56. Регуляція експресії генів. Генетичні рекомбінації. Мутації.

Експресія генів - процес реалізації інформації, закодованої в генах,Експресія генів - процес реалізації інформації, закодованої в генах,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 білків-ферментів.

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.

Lac-оперон Е.соli:контролює синтез ферментів катаболізму лактози - β-галактозидази, пермеази, трансацетилази,індуктором експресії цих генів виступає лактоза.

Регуляція експресії генів у еукаріот – багаторівнева:

на рівні структурної організації геному

на рівні транскрипціїна рівні трансляції.

Генетичні рекомбінації – це обмін фрагментами ДНК між різними генами або об’єднанням генів із різних біологічних джерел з утворенням нових хромосомних структур, здатних до реплікації і генетичної експресії.

Генетичні рекомбінації включають ферментативні процеси „розрізання” молекул реципієнтних ДНК за участю специфічних ДНК-аз та включення в молекулу ДНК чужорідних полінуклеотидних фрагментів з іншої хромосоми – транспозонів; зшивання фрагментів ДНК – лігазами завершує процес перенесення гена.

До генетичних рекомбінацій у прокаріотів належать:

- трасформація– процес включення в геном реципієнтного мікроорганізму ДНК з донорської загиблої клітини того ж виду;

- трансдукція- перенесення бактеріофагом фрагмента ДНК інфікованої клітини в склад геному іншого реципієнтного мікроорганізму;

- кон’югація– процес статевого розмноження, що має місце у деяких видів бактерій і полягає у перенесенні фрагмента ДНК з донорської (F+) до реципієнтної (F-)клітини.

Мутації – зміни генетичної програми ДНК клітин, що призводять до зміни спадкових властивостей внаслідок кількісних та якісних змін у генотипі організму.

Мутації можуть бути спонтанними, викликаними різними природними факторами та індукованими, спричиненими штучними факторами.

Залежно від змін у структурі генетичного апарату організму мутації поділяють на:

- геномні – зміна кількості повного набору хромосом або окремих хромосом у диплоїдному наборі, що призводить до важких хромосомних хвороб людини;

- хромосомні – пов’язані з структурними змінами певних хромосом (хромосомні аберації) внаслідок переміщення, втрати, або дуплікації окремих фрагментів хромосомної ДНК.

Хромосомні мутації поділяють на:

- транспозиції – перенесення фрагмента ДНК в іншу ділянку хромосоми;

- транслокації – перенесення ділянки однієї хромосоми на іншу хромосому;

- інверсії – зміна в певній ділянці хромосоми послідовності генів (азотистих основ) на іншу, зворотну послідовність;

- делеції – випадіння певних ділянок хромосоми (фрагментів ДНК);

- дуплікації – подвоєння певних ділянок хромосом;

генні (точкові) – зміни в структурі геному, що полягають в порушенні послідовності азотистих основ (нуклеотидів), які складають первинну структуру ДНК. Генні мутації поділяють на такі типи:

- заміни нуклеотидів – найбільш поширені генні мутації, до яких належать:

а) транзиції – заміна пар основ;

б) трансверзії – заміна одного типу азотистих основ на інший, тобто пурину на піримідин або навпаки;

- делеції або випадіння однієї пари або групи пар основ у ланцюгу ДНК (відповідних нуклеотидів);

- вставки (вбудування) в ланцюг ДНК пари або групи пар основ (нуклеотидів). Кожен вид мутацій викликає різні фенотипічні наслідки (табл.8.3.).

Мутація може бути мовчазною, якщо триплет, в якому знаходиться змінений нуклеотид, із - за виродженності коду шифрує включення у білок цієї ж амінокислоти, що і вихідний кодон. Білок у цьому випадку ідентичний вихідному. Може відбутися заміна однієї амінокислоти на іншу місенс – мутація, яка робить білок менш ефективним.

Може виникати один із термінуючих кодонів: УАА, УАГ, УГА – нонсенс мутація, біосинтез білка припиняється на цьому кодоні і утворюється укорочений білок.