Экспериментальные доказательства роли ДНК в передаче наследственной информации в клетке.
После того как было установлено, что гены находятся в хромосомах и расположены там в определенном порядке, возник вопрос об их химический природе. Ученым было известно, что в состав хромосом высших организмов входят ДНК и несколько типов гистоновых и негистоновых белков.
До 40-х годов нашего столетия большинство ученых считали, что гены имеют белковую природу. Русский ученый Н. К. Кольцов высказал мысль, что хромосома это гигантская биологическая молекула, обладающая свойством самоудвоения, и что все свойства и признаки организма обусловлены строением белка и взаимодействием его молекул. Казалось вероятным, что именно в белках заключена наследственная информация о развитии всех признаков и свойств организма. Однако проведенные в последующем эксперименты на микроорганизмах с применением новейших методов исследований позволили установить, что генетическая информация сосредоточена в нуклеиновых кислотах.
Роль ДНК в трансформации бактерий:
В 1928 г. впервые получили доказательство возможности передачи наследственной информации от одной бактерии к другой.
Вводили мышам вирулентный (болезнетворный) капсульный и авирулентный бескапсульный штаммы пневмококков. При введении вирулентного штамма мыши заболели пневмонией и погибли. При введении авирулентного штамма – живые.
При введении капсульного штамма, убитого нагреванием, мыши выжили.
|
|
|
Вводили смесь штаммов – авирулентного бескапсульного и вирулентного капсульного, убитого нагреванием. После этого мыши заболели и погибли.
Из крови погибших животных были выделены бактерии, которые обладали вирулентностью и способные образовывать капсулу. Живые бактерии авирулентного бескапсульного штамма трансформировались, благодаря ДНК вирулентного капсульного штамма бактерий ( приобрели свойства убитых болезнетворных бактерий). Трансформирующий фактор – ДНК.
Более наглядно роль ДНК в передаче наследственной информации была установлена в 1952 г. американскими вирусологами А. Д. Херши и М. Чейзом при изучении разложения фага Т2 (вируса бактерий).
Опыт состоял в том, что белки, входящие в протеиновую оболочку вириона, были помечены радиоизотопной меткой - S 35 (сера), а ДНК - радиоактивным фосфором - Р32. В дальнейшем вирус культивировался в клетках бактерий. После этого дочерние вирионы подвергались радиометрическому анализу. Исследования показали, что новое поколение фаговых частиц содержало только фосфор - Р32. Исследователи сделали справедливый вывод о том, что именно ДНК, а не белок передается от родителей к потомству.
О роли ДНК в передаче наследственной информации свидетельствует также открытие в 1952 г. Зайндером и Ледербергом явления трансдукции, заключающееся в переносе генетического материала фагами от одних бактерий к другим. Ученые при этом показали, что в процессе трансдукции активное участие принимает ДНК.
|
|
|
Этапы экспрессии генов в процессе биосинтеза белка. Альтернативный сплайсинг. Регуляция этапов транскрипции и трансляции. Роль микро-РНК. Геном человека.
Экспрессия генов — это процесс, в котором наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется РНК или белок.
Этап первый — транскрипция.
Вдоль ДНК «бежит» иРНК (мРНК) и строит себя по принципу комплементарности.
Дальше включается процесс трансляции. Рибосома, распознает последовательность аминокислот записанных на информационной РНК и синтезирует белки или РНК.
Экспрессия генов обеспечивает поддержание структуры и функции клетки, что является основой для дифференциации клеток, морфогенеза, а также универсальной адаптации любого организма к условиям существования. Регуляция генов может также служить в качестве субстрата для эволюционных изменений, поскольку контроль над временем, местом и интенсивностью экспрессии генов может иметь огромное влияние на функции (действие) генов в клетке или в многоклеточном организме.
|
|
|
В генетике, влияние экспрессии генов рассматривается на фундаментальном уровне, ведь во время этого процесса под действием генотипа формируется фенотип. Генетический код хранится в ДНК в виде последовательности нуклеотидов, "которая интерпретируется" при экспрессии генов, а свойства продуктов экспрессии генов приводит к формированию фенотипа организма.
Сплайсинг – удаление из молекулы РНК интронов (участков РНК, которые практичеси не несут генетической информации) и соединение оставшихся участков, несущих генетическую информацию , экзонов, в одну молекулу.
В ходе созревания РНК интроны вырезаются, а экзоны — смысловые части — сшиваются, и получается зрелая матричная РНК определенного белка. Этот процесс называется сплайсингом. Однако есть тут одна хитрость. Сшиваться могут не все экзоны, и в разных условиях разные экзоны отбрасываются вместе с интронами. В результате этой сшивки получаются разные варианты, или изоформы, того или иного белка, а весь процесс носит название альтернативного сплайсинга. Таким образом, из одного гена может быть в конечном итоге получено несколько разных белков.
|
|
|
Альтернативный сплайсинг, во время которого происходит рекомбинация экзонов — главный источник генетического многообразия у эукариот.
