скачати

Download Report

Transcript скачати

Лекція 12. Регуляція експресії генів.
Репарація ДНК. Мутації. Генна інженерія
Регуляція біосинтезу білка у прокаріот за теорією Жакоб і Моно.
Особливості біосинтезу білка у людини (ампліфікація, рекомбінація
генів). Інгібітори білкового синтезу: антибіотики, інтерферони, токсини
та їх медичне застосування. Мутації: класифікація, характеристика та
значення генних (точкових) мутацій. Поняття про мовчазні та летальні,
міссенс- та нонсенс мутації.
Репарація ДНК. Рекомбінантні ДНК. Поняття про генну інженерію.
Експресія генів - процес реалізації
інформації, закодованої в генах,
що складається з
транскрипції та трансляції.
Регуляція експресії генів у прокаріотів –
теорія оперона Жакоба і Моно (1960)
Оперон – комплекс генетичних елементів, що відповідають за
•
•
•
•
координований синтез функціонально зв’язаних білківферментів
Промотор (Р) – сайт ДНК, до якого приєднується РНК-полімераза
Оператор (О) – сайт ДНК, до якого приєднується білок-репресор
Структурні гени (S) – гени, що кодують синтез білків-ферментів
Термінатор (Т) – сайт ДНК, що приєднує ро-фактор
Ген-регулятор – кодує синтез білка-репресора. Не входить до
складу оперону
оперон
Ген………
регулятор
……
мРНК
репресор
Р
О
S1
S2
S3
Т
Lac-оперон Е.соli:
• контролює синтез ферментів катаболізму
лактози - β-галактозидази, пермеази,
трансацетилази
• індуктором експресії цих генів виступає
лактоза
1. Lac-оперон у стані репресії
Lac-оперон
Транскрипція генів S1, S2, S3
заблокована
2. Lac-оперон у стані індукції
3. Lac-оперон повернувся у стан репресії
Регуляція експресії генів у еукаріот –
багаторівнева!!!
• на рівні структурної організації геному
• на рівні транскрипції
• на рівні трансляції
Метод ПЛР
1
Фактори ПЛР:
•
•
•
•
•
ДНК-матриця
2 праймера
дАТФ, дГТФ, дЦТФ,ТТФ
ДНК-полімераза (Taq-полімераза)
Мg2+
Етапи ПЛР:
1. Плавлення: денатурація ДНК
(роз’єднання ланцюгів) при 90100оС
2. Віджиг: гібридизація ланцюгів
ДНК з праймерами при 50-60оС
3. Елонгація: синтез дочірніх
ланцюгів Taq-полімеразою
2
3
Мутації – кількісні або якісні зміни генотипу організму
Класифікація:
За причиною: спонтанні та індуковані
За характером:
1. Геномні – зміна кількості хромосом
• Поліплоїдії
• Гетероплоїдії
2. Хромосомні – зміна структури хромосом
•
•
•
•
•
(хромосомні аберації)
транспозиція – перенесення гену (генів) в
межах одної хромосоми
транслокація – перенесення гену (генів) в
іншу хромосому
делеція - втрата ділянки хромосоми
дуплікація - подвоєння ділянки хромосоми
інверсія - поворот ділянки хромосоми на 1800
3. Генні (точкові мутації) – кількісні та якісні зміни нуклеотидів в
межах одного гена.
Види:
1. Заміни нуклеотидів:
• транзиції: піримідиновий нуклеотид → на піримідиновий (Т↔Ц).
пуриновий нуклеотид → на пуриновий (А↔Г).
• трансверзії: пуриновий нуклеотид → на піримідиновий.
піримідиновий нуклеотид → на пуриновий.
2. Зміна кількості нуклеотидів:
• вставки – додавання зайвих нуклеотидів
• делеції – випадіння нуклеотидів
3. По відношенню до рамки зчитування
• із “зсувом рамки” – вставка/ втрата нуклеотидів в кількості некратній 3
(триплету)
• без “зсуву рамки” – вставка/ втрата нуклеотидів в кількості кратній 3
(триплету)
Результати точкових мутацій:
Мовчазні - сенс кодону не змінюється (відсутність змін в білку)
Міссенс-мутація: заміна однієї амінокислоти на іншу в поліпептиді
Нонсенс-мутація: заміна змістовного кодону на стоп-кодон,
передчасна термінація синтезу білку
Наслідки точкових мутацій:
• мовчазні мутації – без наслідків
• поліморфізм білків (гемоглобін S)
• молекулярні хвороби
• летальні мутації (не синтезуються життєво важливі білків)
УФО
Тиміновий димер
Дезамінування
цитозину в урацил
Утворення
циклобутанових кілець конденсація
дезоксирибоз
Репарація ДНК – відновлення первинної структури ДНК
за участю ферментних систем:
Ендонуклеаза –
видаляє «помилки»
β-ДНК-полімераза
синтезує латку комплементрану
непошкодженому ранцюгу ДНК
ДНК-лігаза зшиває ланцюг
ДНК
УФ-специфічна
ендонуклеаза
видаляє тимінові
димери (ТТ)!!!
Репарація дезамінування цитозину
1. Видалення урацилу:
урацил-ДНК-глікозидаза
розщеплює N-глікозидний
зв’язок між урацилом та
дезоксирибозою
2. Ендонуклеаза розщеплює
ланцюг ДНК зліва від
апіримідинової ділянки.
3. ДНК-полімераза β вбудовує
правильний нуклеотид
4. ДНК-лігаза зшиває розрив в
ланцюгу ДНК
Генна інженерія (технологія рекомбінантних ДНК) –
сукупність технологій виділення та перенесення генетичного
матеріалу від одного організму в інший, забезпечення
спадковості та експресії нових генів.
Створення
молекулярних химер –
мікроорганізмів,
що містять гени людини
Отримання інсуліну,
гормону росту, соматостатину,
противірусного інтерферону,
цитокінів та факторів росту
(еритропоетину),
факторів системи гемостазу
Трансплантація генів –
вбудова генів в геном людини
Лікування спадкових хвороб
(таласемій, гемоглобінозів,
ензимопатій),
цукрового діабету,
атеросклерозу
Конструювання рекомбінантної ДНК
1
3
2