Етапи реалізації спадкової реалізації(експресії генів)
Генна експресія -це молекулярний механізм реалізації спадкової інформації, завдяки якому ген виявляє свій потенціал конкретною фенотипною ознакою організму. Процес експресії гена складається з кількох етапів : 1. Код гена ДНК перетворюється в код про-іРНК. Перший етап експресії називається "транскрипцією". 2. Складна молекула про-іРНК зазнає "процесингу", внаслідок чого значно зменшується за розмірами. Утворюється зріла ІРНК, зчитування інфор- мації з якої спрощується. Біологічний зміст процесингу C-полегшення доступу до спадкової інформації. 3. Інформаційна РНК за участю тРНК вибирає необхідні амінокислоти і зв'язує їх на рибосомі відпо- відно до послідовності амінокислот у молекулі білка. Цей процес називається трансляцією. 4. Синтезований поліпептид зазнає модифікації і впливає на морфологічну або функціональну ознаку (фенотип) клітини або організму. Цей процес називається "експресією". Всі етапи експресії генів відбуваються з викорис- танням енергії під впливом десятків ферментів. Генетичний апарат - це тонко регульована система. Відомо, що гени не проявляють постійної активності. Ген перебуває в не-активному стані, але коли є необхідність, він активується, а це, зокрема, зумовлює синтез відповідного білка. Регульована одиниця транскрипції складається з наступних структурних частин: 1) ген-регулятор, який контролює утворення білка-репресора; 2) промотор - ділянка ДНК, до якої приєднується РНК-полімераза і з якої розпочинається транскрипція; 3) оператор - ділянка промотора, яка може зв'язувати репресор; 4) структурні гени - ділянки ДНК, які кодують іРНК конкретних білків; 5) термінаторна ділянка ДНК, яка несе сигнал про зупинку транскрипці.
46.Поняття про репресор, апорепресор,корепресор,глолорепресор.
Репресор - фактор транскрипції, який регулює один або більше генів, зменшуючи швидкість транскрипції. Блокування експресії генів називається репресією.Білки-репресори кодуються генами, які називають регуляторними. Репресори зв'язуються з ділянками ДНК на початку гену, операторами, тим замим запобігаючи зв'язуванню з ним РНК-полімерази та синтезу нею мРНК. Іноді індуктор, молекула, що сигналізує початок експресії гена, може взаємодіяти із репресором, змушуючи його відділитися від ДНК та дозволити синтез мРНК. Корепресори, навпаки, зв'язуються з репресорами, примушуючи їх щільшіше зв'язуватися з ДНК, ще більше зменшуючи транскрипцію.Апорепресор – неактивний білок. Коли корепресор з’язується з апорепресором,активує його , то він перетворюється в голорепресор,який блокує оператор.
47.Рівні регуляції експресії генів в еукаріот.
Принцип експресії та її регуляції однаковий як у про каріотів, так і в еукаріотів. Однак останні, особливо багатоклітинні, більш складні організми, тому експресія їх генів складніша і дещо відрізняється за деталями. Зокрема, можна відзначити наступні особливості експресії в еукаріотів: 1. Геном вищих еукаріотів значно складніший (наприклад, гаплоїдний геном людини має приблизно 40000 генів, розташованих у 23 хромосомах, а у прокаріотів є тільки одна хромосома і близько тисячі генів). 2. У клітинах еукаріотів ядерна оболонка просторово розділяє процеси транскрипції і трансляції, хромосоми знаходяться в ядрі, а рибосоми в цитоплазмі. Експресія генів в еукаріотів включає набагато більше етапів. Тому в них є такі механізми регуляції, які відсутні в клітинах прокаріотів, наприклад, процесинг. 3. На експресію еукаріотичних генів впливає ампліфікація генів - багатократне збільшення числа копій однакових генів з метою інтенсифікації синтезу молекул, необхідних на певний момент часу (наприклад, послідовності ДНК, що повторюються, забезпечують сотні копій генів рРНК і тРНК). 4. У представників еукаріотів не встановлено повної оперонної організації генетичного матеріалу. Гени ферментів певного метаболічного ланцюга можуть бути розташовані в різних хромосомах. Вони зазвичай не мають системи регуляції у ви- гляді гена-регулятора, оператора і промотора, тому синтезовані в ядрах еукаріотів іРНК моноцистронні. Регуляція активності генів в еукаріотів складніша. В цьому процесі беруть участь відразу декілька генів-регуляторів, тобто регуляція транскрипції еукаріотів є комбінативною. 5. Ще одна особливість геному еукаріотів наявність спеціальних "підсилювальних" сегментів ДНК - енхансерів. Вони можуть розташовуватися на великій відстані від промотора. їх функція - участь в регуляції активності структурних генів.. 6. Геном еукаріотів зазнає регуляторного впливу з боку ендокринної системи організму. Багато гормонів є індукторами транскрипції. 7. Відомо, що регуляція активності генів еукаріо- тів пов'язана з утворенням комплексу ДНК з білками хроматину. У такому вигляді гени нуклеосом не здатні до транскрипції. Тому необхідною умовою є часткова декомпактизація хроматину й ослаблення зв'язків з гістоновими білками. 8. Контроль експресії генів в еукаріотів здійс-нюється також на стадії трансляції 9. Деякі гени еукаріотів декілька раз повторюються, а певні ділянки ДНК взагалі не відіграють генетичної ролі, наприклад, сателітна ДНК. Гени, що повторюються, виконують різноманітну біологічну роль: регуляції відтворення ДНК, участь у кросинго- вері, позначення межі між екзонами й інтронами тощо. Унікальна ДНК входить до складу структурних генів, але більше половини її не буває активною. 10. Регуляція експресії генів еукаріотів може здійснюватися на стадії посттрансляційних змін (наприклад, для утворення активної форми білкового гормону інсуліну, із молекули проінсуліну вирізають- ся два ланцюжки, що згодом зшиваються дисульфідними зв'язками).
