Генетика бактерий Организация генома прокариот

Бактериальная хромосома – это двуспиральная правозакрученная ДНК, замкнутая в кольцо ДНК нуклеоида находится в состоянии отрицательной сверхскрученности. Супервитки можно рассматривать как форму запасания энергии, которая может использоваться для разделения цепей ДНК при инициации транскрипции. Инициирование транскрипции – важнейший этап в осуществлении контроля генной экспрессии

Отличительные особенности организации генома прокариот Относительно высокое (70%) содержание структурных генов на имеющуюся ДНК. Высокое абсолютное число генов. Организация генов в опероны – целостно транскрибируемые группы функционально родственных генов. Отсутствует интрон- экзоннная структура – гены непрерывны. Присутствие внехромосомной ДНК - плазмид

Служебные или конституитивные гены включены постоянно. Продукты этих генов отвечают за подержание основных функций клетки. Индуцибельные гены нужны только при определенных условиях. Обеспечивают экологический потенциал вида, т.е. возможность существования бактерий данного вида в разнообразных экологических ситуациях.

Положительное регулирование Белки-активаторы генов включают гены, присоединяясь к ДНК и помогая присоединяться РНК-полимеразе MalT пустой MalT активны й Мальт оза Промотор Белок- активатор Структурные гены MalT активный MalT пустой

Отрицательное регулирование LacI Промотор Оператор Гены лактоза РНК-полимераза Белки-репрессоры выключают гены, присоединяясь к ДНК и блокируя действие РНК-полимеразы

Оператор – участок ДНК, к которому присоединяется белок-репрессор Большинство регуляторных белков присоединяет небольшие сигнальные молекулы (мальтоза, лактоза) Crp-белок (сAMP receptor protein)– пример белка глобального регулирования Глобальное регулирование – управление большой группой генов в ответ на одни и те же внешние воздействия. Белок глобального регулирования-белок, регулирующий экспрессию многих генов в ответ на один и тот же сигнал

Crp-белок является глобальным активатором, необходимым для включения генов, предназначенных для использования всех альтернативных глюкозе питательных веществ. Он должен сначала присоединиться к маленькой сигнальной молекуле цАМФ для того, чтобы присоединиться к ДНК и активировать гены. Crp - это белок-рецептор цАМФ. Циклический АМФ является глобальным сигналом того, что у клетки закончилась глюкоза

цАМФСоединение с ДНК Пустой Crp Активный Crp Для того, чтобы включить гены для использования,например, лактозы, понадобится одновременно индивидуальный сигнал (наличие лактозы) и глобальный сигнал (цАМФ, который сигнализирует о потребности в питательном веществе).

cap OZYAT cya P ДНК иРНК (мРНК) ферменты метаболизма лактозы lac белок-репрессор неактивный белок-репрессор лактоза (индуктор) иРНК (мРНК) САР CYA глюкоза (репрессор) неактивный CYA цАМФ АТФ активный CYA РНК–полимераза

Оперон – участок бактериальной хромосомы, включающий следующие участки ДНК: Р – промотор, О – оператор, Z, Y, А – структурные гены, Т – терминатор. Промотор служит для присоединения РНК- полимеразы к молекуле ДНК с помощью комплекса CRP-цАМФ Оператор способен присоединять белок– репрессор Терминатор служит для отсоединения РНК- полимеразы после окончания синтеза иРНК Белок СYА катализирует образование цАМФ из АТФ.

Бактерии регулируют определенные гены с помощью некоторого химического голосования, известного как распознавание кворума. Объединившиеся бактерии выделяют в среду сигнальную молекулу – авто- индуктор. Если его уровень высок, все бактерии включают гены для достижения общей цели. Распознавание кворума

Плазмиды – кольцевые двунитевые ДНК,способные к автономной репликации Плазмиды – независимые репликоны, т.е. способны самостоятельно инициировать собственную репликацию Общее с вирусами – потребность в клетке-хозяине Для репликации используют синтетический аппарат клетки, ее пластические и энергетические ресурсы

Все плазмиды контролируют собственную репликацию и следовательно число копий в клетке. Плазмиды с одним и тем же типом контроля репликации несовместимы. Плазмиды существенно различаются в отношении круга хозяев: узкоспецифичные и широкоспецифичные

Плазмиды состоят из модулей: обязательный модуль основного репликона, и, помимо него, модули распределения, переноса и различных биохимических свойств: Устойчивость к антибиотикам; Несут гены вирулентности Гены белков, направленных против других бактерий Систему рестрикции/модификации – защиту от чужеродной ДНК Плазмиды деградации обеспечивают метаболическое разнообразие

Транспозоны это фрагменты ДНК, способные перемещаться как целостные структуры из одного места в другое. всегда встроены в другие молекулы ДНК. реплицируются вместе с молекулой ДНК, в которую интегрированы.

Простейшие транспозоны – инсерционные последовательности IS. Концы их представлены инвертированными повторами. Содержат только один ген, кодирующий транспозазу.

Транспозоны (Tn-элементы) состоят из пар нуклеотидов содержат фрагмент ДНК, несущий специфические гены, и два концевых IS-элемента Транспозаза определяет, какой участок ДНК бдет перемещен иидентифицирует место бдущего расположения-целевую последовательность

Консервативная транспозиция – способ перемещения, при котором структура транспозона остается неизменной, целевая последовательность удваивается, а в исходной молекуле ДНК образуется двухцепочечный дефект Репликативная транспозиция – перемещение копий, целостность исходной ДНК не нарушается. Такие элементы называют комплексными (сложными) транспозонами

А. Внедрение IS-элемента в геном; Б. Распространение IS- элемента в геноме за счет транспозиции; В. Реципрокные транслокации; Г. Делеции и образование плазмид