Лактозный оперон Подготовил: Проверил:. Введение Группы генов Строение гена Виды оперонов Лактозный оперон. Схема строения lac-оперона Структурные гены. - презентация

1 Лактозный оперон Подготовил: Проверил:

2 Введение Группы генов Строение гена Виды оперонов Лактозный оперон. Схема строения lac-оперона Структурные гены участвующие в метаболизме лактозы Негативная регуляция транскрипции lac-оперона Позитивная регуляция транскрипции lac-оперона Схема позитивной регуляции транскрипции лактозного оперона Транскрипция Вывод

3 Первым и главным элементом контроля реализации потока генетической информации на пути от ДНК к белку у всех организмов является контроль на уровне транскрипции. Регуляция транскрипции у прокариот обычно охватывает группу генов, кодирующих функционально родственные белки, участвующие в осуществлении связанных между собой химических превращений в клетке. Такими белками обычно являются ферменты. Группа согласовано регулируемых генов, кодирующих эти ферменты, называется опероном.

4 Все гены организма можно разделить на две большие группы: структурные (конститутивные) и функциональные (индуцибельные). Конститутивныегены Конститутивные гены постоянно включены: они функционируют на всех стадиях онтогенеза и во всех тканях. К конститутивным относятся гены, кодирующие тРНК, рРНК, ДНК-полимеразы, РНК-полимеразы, белки- гистоны, белки рибосом и т.д. Это гены без которых клетки не могут существовать. Индуцибельныегены индукциейрепрессией молекулярно-генетическиесистемы управления. Индуцибельные гены функционируют в разных тканях на определенных этапах онтогенеза, они могут включаться и выключаться, их активность может регулироваться по принципу «больше или меньше». Это тканеспецифичные гены, которые часто являются несущественными. Включение индуцибельных генов называется индукцией, а выключение – репрессией. Регуляцию активности генов производят молекулярно-генетические системы управления. Все гены организма можно разделить на две большие группы: структурные (конститутивные) и функциональные (индуцибельные). Конститутивныегены Конститутивные гены постоянно включены: они функционируют на всех стадиях онтогенеза и во всех тканях. К конститутивным относятся гены, кодирующие тРНК, рРНК, ДНК-полимеразы, РНК-полимеразы, белки- гистоны, белки рибосом и т.д. Это гены без которых клетки не могут существовать. Индуцибельныегены индукциейрепрессией молекулярно-генетическиесистемы управления. Индуцибельные гены функционируют в разных тканях на определенных этапах онтогенеза, они могут включаться и выключаться, их активность может регулироваться по принципу «больше или меньше». Это тканеспецифичные гены, которые часто являются несущественными. Включение индуцибельных генов называется индукцией, а выключение – репрессией. Регуляцию активности генов производят молекулярно-генетические системы управления.

5 Группы генов по функциям Группы генов по функциям Структурные (конститутивные) (белки ферменты, гистоны, последовательность нуклеотидов в РНК) Гены –модуляторы: ингибиторы, интенсификаторы, интеграторы, модификаторы. Функциональные (индуцибельные) Гены – регуляторы, регулирующие работу структурных генов.

6 Структурная часть гена Промотор Начало транскрипции Старт-кодон Стоп - кодон Терминатор транскрипции Строение гена Строение гена Участок связывания фермента РНК- полимеразы (место начала транскрипции) Участок, кодирующий последовательность аминокислот в молекуле белка. Триплет ТАЦ в ДНК и АУГ в РНК иницирующий начало синтеза белка Триплеты – бессмысленные кодоны на которых завершается трансляция Участок, сигнализирующий о прекращении транскрипции

7 Оперон Оперон это тесно связанная последовательность структурных генов, определяющих синтез группы белков, которые участвуют в одной цепи биохимических преобразований. К наиболее хорошо изученным оперонам бактерий относят: Лактозныйlacоперон Лактозный (lac)-оперон Галактозныйgalоперон Галактозный (gal)-оперон Триптофановыйtrpоперон Триптофановый (trp)-оперон Рассмотрим механизмы регуляции активности генов на примере лактозного оперона кишечной палочки. Оперон Оперон это тесно связанная последовательность структурных генов, определяющих синтез группы белков, которые участвуют в одной цепи биохимических преобразований. К наиболее хорошо изученным оперонам бактерий относят: Лактозныйlacоперон Лактозный (lac)-оперон Галактозныйgalоперон Галактозный (gal)-оперон Триптофановыйtrpоперон Триптофановый (trp)-оперон Рассмотрим механизмы регуляции активности генов на примере лактозного оперона кишечной палочки.

