Регуляция экспрессии генов у прокариот

Рассмотрим механизмы регуляции активности генов на примере лактозного оперона кишечной палочки. Оперон – это участок бактериальной ДНК, включающий следующие участки ДНК: промотор (Р), оператор (О), структурные гены (в данном случае – Z, Y, А) и терминатор (Т).

Промотор служит для присоединения РНК-полимеразы к молекуле ДНК. Оператор способен присоединять белок–репрессор (который кодируется соответствующим геном). Если белок–репрессор присоединен к оператору, то РНК-полимераза не может двигаться вдоль молекулы ДНК и синтезировать мРНК. Структурные гены кодируют ферменты, необходимые для расщепления лактозы (молочного сахара) на глюкозу и галактозу. Терминатор служит для отсоединения РНК-полимеразы после окончания синтеза мРНК, соответствующей структурным генам. Матричная РНК у прокариот функционирует всего несколько минут, после чего она расщепляется на нуклеотиды. Поэтому для возобновления запаса ферментов необходимо постоянно синтезировать соответствующую мРНК.

Если в клетке имеется лактоза, то она взаимодействует с белком–репрессором и превращает его в неактивную форму. Белок–репрессор, связанный с лактозой, не может присоединиться к оператору и не преграждает путь РНК-полимеразе. Таким образом, лактоза является индуктором, она включает гены, ответственные за своё же расщепление. После того, как вся лактоза будет усвоена, белок–репрессор присоединяется к оператору и преграждает путь РНК–полимеразе. Синтез ферментов, отвечающих за усвоение лактозы, прекращается.

Регуляция экспрессии генов у эукариот

У эукариот опероны отсутствуют, и система управления активностью генов более сложная. В частности, у прокариот регуляторные участки составляют примерно 5 % от всей ДНК, а у эукариот длина регуляторных участков соизмерима с общей длиной структурных генов. У многоклеточных эукариот в ходе онтогенеза из исходной клетки развивается целостный организм. На разных этапах онтогенеза в разных тканях с разной интенсивностью экспрессируются разные гены. Активность генов у эукариот регулируется разнообразными эффекторами, в том числе, и гормонами.

Способность исходной клетки реализовывать генетическую информацию в ходе клеточных делений и дифференцировки клеток называется тотипотентностью. У растений тотипотентны и оплодотворенные яйцеклетки, и почти все соматические клетки. У животных тотипотентна только зигота (а также некоторые клетки низших беспозвоночных). Поэтому методы клонирования животных основаны на пересадке ядер из соматических клеток в энуклеированные яйцеклетки (то есть яйцеклетки с убитым ядром).

Лекция 7. Вирусы

1. Особенности строения клеток прокариот и эукариот.

2. Клетки эукариот. Строение и функции.

3. Сопоставление прокариотической и эукариотической клеток.

4. Что такое вирусы?

5. Строение и свойства вирусов.

Многообразие, а также разнообразие жизни на Земле изучает систематика – важнейший раздел биологии.

Отражением разнообразия жизни на Земле являются системы организмов. На Земле обитают представители трех групп организмов: вирусы, прокариоты, эукариоты.

Вирусы – организмы, не имеющие клеточного строения. Прокариоты и эукариоты – это организмы, основной структурной единицей которых является клетка. Клетки прокариот не имеют оформленного клеточного ядра. У эукариот клетка имеет настоящее ядро, где ядерный материал отделен от цитоплазмы двумембранной оболочкой.

К прокариотам относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Бактерии это одноклеточные, в основной массе гетерозиготные организмы. Сине-зеленые водоросли это одноклеточные, колониальные или многоклеточные организмы со смешанным типом питания. В клетках сине-зеленых есть хлорофилл, обеспечивающий автотрофное питание, но сине-зеленые могут поглощать готовые органические вещества, из которых они строят свои собственные высокомолекулярные вещества. В пределах эукариот выделяется три царства: грибы, растения, животные. Грибы – это гетеротрофные организмы, тело которых представлено мицелием. Особую группу грибов составляют лишайники, где симбионтами грибов являются одноклеточные или сине-зеленые водоросли.

Растения – это первично автотрофные организмы.

Животные – это гетерозиготные эукариоты. Живые организмы на Земле существуют в состоянии сообществ – биоценозов.

Само отношение вирусов к организмам является дискуссионным, т.к. они не могут размножаться вне клетки и не имеют клеточного строения. И все-таки большинство биологов считают, что вирусы – это мельчайшие живые организмы.

Первооткрывателем вирусов считается русский ботаник Д.И. Ивановский, но только с изобретением электронного микроскопа стало возможным изучение строения этих загадочных структур. Вирусы устроены очень просто. «Сердцевину» вируса составляет молекула ДНК или РНК. Эту «сердцевину» окружает белковая оболочка. У некоторых вирусов появляется липопротеиновая оболочка, которая возникает из цитоплазматической мембраны клетки-хозяина.

Попадая внутрь клетки, вирусы приобретают способность к самовоспроизведению. При этом они «выключают» хозяйскую ДНК и, используя свою нуклеиновую кислоту, дают команду синтезировать новые копии вируса. Вирусы могут «нападать» на клетки всех групп организмов. Вирусы, которые «нападают» на бактерии, получили особое наименование – бактериофаги.

Значение вирусов в природе связано с их способностью вызывать различные заболевания. Это и мозаика листьев, грипп, оспа, корь, полиомиелит, свинка и «чума» двадцатого века – СПИД.

Способ передачи вирусов осуществляется капельножидким путем, контактным путем, с помощью переносчиков (блохи, крысы, мыши и т.д.) и т.д.