Регуляция экспрессии генов у эукариот
Регуляция экспрессии генов у прокариот и эукариот
Ф. Жакоб и ж. Моно 1961: общая теория регуляции генов.
· Сущность теории сводится к «выключению» или «включению» генов как функционирующих единиц, к возможности или невозможности проявления их способности передавать информацию о структуре белка.
· У прокариот гены, контролирующие синтез белков-ферментов, катализирующих ход последовательных биохимических реакций, объединяются в структурно-функциональную единицу – оперон.
Виды оперонов
· Индуцибельный – регулятором является исходный продукт (субстрат). Субстрат стимулирует реакции своего метаболизма.
· Репрессибельный - регулятором является конечный продукт (корепрессор). Он тормозит реакции, ведущие к его образованию.
Состав индуцибельного оперона
· Структурные гены, кодирующие белки-ферменты
· Промотор – участок молекулы ДНК, к которому присоединяется РНК-полимераза
· Оператор – участок молекулы ДНК, место связывания с регуляторным белком-репрессором
· Индуктор – метаболит, который связывается с белком-репрессором и переводит его в неактивную форму.Индуктор – метаболит, который связывается с белком-репрессором и переводит его в неактивную форму.
Синтез белка-репрессора контролируется геном-регулятором. Белок-репрессор обладает сродством и к оператору, и к метаболиту.
Принцип регуляции активности оперона заключается в следующем: сродство белка-репрессора с геном-оператором определяется наличием или отсутствием в клетке метаболита той цепи реакции, ферменты которой кодируются данным опероном.
Лактозный оперон E.coli
Регуляция экспрессии генов у эукариот
В основу регуляции генной активности у эукариот положено взаимодействие определенных участков ДНК с белками, которые называются транскрипционными факторами.
В разных клетках многоклеточного организма содержатся одинаковые гены, но экспрессируются они с разной скоростью и в разное время. В качестве регуляторных белков могут выступать как белки-репрессоры, так и белки-активаторы.
Регуляция экспрессии генов происходит на всех этапах реализации генетической информации в клетках.
Регуляция на уровне транскрипции:
1. Белки-факторы транскрипции (TF: IIA, IIB, IID, IIEиIIF) связываются с ТАТА блоком в области промотора
2. Энхансеры – усилители транскрипции
3. Сайленсеры – ослабляют транскрипцию
4. Структура хроматина.
На активацию влияет ремоделирование гистоновых белков, которые участвуют в компактизации молекулы ДНК.
Метилирование участков ДНК (обычно по парам цитозин-гуанин) тормозит транскрипцию
5. Гормональная регуляция
· Стероидные гормоны связываются с белком-рецептором в клетке, данный комплекс проникает в ядро, связывается с определенными участками ДНК, регулируя транскрипцию.
· Пептидные гормоны связываются с белками-рецепторами на мембране и передают сигнал внутрь клетки на белки цитоплазмы, в ответ на внутриклеточные изменения в ядро поступает сигнал, регулирующий экспрессию.
Регуляция на уровне процессинга:
1. За точность процессинга отвечают малые ядерные РНК (мя-РНК), которые обеспечивают точную работу ферментов-рестриктаз.
2. Возможность альтернативного сплайсинга позволяет синтезировать различные матричные последовательности, а следовательно несколько полипептидов или разных РНК на базе одного гена.
альтернативный сплайсинг – процесс, позволяющий одному гену производить несколько мРНК и, соответственно, белков.
На уровне трансляции:
1. Исключается возможность использования и-РНК в качестве матрицы для синтеза белка в случае их несоответствия
2. Дифференциальная активность А-А-тРНКсинтетаз
3. Влияние гормонов
На уровне посттрансляционной модификации белка.
Изменение конформации белков – важнейший способ изменения их биологической активности!
Обеспечение правильного фолдинга и рефолдинга принадлежит белкам-шаперонам.
· проинсулин