8 Оперон Оперон – участок бактериальной хромосомы, включающий следующие участки ДНК: Р – промотор, О – оператор, Z, Y, А – структурные гены, Т –терминатор. (В состав других оперонов может входить до 10 структурных генов.) Промотор Промотор – место присоединения РНК- полимеразы. Оператор Оператор – участок оперона, к которому присоединяются белки- репрессоры или активаторы транскрипции. Структурныегены Структурные гены – гены кодирующие ферменты, участвующие в метаболизме лактозы. Терминатор Терминатор служит для отсоединения РНК-полимеразы после окончания синтеза иРНК, соответствующей ферментам Z, Y, А, необходимым для усвоения лактозы. Оперон Оперон – участок бактериальной хромосомы, включающий следующие участки ДНК: Р – промотор, О – оператор, Z, Y, А – структурные гены, Т –терминатор. (В состав других оперонов может входить до 10 структурных генов.) Промотор Промотор – место присоединения РНК- полимеразы. Оператор Оператор – участок оперона, к которому присоединяются белки- репрессоры или активаторы транскрипции. Структурныегены Структурные гены – гены кодирующие ферменты, участвующие в метаболизме лактозы. Терминатор Терминатор служит для отсоединения РНК-полимеразы после окончания синтеза иРНК, соответствующей ферментам Z, Y, А, необходимым для усвоения лактозы.

9 Регуляторная область Полицистронная единица транскрипции lac ZlacYlac A АктиваторПромотор Оператор Спейсеры Нетраслируемая 5 ʹ - последовательность Точка терминации транскрипции 3ʹ3ʹ 5ʹ5ʹ 5ʹ5ʹ 3ʹ3ʹ

10 Структурные гены участвующие в метаболизме лактозы Ген lac ZГен lac A Ген lac Y Кодирует фермент β- галактозидазу, расщепляющий β- галактозиды, в частности лактозу, с образованием моносахарида – глюкозы. Кодирует β- галактозидтрансферазу (пермеазу), фермент необходимый для проникновения β- галактозидов через клеточную мембрану. Кодирует фермент β- галактозидтрансацетил азу, функциональная роль которого до конца не выяснена.

11 Оператор – это область с которой взаимодействует белок-репрессор. Сам lac-репрессор является продуктом экспрессии соответствующего гена (i-гена) и содержится у E. coli в количестве не более 10 молекул на 1 клетку. Активная форма lac-репрессора представляет собой гомотетрамер, который связывается с зоной оператора и блокирует действие РНК-полимеразы. Такая негативная регуляция транскрипции наблюдается при достаточной концентрации глюкозы в клетке и в отсутствии избытка лактозы. Оператор – это область с которой взаимодействует белок-репрессор. Сам lac-репрессор является продуктом экспрессии соответствующего гена (i-гена) и содержится у E. coli в количестве не более 10 молекул на 1 клетку. Активная форма lac-репрессора представляет собой гомотетрамер, который связывается с зоной оператора и блокирует действие РНК-полимеразы. Такая негативная регуляция транскрипции наблюдается при достаточной концентрации глюкозы в клетке и в отсутствии избытка лактозы.

12 При избытке лактозы её молекулы связываются с субъединицами репрессора с образованием репрессор- индукторного комплекса, в котором индуктор (лактоза) выступает в роли аллостерического регулятора, изменяющего конформацию белка- репрессора, что ведёт к инактивации последнего. У инактивированного репрессора резко снижается сродство к зоне оператора, в результате чего репрессор отсоединяется от промотора, открывая «вход» для РНК-полимеразы. Вслед за этим начинается транскрипция оперона, а затем и синтез ферментов, метаболизирующих лактозу.

13 Ген-регулятор иРНК-полимераза Оператор Структурный ген транскрипция иРНК трансляция Лактоза действует как индуктор Комплекс индуктора с репрессором, неспособный связаться с оператором Глюкоза + галактоза β - галактозидаза фермент Схема позитивнойрегуляции транскрипции лактозногооперона Схема позитивной регуляции транскрипции лактозного оперона Лактоза репрессор Рассмотрим механизм регуляции синтеза белка на примере работы лактозного оперона молочнокислых бактерий

14

15 Работа оперона молочно-кислых бактерий происходит в результате деятельности белка репрессора и факторов внешней среды (наличие или отсутствие индуктора) Как происходит работа оперона молчно-кислых бактерий? Как действуют гены в работе оперона? Процесс расщепления лактозы происходит в ходе взаимодействия генов, входящих в оперон и гена регулятора.