48.Інактивація гена за принципом нокдауна(роль сіРНК,міРНК)
Метод заснований на використанні дуже коротких молекул РНК:
1- мікро РНК( міРНК)
2-макроінтерферуючі РНК(сіРНК).
У будь-яких організмів існують короткі іРНК,які можуть з’єднуватися з комплементарними ділянками іРНК структурних генів і розщеплювати їх(деградувати). сіРНК включають гени,які при цьому контролюють метилування ДНК або пістонів.
49.Клітинний цикл та його етапи.
Клітинний цикл значно коротший. Це власне процес підготовки до поділу (інтерфаза) і сам поділ (мітоз). Тому цей цикл називають ще мітотичним. Така періодизація (на життєвий і мітотичний цикл) досить умовна, оскільки життя клітини безперервний, неподільний процес. Так, в ембріональний період, коли клітини швидко діляться, життєвий цикл співпадає з клітинним (мітотичним). Після диференціювання клітин, коли кожна з них виконує специфічну функцію, життєвий цикл триваліший від мітотичного. Клітинний цикл складається з інтерфази, мітозу і цитокінезу. Тривалість клітинного циклу в різних організмів різна.
50.Інтерфаза та її етапи.
Інтерфаза - це підготовка клітини до поділу, на її частку припадає 90 % всього клітинного циклу. На цій стадії відбуваються найбільш активні метаболічні процеси. Ядро має гомогенний вигляд воно заповнено тонкою сіткою, яка складається з переплетених між собою досить довгих і тонких ниток - хромонем. Ядро відповідної форми, оточене двошаровою ядерною мембраною з порами діаметром близько 40 мкм. В інтерфазному ядрі проходить підготовка до поділу Інтерфазу поділяють на певні періоди: G1 - період, який передує реплікації ДНК; S-період реплікації ДНК; G2 - період з моменту закінчення реплікації до початку мітозу. Тривалість кожного періоду можна визначити, скориставшись методом радіоавтографії. Пресинтетичний період (G1 від. англ. gap інтервал)настає зразу за поділом. Тут відбуваються такі біохімічні процеси: синтез макромолекулярних сполук необхідних для побудови хромосом і ахроматинового апарату (ДНК, РНК, гістонів та інших білків), зростає кількість рибосом і мітохондрій, відбувається накопичення енергетичного матеріалу для здійснення структурних перебудов і склад- них рухів під час поділу. Клітина інтенсивно росте і може виконувати свою функцію. Набір генетичного матеріалу буде 2п2с. У синтетичному періоді (S) подвоюється ДНК, кожна хромосома внаслідок реплікації створює собі подібну структуру. Проходить синтез РНК і білків, мітотичного апарату і точне подвоєння центріоль. Вони розходяться в різні боки, утворюючи два по- люси. Набір генетичного матеріалу складає 2п4с. Далі настає післясинтетичний період (G2) клітина запасається енергією. Синтезуються білки ахроматинового веретена, йде підготовка до міто- зу. Генетичний матеріал складає 2п4с. Після досягнення клітиною певного стану: нако-пичення білків, подвоєння кількості ДНК та ін. вона готова до поділу мітозу.
51.Мітоз. Фази мітозу та процеси , що у них відбуваються.
Мітоз (від грец. μίτος нитка) непрямий, або мітотичний поділ є переважаючим типом поділу еукаріотичних соматичних клітин і притаманний всім багатоклітинним організмам. При цьому відбувається точний рівномірний розподіл спадкового матеріалу. Внаслідок мітозу кожна дочірня клітина отримує повний набір хромосом із строгою кількістю ДНК і за їх складом ідентична материнській клітин.
