Розглянемо принцип організації гена евкаріот на прикладі b-ланцюга гемоглобіну
Тема № 6. Будова гена про - та еукаріотів. Гени структурні, регуляторні, синтезу тРНК, рРНК рибонуклеїнові кислоти (РНК). Види РНК.
Вид заняття: практичне, час проведення - 2 години.
АКТУАЛЬНІСТЬ ТЕМИ:знання питань теми дозволять з'ясувати матеріальну основу реалізації спадкової інформації у про- та евкаріот, а також використовувати одержані знання в практичній медицині.
МЕТА ЗАНЯТТЯ: Розглянути рівні організації спадкового матеріалу евкаріот. Вивчити специфіку генного рівня. Будову і функції нуклеїнових кислот. Функціональну класифікацію генів.
КОНКРЕТНА МЕТА: уміти розв'язувати задачі на запропоновану тематику.
При підготовці до заняття користуватися літературою:
Основна:
1. Медична біологія /За ред.В.П.Пішака, Ю.І.Бажори. Підручник. - Вінниця: Нова книга. 2004.-С.87-89,94-95,101-104.
2. Биология. В 2кн. Кн.1: Учеб. для мед.спец. вузов /Под ред. В.Н.Ярыгина. 6-е изд., стер. - М.: Высш. шк.,2004.- С.67-71,111-115.
3. Слюсарєв А.О., Жукова С.В. Біологія: Підручник / Пер. з рос. В.О.Мотузний. - К.: Вища шк., 1992. - С.35-36,38-39,84-88,90.
4. Збірник задач і вправ з біології. Навч. посібник /За ред. А.Д.Тимченка. - К.:Вища шк.-С.21-28
Додаткова:
1. Грин Н., Стаут У., Тейлор Д. Биология: В 3-т. Т.З. Пер. с англ. /Под ред.П. Сопера . М.:Мир, 1990.-С 182-188,298-299
2. Федченко С.Н. Общая и медицинская генетика.// Учебное пособие для студентов медицинских вузов.- Луганск, 2003.- С.62-63
3. Федченко СМ. Молекулярні основи генетики: навчальний посібник для студентів 1 курсу.-Луганськ: ЛДМУ, 2003.- С.53-57.
4. Граф логічної структури
5. Конспект лекцій
Теоретичні питання:
1. Ген як одиниця генетичної функції.
2. Будова гена про- та еукаріотів.
3. Гени структурні, регуляторні та синтезу, тРНК, рРНК.
4. Генетичний код, його властивості.
АЛГОРИТМ ПРАКТИЧНОЇ РОБОТИ:
Методичні вказівки до роботи студентів на практичних заняттях.
Ген - одиниця структури та функціональної спадковості, представляє собою ділянку (відрізок) молекули ДНК, який через синтез специфічних білків, ферментів, гормонів бере участь в утворенні внутрішніх та зовнішніх ознак організму.
СУЧАСНІ УЯВЛЕННЯ ПРО ГЕН.
Ген - основна елементарна структурно - функціональна одиниця спадковості, що визначає розвиток ознаки клітини або організму.
У клітинах вищих евкаріотів багато послідовностей ДНК можуть кодувати два і більше різних білки завдяки альтернативному сплайсингу.
Ген - будь-яка послідовність ДНК, яка транскрибується як окрема одиниця і кодує набір близько споріднених поліпептидних ланцюгів (ізоформи білків).
Слово «ген» було введено В. Іогансеном у 1909 р для позначення одиниці спадковості, що займає особливе місце (локус) у хромосомі. В 1948 р Дж. Бідл і Е. Татум запропонували гіпотезу «один ген - один білок» і розглядали ген як одиницю спадкового матеріалу, який містить інформацію для утворення одного білка.
За способом організації нуклеотидів у ДНК її можна розділити на такі фрагменти:
1) структурні гени;
2) регуляторні гени;
3) сателітна ДНК;
4) кластери генів;
5) спейсерна ДНК;
6) повторювальні гени.
- структурні гени (цистрони) несуть інформацію про структуру певних поліпептидів. З цих ділянок ДНК транскрибується мРНК, яка спрямовує синтез білків.
