Молекулярные механизмы экспрессии генов у эукариот

1.

Молекулярные механизмы
экспрессии генов у эукариот

2.

Введение
• 1. Понятие о гене
2. Как устроены гены эукариот
• 3. Экзоны и интроны
4. Роль интронов
• 5. Понятие об экспрессии генов
• 6. Молекулярные механизмы экспрессии генов
• 7. Этапы Экспрессии генов
• 8. Пространственная организация экспрессии эукариот
• 9. Претранскрипционный этап
• 10. Транскрипция
• 11. Общий принцип регуляции экспрессии генов у эукариот
• 12. Уровни организации и функционирования регуляции экспрессии генов
• 13. Зачем нужна регуляция экспрессии генов

3.

Понятие о гене
• Ген — функционально неделимая единица генетического материала. Это
участок молекулы ДНК, который кодирует последовательность,
первичную структуру либо полипептида, либо молекулы РНК
(транспортной, рибосомной). 1
• Проще говоря, ген определяет потенциальную возможность развития у
организма некоего элементарного признака

4.

Как устроены гены эукариот
• Гены эукариот устроены следующим образом: кодирующая
последовательность гена чаще всего разделена на транслируемые
участки — экзоны, и нетранслируемые участки — интроны.

5.

Экзоны и интроны
• Экзоны – это кодирующие последовательности ДНК генов эукариот,
представленные в зрелой молекуле РНК.
• Интроны — участки ДНК, копии которых удаляются из первичного
транскрипта и отсутствуют в зрелой РНК. Они характерны для генов
эукариот. 1

6.

Роль интронов
• Роль интронов заключается в следующем:
• Формирование разнообразия белков. Чтобы сделать из гена белок, информация с ДНК переписывается
в молекулу-переносчик РНК. При этом интроны вырезаются, а экзоны соединяются, но порядок их
соединения может быть разным. 1
• Регуляция экспрессии генов. Интроны являются важнейшей частью регуляции экспрессии генов. В том
числе обеспечивают альтернативный сплайсинг, который широко используется для получения
множества вариантов белка из одного гена. 2
• Экономия клеточных ресурсов. Было показано, что клетки дрожжей без интронов хуже переживают
голод. Интроны блокировали ферменты, которые синтезировали РНК. В условиях голода это позволяло
экономить клеточные ресурсы. 1

7.

Понятие об экспрессии генов
• Экспрессия генов — это процесс, в ходе которого наследственная
информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК)
преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок

8.

Молекулярные механизмы экспрессии генов
• Молекулярные механизмы экспрессии генов включают несколько этапов:
• Инициация транскрипции. Происходит под влиянием промоторов и других управляющих элементов, а
также специфических белков — факторов транскрипции. Они взаимодействуют с определёнными
последовательностями в пределах управляющих областей гена и определяют пространственную и
временную схему экспрессии гена.
• Транскрипция. Процесс считывания генетической информации с молекулы ДНК и копирование её на
молекулу иРНК.
• Процессинг. В процессе созревания иРНК специальные ферменты вырезают интроны и сшивают
оставшиеся участки — экзоны.
• Сплайсинг. После сплайсинга результирующая мРНК (содержащая центральный сегмент,
соответствующий кодирующей части гена) перемещается из ядра в цитоплазму клетки, где мРНК
транслируется в аминокислотную последовательность закодированного полипептида

9.

Этапы экспрессии генов

10.

Пространственная организация экспрессии эукариот

11.

Претранскрипционный этап
• Претранскрипционный этап экспрессии генов — это активация гена, при
которой происходит присоединение РНК-полимеразы к промотору и
раскручивание участка ДНК («освобождение» кодогенной цепи)

12.

Транскрипция
• Транскрипция у эукариот — это процесс копирования генетической
информации, хранящейся в ДНК, в единицы переносимой
комплементарной копии РНК.
• Процесс происходит внутри ядра, где ДНК упакована в нуклеосомы и
структуры хроматина более высокого порядка.
• Эукариотическая транскрипция протекает в три последовательные
стадии: инициация, удлинение (элонгация) и терминация.

13.

Общий принцип регуляции экспрессии
генов у эукариот
• Общий принцип регуляции экспрессии генов у эукариот заключается в
возможности её осуществления не только на стадии транскрипции, но и
на других этапах процесса реализации наследственной информации.

14.

Уровни организации и функционирования
регуляции экспрессии генов
• Уровни регуляции экспрессии генов:
• Генный уровень. Связан с изменением количества
или локализации генов, контролирующих данный
признак.
• Транскрипционный уровень. Определяет, какие и
сколько РНК должны синтезироваться в данный
момент.
• Трансляционный уровень. Обеспечивает отбор
иРНК, транслирующихся на рибосомах.
• Функциональный уровень. Связан с
аллостерической регуляцией активности
ферментов.

15.

Зачем нужна регуляция экспрессии генов
• Регуляция экспрессии генов нужна, чтобы позволить клеткам
контролировать собственную структуру и функцию. Это является основой
дифференцировки клеток, морфогенеза и адаптации.
• Также регуляция экспрессии генов повышает универсальность и
адаптивность организма, позволяя клетке экспрессировать белок, когда
это необходимо.