В каждой клетке содержится генетическая информация, это известно. Но вся ли генетическая информация о живом организме присутствует в клетке и полностью ли она реализуется? Да, клетка потенциально способна рассказать всё, но реализуется только часть генетической информации. В разных клетках транскрибируются различные участки ДНК, причем в разное время, в зависимости от необходимости.
В чем отличие локализации транскрипции и трансляции в клетках прокариот и эукариот? Транскрипция осуществляется в клеточном в ядре, а трансляция идет на рибосомах в цитоплазме. Поскольку у прокариот нет ядра, оба процесса не разобщены.
Регуляция транскрипции у бактерий
В 1965 году французским исследователям Ф.Жакобу, Ж.Моно и А.Львову была вручена Нобелевская премия за исследования регуляции синтеза белков у бактерий.
1. Оперон — это группа структурных генов прокариот, кодирующая белки, которые выполняют единую функцию.
2. Оператор — часть оперона, с которой начинается синтез иРНК. На ней сидит белок-репрессор (подавитель), который не дает РНК-полимеразе начинать синтезировать иРНК. В каком случае белок-репрессор отходит от оператора? Молекула субстрата связывается с белком-репрессором, который отходит от оператора, освобождая дорогу РНК-полимеразе.
3. РНК-полимераза прокариот садится на специальную «посадочную площадку» в начале оперона — промотор. Промотор — определенная последовательность нуклеотидов ДНК, которую распознает РНК-полимераза.
4. РНК-полимераза синтезирует иРНК, на базе которой будут транслироваться все необходимые ферменты. Они смогут расщепить субстрат до промежуточных продуктов, а затем до конечного продукта.
5. После того как весь субстрат превращается в продукт, репрессор освобождается, возвращается на оператор и вновь закрывает путь РНК-полимеразе. Прекращаются транскрипция и трансляция, иРНК и ферменты расщепляются до нуклеотидов и аминокислот.
6. Могут ли в клетках бактерий вырабатываться ферменты расщепления сахаров в случае, если сахар (субстрат) не добавлен в бактериальную среду? Нет. Ферменты начинают синтезироваться строго после добавления сахара в среду, уже через несколько секунд. Причина в том, что сахар как субстрат снимает белок-реперессор с оператора и открывает путь для РНК-полимеразы, осуществлящей транскрипцию (синтез иРНК) для создания ферментов. Так экономятся АТФ бактерией: нет нужды — нет синтеза!
7. Есть ли опероны, в которых содержится только один ген? Да. Количество структурных генов зависит от сложности превращений субстрата.
Регуляция транскрипции у эукариот
1. В чем особенность регуляции транскрипции у эукариот? Эукариоты преимущественно многоклеточные, им присуща система регуляции функций организма с помощью гормонов.
2. Гормоны производятся железами внутренней секреции, вместе с током крови расходятся по телу, регулируя синтез иРНК и белков исключительно в клетках-мишенях.
3. Гормоны связываются с белками-рецепторами на мембране, инициируя изменения клеточных белков (ферментов), которые влияют на синтез других белков и транскрипцию определенных генов.
4. Гормоны активируют определенные гены через систему посредников — белков (ферментов). Например, гормон адреналин запускает синтез ферментов (посредников), которые расщепляют содержащийся в мышцах гликоген до глюкозы. Инсулин, напротив, определяет синтез гликогена из глюкозы в печени.
5. Все ли иРНК транслируются в одно время? Нет, трансляция возможна в разное время. Связь с определенными белками после гормонального сигнала определяет их трансляцию. Если сигнала нет, иРНК останутся нетранслированными.