Виділяють наступні:
- кодуючі послідовності (колаген – білок сполучають тканини, виконуючий пластичні функції) і ферментативні;
- кодуючі амінокислотні послідовності білків, функціонуючих в усіх клітинах (наприклад, рибосомних, гістонових);
- кодуючі послідовності нуклеотидов в мономерах рРНК, тРНК.
- регуляторні гени координують активність структурних генів;
- сателітна ДНК має велике число груп повторюваних нуклеотидів, які не мають значення і не транскрибуються. Поодинокі гени серед сателітної ДНК, звичайно, відіграють регуляторну або посилюючу роль на структурні гени, наприклад, енхансери.
- кластери генів - це групи різних структурних генів у певній ділянці хромосоми, об'єднані спільними функціями. Наприклад, кластери п'яти різних гістонів повторюються 10-20 разів. Між такими кластерами знаходяться спейсерні ділянки, які не транскрибуються, їхня роль до кінця не з'ясована.
- спейсери - вставки, які розділяють інформативну зону, утворену структурними генами, які не несуть інформації;
- повторювані гени - це один і той самий ген, що багаторазово повторюється утворює тандеми - наприклад, гени рРНК.
Розглянемо принцип організації гена евкаріот на прикладі b-ланцюга гемоглобіну
Рис. Схема молекулярної структурно-функціональної організації гена b-ланцюга гемоглобіну людини.
Спершу розташований промотор, відповідальний за приєднання РНК-полімерази та наступної ініціації транскрипції. Фермент приєднується до ділянки послідовності таким чином, що її активний центр розташовується над першим нуклеотидом, що зчитується. Ця ділянка складається із сайту-розпізнавання; сайту-зв’язування і сайту-ініціації. Наступна ділянка оператор, який може приєднувати чинники регуляції транскрипції. Дальше розташована неспецифічна ділянка регуляції ТАТА-БОКС, що складається із багаторазово повторювального тиміну і аденіну.
Слід відмітити, що комбінація нуклеотидів у промоторі специфічне і якщо порушується рамка зчитування, то може утворитися «стоп» - кодом і транскрипція припиняється.
Далі розташована КЕП-послідовність (ТТГЦТТАЦ), на якій ініціюється транскрипція з утворенням 5’ початкової ділянки РНК (сайта-ініціації транскрипції). Дальше розтащований кодон ТАЦ (сайт-ініціації транскрипції). Між сайтом транскрипції і трансляції розташоване проміжна ділянка ДНК, що складається з 50 пар основ (лідерна послідовність). Наступна частина структурного гена складається з екзонів і інтронів. Перший екзон містить 90 пар основ (кодуючих з 1-30 амінокислоти). Перший інтрон 130 пар основ. За ним розташований екзон (222 пар основ) і кодує амінокислоти з 31-104. Далі інтрон – 850 пар основ, за ним екзон – 126 пар основ (кодуючий амінокислоти із 105-146). Після цього – кодон термінації ТАА, дальше трейлер і сайт – поліаденілування ААТАААА, який необхідний для РНК транскрипту «хвоста» полі А (200-300 аденілових залишків). Ця ділянка припиняє послідовність транскрипції.
У межах послідовності транскрибуючого 3’-кінці ДНК – на відстані 600-900 нуклеотидів від полі А розташована ділянка послідовностей енхансера.
Ця ділянка має регуляторну активність. Вона необхідна для тимчасової і просторової організації експресії гена.
Функціональні характеристики генів.
1. Гени є дискретною складовою складного спадкового матеріалу – ділянкою ДНК.
2. Певний ген кодує синтез одного білка. Окремий білок може обумовлювати певну ознаку. Таким чином формується моногенність.
3. Клітина, орган або організм, володіють багатьма складовими ознаками, які складаються із взаємодії багатьох генів, які обумовлюють поліморфізм.
4. Деякі гени володіють плейотропністю, оприділяючи, декілька ознак.
5. В живому організмі діє відповідна системи 1 ген – 1 фермент – 1 біохімічна реакція.
6. В теперішній час вищесказане формулювання може бути деталізоване – ген (ДНК) – і РНК – білок (фермент) – ознака.
7. На молекулярному рівні: транскрипція – і РНК (процесинг) – тРНК (трансляція) – утворення білків і їх участь у формуванні ознаки.