Тема 2: Молекулярные механизмы регуляции экспрессии генов у прокариот и эукариот.

Цель: изучить молекулярные механизмы регуляции экспрессии генов в клетке.

Задачи обучения: изучить строение оперона прокариот и структурной и регуляторной области генов эукариот.

Основные вопросы темы:

1. Регуляция экспрессии генов прокариот

2. Строение регуляторного центра прокариот

3. Где находится промотор и каковы его функции

4. Что входит в состав оперона

5. Что такое репрессор, индуктор?

6. Что такое полицистронная молекула РНК

7. Последовательноть работы индуцибельного оперона (на примере лак-оперона).

8. Последовательность работы репрессивного оперона (триптофановый оперон)

9. Строение структурного гена эукариот.

10. Перечислить элементы регуляторной области.

11. Где расположен базовый уровень регуляции экспрессии.

12. Функции ТАТА-бокса и ЦААТ-бокса.

13. Принцип действия белков-регуляторов.

14. Что такое цис- и транс-регуляция.

15. Какие последовательности входят в состав дополнительного уровня регуляции.

Информационный блок.

Экспрессия генов включает

• транскрипцию - синтез РНК с участием фермента РНК-полимеразы;

• трансляцию - синтез белка на матричной рибонуклеиновой кислоте, осуществляемый в рибосомах,

• посттрансляционную модификацию белков.

• биосинтез РНК эукариот включает транскрипцию РНК на матрице ДНК, созревание и сплайсинг.

Регуляция экспрессии генов прокариот

• Лактозный оперон (lac оперон) — полицистронный оперон бактерий, кодирующий гены метаболизма лактозы.

• Концепцию оперона для прокариот предложили в 1961 году французские ученые Жакоб и Моно, за что получили Нобелевскую премию в 1965 году.

• Бактеральная клетка синтезирует ферменты, принимающие участие в метаболизме лактозы, лишь в том случае, когда лактоза присутствует в окружающей среде и клетка испытывает недостаток глюкозы

• В случае регуляции по типу индуцибельного оперона – лактоза сама инициирует/блокирует собственное расщепление.

• В случае регуляции по типу репрессивного оперона – повышение конечного продукта реакции блокирует дальнейшее свое расщепление, а его понижение инициирует собственное расщепление (например метаболизм Триптофана)

Регуляция экспрессии генов у эукариот

Для эукариотической клетки характерно:

1. Наличие интронов и экзонов в молекуле ДНК.

2. Созревание мРНК - вырезание интронов и сшивка экзонов.

3. Наличие регуляторных элементов, регулирующих транскрипцию, таких как:

а) промоторы - 3 вида, на каждый из которых садится специфическая полимераза.

б) модуляторы - последовательности ДНК, усиливающие уровень транскрипции;

в) (энхансеры) усилители - последовательности, усиливающие уровень транскрипции и действующие независимо от своего положения относительно кодирующей части гена и состояния начальной точки синтеза РНК;

г) терминаторы - специфические последовательности, прекращающие и трансляцию, и транскрипцию.

Самостоятельная работа студентов:

Раб. 1. Зарисовать схему оперона Жакоб и Моно и обозначить его компоненты.

Раб.2 . Изучите структуру гена эукариот по данным схем и составить таблицу:

№	Регуляторные области эукариот	Зоны структурной области эукариот	Регуляторные белки

Промоторные элементы регуляторных последовательности является базовым компонентом регуляции экспрессии генов.

Однако для эффективности работы промотора необходимы энхансерные элементы, расположенные в тысячи пар нуклеотидов от него и активирующие транскрипцию эукариотического гена.

В клетке существуют тысячи разных регуляторных белков, связывающихся с регуляторными сайтами контролирующей зоны.

С помощью белков–регуляторов каждый ген специфически включается или выключается.

Раб. 3. Диаграмма дана без названия. Какая информация помещена в ней?

Дай название диаграмме и зарисуй ее в тетрадь.

Виды контроля:

1. Контроль исходного уровня знаний

2. Разбор результатов самостоятельной работы студентов

3. Контроль итогового уровня знаний

Методы обучения и преподавания: проведение практических занятий, работа с компьютерными моделями и микропрепаратами.