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 пероксисомы 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 кап 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 3'3'5'5' Эукариота 3'3' 5'5' 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 ПТ ЭЭЭЭ ИИИ Промотор Терминатор м-РНК Экзоны – кодируют белок Интроны – вставки, вырезаются после транскрипции Транскрипция

ДНК одного гена ПТ ЭЭЭЭ ИИИ 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 ПТ ЭЭЭЭ ИИИ Промотор Терминатор пре- м-РНК Сплайсинг в клетке 1 зрелая м-РНК Сплайсинг в клетке 2 1 Альтернативный сплайсинг

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 Инсулинм-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

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 Регуляторные участки Ген альбумина Промотор

А К АТФ тРНК А К АТФ Ф Ф АМФ А К АМФ

Этапы трансляции 1. Инициация (начало) 2. Элонгация (удлинение) 3. Терминация (окончание)

Инициация трансляции м-РНК + малая субъединица рибосомы Последователь- ность Шайна- Дальгарно (лидерная) в м-РНК комплементарна участку р-РНК в малой субъединице

АУГ ф Мет Последовательность Шайна-Дальгарно Инициация

Элонгация АУГ ф Мет

АУГ

Терминация АУГ ф Мет стоп

АУГ М ет

Домашнее задание Биология. Кн. 1. / Под ред. В.Н. Ярыгина с Коничев А.С. Молекулярная биология с. 204 – 277.