Фази мітотичного поділу: профаза, метафаза, анафаза та телофаза. Профаза – початкова фаза мітозу . Характеризується тим, що ядро збільшується в розмірах і в результаті спіралізації і вкорочення з довгих і невидимих хромосом,вони стають товстими і короткими, і розглядаються у вигляді видимого клубка(спаралізуються).Зменшується і зникає ядро,центріолі розходяться до полюсів з утворення фігури веретена. З тубуліну формуються нитки веретена і хромосоми розщеплюються. Метафаза – розпочинається рухом хромосом у напрямку до екватора. Поступово хромосоми утворюють мете фазну пластинку(використовують для визначення числа і форми хромосом).До кінетохорів хромосом прикріплюються нитки веретена поділу. Анафаза – сестринські хромосоми відходять одна від одної.Кожна хроматида розходиться до полюсів клітини. Найкоротша фаза мітозу. Телофаза- триває від розходження хроматид і до утворення дочірних клітин.Хроматиди зазнають де спіралізації і стають невидимими. Формується ядерна оболонка,зявляється ядерце і відбувається цитокінез – розділення цитоплазми з утворенням 2 дочірних клітин 2н.
52.Мейоз та його особливості.генетичне значення мейозу.
Мейоз – особливий спосіб поділу еукаріотичних клітин , внаслідок якого їхній хромосомний набір зменшується вдвічі.
Відбувається 2 послідовних поділи між якими вкорочена або відсутня інтерфаза.
Перший майотичний поділ дістав назву редукційним, при якому число хромосом зменшується вдвічі,інший екваційним(рівним) або другим метотичним поділом. У кожном поділі мейозу розрізняють профазу,метафазу,анафазу та телофазу.
Профаза І. У профазі І мейозу гомологічні хромосоми об’єднуються,формують парні утворення. ЦЕ тривала і складна фаза, вона характеризується певними послідовними стадіями залежно від стану хромосом.
Лактонема, або стадія тонких ниток.Хромосоми стають помітними у вигляді тонких ниток, кількість їх диплоїдна. Зигонема- гомологічні хромосоми зближуються попарно, утворюють біваленти. Число їх вдвоє менше, ніж вихідна кількість хромосом. Взаємне притягування хромосом отримало назву кон 'югація або синапсис. Пахінема, або стадія товстих ниток. Процес кон'югації гомологічних хромосом повністю завершується. На стадії пахінеми відбувається кросинго вер обмін ідентичними ділянками між гомологічC ними хромосомами. Диплонема, або стадія подвійних ниток. Хромо- соми, які утворили біваленти, розпочинають поступово відштовхуватися одна від одної, залишаючись з'єднаними між собою в окремих ділянках (хіазмах). Діакінез C заключна стадія профази І. У діакінезі біваленти різко вкорочені, потовщені дочірні хроматиди кожної хромосоми мало помітні. Хіазми поступово зміщаються на кінці хромосом. Завершується профаза І зруйнуванням ядерної оболонки, формуванням ахроматинового веретена. Метафаза І. Число бівалентів удвічі менше від диплоїдного набору хромосом. Біваленти значно коротші, ніж хромосоми в метафазі соматичного мітозу, і розміщаються в екваторіальній площині. Анафаза І. До протилежних полюсів веретена розходяться гомологічні хромосоми. Кожна з них складається із двох дочірніх хроматид, з'єднаних своїми центром ерами. Телофаза І. Розпочинається, коли анафазні хро- мосоми досягли полюсів клітини, на кожному з них знаходиться гаплоїдне число хромосом. Характе- ризується появою ядерної мембрани і відновленням структур ядра. Утворюються дві дочірні клітини. Інтерфаза між І і II поділом мейозу буває дуже короткоюПрофаза II. Ця стадія нетривала, хромосоми добре помітні. Метафаза II. Чітко визначена подвійна струк- тура хромосом і значний ступінь їх спіралізації. Анафаза II. Відбувається розходження подвоє- них центромер, внаслідок чого дочірні хроматиди рухаються до різних полюсів. Телофаза II. Завершується утворенням чотирьох клітин з гаплоїдним набором хромосом.
Генетичне значення мейотичного поділу полягає в наступному: 1. У результаті мейозу кожна материнська клітина дає початок чотирьом клітинам з "редук- ційним", тобто зменшеним удвоє, числом хромосом. 2. Мейоз є механізмом, який підтримує видову сталість кількості хромосом і зумовлює постійність видів на Землі. Якби число хромосом не зменшу- валося, то в кожному наступному поколінні відбува- лося б зростання їх удвічі (у батьків - 46, у дітей - 92, в онуків C184, у правнуків - 368 і т.д.) 3. Мейоз забезпечує завдяки випадковій комбі- нації материнських і батьківських хромосом генетичну різнорідність гамет. Тобто мейоз сприяє комбінативній мінливості (гени батьків комбінуються, внаслідок чого в дітей можуть з'являтися ознаки, яких не було в батьків). Комбінативна мінливість забезпечує велику різноманітність людства і дає можливість пристосуватися до зміни умов середо- вища, сприяє виживанню виду. 4. Мейоз забезпечує різнорідність гамет за ге- нетичним складом, сприяє внаслідок рекомбінації ділянками гомологічних (парних) батьківських хромосом утворенню хромосом нового генетичного складу. У профазі цьому сприяв кросинговер, у метафазі вільне перекомбінування хромосом. Тобто виникає рекомбінація батьківських наборів хромосом.