Презентация "Особенности организации и экспрессии генов" 10 класс

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «КРАСНОЯРСКИЙ МЕДИКО-ФАРМАЦЕВТИЧЕСКИЙ КОЛЛЕДЖ ФЕДЕРАЛЬНОГО АГЕНТСТВА ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ»

Компьютерная лекция №5

Особенности организации и экспрессии генов Дисциплина «Молекулярная биология» Специальность «Лабораторная диагностика»

Красноярск, 2010

Выполнил преподаватель

«Лабораторной диагностики»

Бондарева Л. В.

1.Организация генома прокариот.

2.Организация генома эукариот.

3.Классификация генов:

-регуляторные

-структурные

-функциональные

4.Этапы экспрессии генов у про- и эукариот:

-транскрипция

-процессинг эукариотических мРНК

-трансляция

План

1.Организация генома прокариот

Кольцевая ДНК – в цитоплазме

Опероны – единицы транскрипции

м-РНК

Прокариота

ДНК

РНК-

полимераза

Транскрипция

Трансляция

м-РНК

Прокариота

ДНК

РНК-

полимераза

Транскрипция

Трансляция

Растущий белок

м-РНК

Прокариота

ДНК

РНК-

полимераза

Транскрипция

Трансляция

Растущий белок

Транскрипция и трансляция не разобщены

Гены организованы в опероны

Начало гена

Конец гена

Направление транскрипции

Две цепи ДНК

ПРОКАРИОТЫ:

Эукариоты

Транскрипция – в ядре

Трансляция – в цитоплазме

РНК

Транскрипция

ДНК

Ядро

Ядерные

поры

Созревание РНК

м-РНК

Экспорт м-РНК в цитоплазму

Трансляция

Модификация белка

Транспорт

Деградация

Место синтеза белка зависит от назначения

В цитоплазме

На ЭПС

В ядро

В митохондрии и пластиды

В перокисомы

В мембраны

В лизосомы

На экспорт

4.Этапы экспрессии генов у про- и эукариот Особенности транскрипции у эукариот

Транскрипция

Трансляция

цитоплазма

Созревание м-РНК

ядро

Созревание м-РНК

1. Кэп и поли-А-хвост

2. Сплайсинг

Созревание м-РНК у эукариот

Белок, пришивающий кэп к 5’ концу

А

А

А

А

А

Другой белок пришивает поли-А-хвост на 3’ конец

Матричная РНК

Прокариота

Кодирующая часть

Старт-кодон

Стоп-кодон

3'

5'

Эукариота

3'

5'

Кэп – модифицированные нуклеотиды

Поли-А-хвост

Созревание

Выполняет роль лидерной последовательности

30 – 300 А

Лидерная последовательность

Интроны

1977 – открытие интронов (вставок) в генах эукариот

Ричард Робертс

Филипп Шарп

Нобелевская премия 1993

Гены оказались намного длиннее, чем м-РНК, считанная с них и используемая для трансляции

Интроны и экзоны

• Интроны – вставки в эукариотические гены, которые вырезаются после транскрипции из м-РНК

• Экзоны – участки гена, кодирующие белок. Только они остаются в составе м-РНК после вырезания интронов.

ДНК одного гена

П

Т

Э

Э

Э

Э

И

И

И

Промотор

Терминатор

м-РНК

Экзоны – кодируют белок

Интроны – вставки, вырезаются

после транскрипции

Транскрипция

ДНК одного гена

П

Т

Э

Э

Э

Э

И

И

И

Промотор

Терминатор

пре-

м-РНК

Транскрипция

Сплайсинг (вырезание интронов)

зрелая м-РНК

В зрелой м-РНК остаются только экзоны

Вторая гипотеза – специализация клеток

• Это позволяет синтезировать несколько разных белков с одного гена

в разных клетках – альтернативный сплайсинг

• Такие белки сходны по строению (изоформы), но добавление- вырезание доменов часто меняет их функцию:

Пример: белок-активатор какого-либо процесса становится его репрессором.

Зачем нужны интроны в генах?

ДНК одного гена

П

Т

Э

Э

Э

Э

И

И

И

Промотор

Терминатор

пре-

м-РНК

Сплайсинг в клетке 1

зрелая м-РНК

Сплайсинг в клетке 2

1

Альтернативный сплайсинг

2

4

3

1

2

4

3

1

2

4

Экзон 3

Экзон 4

Эукариотический ген

Прокариотический ген

Эукариотический ген сложнее и длиннее

Экзон 2

Экзон 1

Промотор

Терминатор

Регуляторная

часть

Промотор

Терминатор

Регуляторная

часть

10 т.н.п.

1 т.н.п.

Регуляция экспрессии генов

• транскрипции
• трансляции

Возможна на уровнях

Зачем нужна регуляция

• Все клетки одного организма содержат идентичный набор хромосом и ДНК – полную наследственную информацию.
• Но клетки разные – в них синтезируются разные белки.

Вывод: не все гены читаются.

• Набор транскрибируемых генов различен
• у разных типов клеток
• в одной и той же клетке в разное время

Гемоглобин

Инсулин

ДНК

Разные клетки транскрибируют разные гены

Гемоглобин

Инсулин

ДНК

Эритроцит

м-РНК

Гемоглобин

Разные клетки транскрибируют разные гены

Гемоглобин

Инсулин

ДНК

Эндокринная клетка поджелудочной железы

Инсулин

м-РНК

Разные клетки транскрибируют разные гены

Аллостерические конформации белка-репрессора Lac-оперона

Регуляция транскрипции у эукариот

• Принципиально – та же.
• Но регуляторных белков и участков ДНК, с которыми они связываются – намного больше.
• Поэтому регуляторная часть гена намного протяженнее – и часто длиннее, чем сам ген.

Эукариоты

Для начала транскрипции на промоторе должно собраться много специальных белков

РНК-полимераза

Транскрипционные факторы

Транскрипционные факторы

• Кроме ТФ, существуют еще регуляторные белки
• От них зависит интенсивность транскрипции – она может идти на 10%, а может на 100%

Клетки мозга

Клетки печени

Низкий (базовый) уровень транскрипции

Высокий уровень транскрипции гена альбумина

Регуляторные белки

Факторы транскрипции

РНК-полимераза

Транскрипцион-ный комплекс

ДНК

ДНК

Регуляторные

участки

Ген альбумина

Промотор

А К

АТФ

тРНК

А К

АТФ

АТФ

Ф

Ф

АМФ

А К

А К

А К

АМФ

Этапы трансляции

• Инициация (начало)
• Элонгация (удлинение)
• Терминация (окончание)

Инициация трансляции

м-РНК + малая субъединица рибосомы

Последователь-ность Шайна-Дальгарно (лидерная) в

м-РНК комплементарна участку р-РНК

в малой субъединице

А

У

Г

фМет

фМет

Последовательность

Шайна-Дальгарно

Инициация

Элонгация

А

У

Г

фМет

фМет

А

У

Г

фМет

фМет

Терминация

А

У

Г

фМет

стоп

А

У

Г

стоп

Мет

Домашнее задание

Биология. Кн. 1. / Под ред. В.Н. Ярыгина. 1999. с.68 - 92.

Коничев А.С. Молекулярная биология. 2005. с. 204 – 277.