Регуляция этапов транскрипции и трансляции:
В 1961 г. французские ученые Ф. Жакоб , А. Львов и Ж. Моно опубликовали результаты своих исследований по регуляции белкового синтеза у бактерий. За эту работу, признанную теперь классической, они были удостоены Нобелевской премии. Известно, что пока в питательную среду, в которой живут бактерии, не добавлен сахар, в клетке нет ферментов, необходимых для его расщепления. Бактерия не тратит энергию АТФ на синтез белков, ненужных ей в данный момент. Однако через несколько секунд после добавления сахара в клетке синтезируются все ферменты, последовательно превращающие его в продукт, необходимый для жизнедеятельности бактерии. Вместо сахара может быть другое соединение, появление которого в клетке "включает" синтез ферментов, расщепляющих его до конечного продукта. Соединения, которые в клетке подвергаются действию ферментов, называются субстратами.
Ферменты, участвующие в одной цепи превращения субстрата в конечный продукт, закодированы в расположенных друг за другом генах одного оперона. Между этими генами, называемыми структурными (так как они определяют структуру ферментов), и промотором - посадочной площадкой для РНК-полимеразы есть особый участок ДНК - оператор . Он так называется потому, что именно с него начинается операция - синтез и-РНК. С оператором взаимодействует специальный белок репрессор(подавитель). Пока репрессор сидит на операторе, РНК-полимераза не может сдвинуться с места и начать синтез и-РНК ( рис. 50 ). Когда в клетку попадает субстрат А, для расщепления которого нужны ферменты Ф1, Ф2, ФЗ, закодированные в структурных генах, одна из молекул субстрата связывается с репрессором, мешающим считывать информацию об этих ферментах. Репрессор, связанный молекулой субстрата, теряет способность взаимодействовать с оператором, отходит от него и освобождает дорогу РНК-полимеразе . РНК-полимераза синтезирует иРНК, которая обеспечивает на рибосомах синтез ферментов, расщепляющих субстрат А ( рис. 51 ). Как только последняя молекула субстрата А будет преобразована в конечный продукт, освобожденный репрессор возвратится на оператор и закроет путь полимеразе. Транскрипция и трансляция прекращаются. И-РНК и ферменты, выполнив функции, расщепляются соответственно до нуклеотидов и аминокислот.
Другой оперон, содержащий группу генов, в которых закодированы ферменты для расщепления субстрата Б, остается закрытым до поступления в клетку молекул этого субстрата. В ряде случаев конечные продукты одних цепей превращений могут служить субстратами для новых биохимических конвейеров. Не каждый оперон имеет несколько структурных генов, есть опероны, содержащие лишь один ген. Количество структурных генов в опероне зависит от сложности биохимических превращений того или иного субстрата.
рис 50
рис 51
П - промотор, О - оператор, СГ - структурные гены, Реп - белок-репрессор, Ф1, Ф2, Ф3 – ферменты
Структурные гены- гены, в которых записана наследственная информация о структуре белков.
Регуляторные гены – регулируют работу структурных генов.
Субстрат – соединение, которое в клетке подвергается действию ферментов.
Промотор – посадочная площадка для РНК-полимеразы.
Оператор – особый участок ДНК, с которого начинается операция – синтез иРНК.
Оперон – оператор и управляемая им группа структурных генов.
Репрессор – особый белок, который взаимодействует с оператором и выключает работу структурного гена.
Синтезируются те белки, которые в данный момент необходимы клетке. Как только последняя молекула субстрата будет преобразована в конечный продукт, освобожденный репрессор возвратится на оператор и закроет путь РНК-полимеразе. Транскрипция и трансляция прекратятся. иРНК и белки-ферменты, выполнившие свои функции, расщепляются до нуклеотидов и аминокислот.
Ми́кроРНК — малые некодирующие молекулы РНК длиной 18—25 нуклеотидов (в среднем 22), обнаруженные у растений, животных и некоторых вирусов, принимающие участие в транскрипционной регуляции экспрессии генов.
МикроРНК участвуют в подавлении активности генов: они комплементарно спариваются с участками мРНК и ингибируют их трансляцию. Кроме того, комплексы микроРНК с мРНК часто быстро расщепляются клеткой.
Геном человека- международный проект, начатый в 1988 г.
Основная цель проекта – выяснить последовательность нуклеотидных оснований во всех молекулах ДНК человека и установить локализацию, т.е. полностью картировать все гены человека.
К 1998 г. установлены последовательности нуклеотидов в 30 261 гене человека, т.е. расшифрована примерно половина генетической информация человека.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 1020; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!