промотор - место присоединения РНК- полимеразы, инициатор (последовательность нуклеотидов для начало транскрипции). Заканчивается оперон специфической последовательностью ДНК - терминатор. Здесь заканчивается транскрипция.

Ген-регулятор, располагается удаленно от оперона, кодирует регуляторный белок, который связывается с оператором и управляет его работой.

Если в клетку поступает индуктор, то он связывает белок-репрессор, освобождая ген-оператор. РНК-полимераза разрывает связи между двумя цепочками ДНК оперона, и информация с кодирующей цепочки генов переписывается на и-РНК. Затем и-РНК идет в рибосомы, где синтезируются ферменты, разлагающие индуктор. Далее освобождается белок-репрессор, который снова блокирует ген-оператор.

Регуляция работы генов у эукариот. Единица транскрипции у эукариот – транскриптон. Состоит из интронов и экзонов. Работу транскриптона регулируют несколько генов-регуляторов. Когда индукторы освобождают гены-операторы от белков-репрессоров, РНК-полимераза разрывает связи между двумя цепочками ДНК транскриптона. Далее синтезируется большая молекула пре-РНК. В ядре клетки происходит процессинг – ферментативное разрушение интрона и расщепление экзона на фрагменты. Далее зрелая и-РНК выходит из ядра и поступает в рибосомы, где и происходит синтез белков-ферментов, расщепляющих индуктор.

У эукариот сначала происходит транскрипция и созревание в ядре, а затем трансляция в рибосомах цитоплазмы.

49. Репликация ДНК. Основные типы ДНК-полимераз, их структура, ферментативные активности и роль во внутриклеточных процессах. Контроль точности воспроизведения ДНК. Вилка репликации ДНК. Контроль инициации и терминации репликации ДНК.

Репликация ДНК –процесс создания 2 дочерних молекул ДНК на основе родительской молекулы ДНК. Обязательно наличии фермента ДНК-полимераза, имеет активности: • 5’→3’-полимеразную (для присоединения новых нуклеотидов в растущую цепь); • 3’→5’-экзонуклеазную (для удаления неправильно присоединенного нуклеотида). Основные типы: ДНК-П 1: Одиночный полипептид. Функционирует на завершающем этапе репликации ДНК, когда необходимо соединить фрагменты Оказаки. ДНК-П 2: Участвует в актах репарации повреждений ДНК. ДНК-П 3: ключевой фермент, ответственный за репликацию хромосомной ДНК, обладает способностью к исправлению ошибок.

О наличии ошибок ДНК-П «узнает» по искажению двойной спирали ДНК. Далее ДНК-полимеразный ферментный комплекс возвращается на один шаг назад и вырезает неправильное основание, вставляя правильное.  ВИЛКА: Расплетение ДНК идет с помощью 2 белков ДНК-хеликазы и SSB белки. SSB белки –белки, которые предупреждают скручивание одноцепочечной ДНК. Хеликаза –фермент, который расплетает цепи ДНК с затратой энергии.

Этапы репликации:

1. Инициация:образование репликационной вилки; синтез РНК-праймеров;

2. Элонгация: удлинение синтезируемых цепей, которое осуществляется полимеразой во время ее продвижения по матрице;

3. Терминация: удаление РНК-праймеров; заполнение недостающих участков ДНК-П; связывание фрагментов вновь синтезированной ДНК с помощью лигаз.

50. Репарация ДНК. Механизмы эксцизионной репарации ДНК (эксцизия нуклеотидов, оснований). Пострепликативная коррекция неспаренных оснований. SOS-репарация. Роль рекомбинационных процессов в репарации повреждений ДНК.

Репарация ДНК – это исправление повреждений в молекуле ДНК.

2 типа:

• Прямая не предполагает удаления нуклеотидов;

• Эксцизионная включает удаление нескольких нуклеотидов или участков ДНК.

Эксцизионная репарация оснований: 1) поврежденные основания ДНК удаляет гликозилаза с образованием апуринового сайта; 2) Апуриновая-эндонуклеаза делает надрезв цепи молекулы ДНК; 3) наращивание недостающий нуклеотид с помощью ДНК-полимеразы; 4) зашивание надреза ДНК-лигазой

Эксцизионная репарация нуклеотидов с помощью комплекса белков UVR ABC: 1)распознавание повреждения белками, кодируемыми UvrA и UvrВ. 2)изгиб ДНК и изменение конформации uvrВ. 3)внесение 2х надрезов ДНК с обеих сторон с помощью uvrВ и uvrС. 4)расплетение ДНК между надрезами хеликазой, отсоединение поврежденного участка, образование бреши. 5)залатывание бреши ДНК полимеразой и соединение свободных концов с помощью ДНК-лигазой.

Репарация неправильно спаренных ДНК оснований: ошибка репликации может затронуть только дочернюю нить ДНК, матричная нить остается неизменной. К дочерней цепи присоединяется белок MutS. С ним связываются белки MutL и MutH. MutH разрезает дочернюю нить в участке ГАТЦ. Затем к комплексу присоединяется еще один белок — экзонуклеаза, которая разрушает всю дочернюю нить до места неправильного спаривания. Затем бреши застраиваются ДНК-полимеразой, а концы воссоединяются с помощью лигазы.

SOS-репарация включается тогда, когда повреждений в ДНК становится настолько много, что угрожает жизни клеток.

51. Информационная РНК, ее структура и функциональные участки, различия у про- и эукариот. РНК-полимеразы про- и эукариот: структура ферментов и функции основных субъединиц. Бактериальные и эукариотические промоторы и механизм их распознавания РНК-полимеразой

Транскрипция ДНК – синтеза РНК на матрице ДНК. В ходе транскрипции образуется и-РНК– промежуточная копия ДНК, несущей информацию о строении белка.

Структура мРНК у про- и эукариот. Прокариоты: Средний размер мРНК – 1 500 нуклеотидов. Бактериальные мРНК очень нестабильны. Трансляция и транскрипция не разобщены во времени – как только синтезируется свободный 5’-конец определенной длины, рибосомы садятся на него и начинают трансляцию.

Эукариоты: длина мРНК укорачивается после созревания, в ходе которого удаляются интроны. Длина зрелой до нескольких тыс нуклеотидов. Стабильна. Транскрипция и трансляция разобщены во времени и пространстве. Транскрипция и процессинг осуществляется в ядре; трансляция – в цитоплазме.

Транскрипция осуществляется с помощью ДНК-зависимой РНК-полимеразой. У прокариот. РНК-полимераза — достаточно большая молекула, содержит 5 субъединиц

У эукариот. Синтез РНК осуществляют 3 фермента: РНК-полимераза I для синтеза некоторых рибосомальных РНК; РНК-полимераза II участвует в синтезе мРНК, некоторых мяРНК; РНК-полимераза III для синтеза рРНК, тРНК и некоторых мяРНК.

Область ДНК, с которой связывается РНК-полимераза, называется промотором. Промотор прокариот имеет 2 последовательности: 1) бокс Прибнова (6-7 пар оснований, раскручивание ДНК) 2) «35» последовательность. Состоит из 9 нуклеотидов-отвечает за узнавание промотора РНК-полимеразой. Промотор эукариотических генов. Содержит 2 регуляторных элемента: 1) ТАТА-последовательность. Состоит из аденина и тимина. 2) специфическую нуклеотидную последовательность, обогащенную пиримидинами.