Регуляция синтеза белка у прокариот

Общую теорию регуляции синтеза белка у прокариот разработали французские ученые, лауреаты Нобелевской премии Ф. Жакоб и Ж. Моно.

Сущность этой теории сводится к «выключению» или «включению» генов как функционирующих единиц, к возможности или невозможности проявления их способности передавать закодированную в структурных генах ДНК генетическую информацию на синтез специфических белков. Эта теория, доказанная в опытах на бактериях.

У бактерий доказана индукция ферментов (синтез ферментов de novo) при добавлении в питательную среду субстратов этих ферментов. Согласно теории Ф. Жакоба и Ж. Моно, в биосинтезе белка у бактерий участвуют по крайней мере 3 типа генов: структурные гены, ген-регулятор и ген-оператор. Структурные гены определяют первичную структуру синтезируемого белка. Синтез м-РНК на структурных генах молекулы ДНК непосредственно контролируется геном-оператором. Он служит как бы пусковым механизмом для функционирования структурных генов.

Формирование м-РНК, начинается с промотора – участка ДНК, расположенного рядом с геном-оператором и являющегося точкой инициации для синтеза м-РНК. В свою очередь деятельность оперона находится под контролем гена-регулятора. Структурные гены и ген-регулятор расположены в разных участках цепи ДНК, поэтому связь между ними, как предполагают Ф. Жакоб и Ж. Моно, осуществляется при помощи вещества-посредника, оказавшегося белком и названного репрессором. Образование репрессора происходит в рибосомах ядра на матрице специфической м-РНК, синтезированной на гене-регуляторе. Репрессор имеет сродство к гену-оператору и обратимо соединяется с ним в комплекс. Образование такого комплекса приводит к блокированию синтеза мРНК и, следовательно, синтеза белка, т.е. функция гена-регулятора состоит в том, чтобы через белок-репрессор прекращать (запрещать) деятельность структурных генов, синтезирующих мРНК.

Лекция 5. Размножение.

Размножение — способность живых организмов воспроизводить себе подобных, обеспечивая непрерывность и преемственность жизни в ряду поколений.

Типы размножения организмов

Типы и фор­мы размно­жения	Характеристика и примеры
Бесполое	В воспроизведении себе подобного участвует одна родительская особь. Дочерние организмы по генотипу идентичны родительскому. Быстро увеличивается количество особей.
А) Вегета­тивное	Осуществляется частями тела. У прокариот это деление надвое или шизогония.
Б) Спорооб­разование	На материнском организме образуются специализи­рованные клетки — споры, прорастающие в новые особи. Характерно для растений (мхи, хвощи, па­поротники) и некоторых протистов (малярийный плазмодий)
Половой процесс	Обмен или объединение генетической информации особей одного вида без увеличения их количества
А) Конъюга­ция	Две особи сближаются, образуется цитоплазмати­ческий мостик, через который происходит обмен генетическим материалом (частями молекул ДНК у бактерий, микронуклеусами у инфузорий)
Б) Копуляция	Происходит объединение генетической информации двух особей — слияние половых клеток, в которые преобразуются протисты на определенном этапе развития
Половое размно­жение	Происходит образование специализированных по­ловых клеток (гамет) и последующее их слияние с образованием зиготы, из которой развивается новый организм. Наблюдается у многоклеточных
А) Партено­генез	Развитие нового организма из яйцеклетки без опло­дотворения (у пчел, скальных ящериц)

Способы деления клеток

Прокариоти­ческие: прямое бинарное деление

Эукариотические:

Митоз — большинство соматических клеток (образу­ются диплоид­ные соматичес­кие клетки)

Мейоз — специализиро­ванные сомати­ческие клетки половых желез (образуются гап­лоидные поло­вые клетки)

Амитоз — соматические клетки, находящиеся в неблагоприятных условиях (образуются диплоидные соматические клетки)

Амитоз, прямое деление ядра клетки. Амитоз впервые был описан немецким биологом Р. Ремаком (1841); термин предложен гистологом В. Флеммингом (1882).

При Амитоз- так называемое прямое деление ядра клетки, ядерная оболочка и ядрышки не разрушаются, веретено деления в ядре не образуется, хромосомы остаются в рабочем (деспирализованном) состоянии т.е. хромосомы не выявляются и равномерного распределения их не происходит., Ядро делится на две относительно равные части без образования ахрматинонового аппарата. На этом деление может закончится, и возникает двух ядерная клетка; иногда перешнуровывается и цитоплазма. При повторных Амитоз могут образовываться многоядерные клетки.

Обычно Амитоз следует за эндомитозом.

Эндомитоз (гр. endon - внутри). При эндомитозе после репродукции хромосом деления клетки не происходит. Это приводит к увеличению числа хромосом иногда в десятки раз по сравнению с диплоидным набором, т. е. приводит к возникновению полиплоидных клеток. Эндомитоз встречается в, интенсивно функционирующих клетках различных тканей, на­пример в клетках печени.

Митоз

Митотический цикл — это совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до следующего и заканчивающихся образованием двух диплоидных клеток.

Интерфаза- подготовка клетки к делению:

Включает периоды:

1) пресинтетический (G1).  Синтеза ДНК еще не происходит (2n2c). Клетка активно растет в размерах, запасает вещества, необходимые для деления: белки (гистоны, структурные белки, ферменты), РНК, молекулы АТФ. Происходит деление митохондрий и хлоропластов (т. е. структур, способных к ауторепродукции);

2) синтетический (S). Происходит репликация молекул ДНК (2n4c), идут процессы обмена веществ (синтез РНК, ферментов, АТФ и др.), удваиваются центриоли, клетка выполняет свои функции.

3) постсинтетический (G2). ДНК уже не синтезируется, накапливаются энергия и питательные вещества, продолжается синтез РНК и белков (преимущественно ядерных).

После этого наступает собственно митоз, который состоит из четырех фаз.

Стадии митоза

Процесс митоза принято подразделять на четыре основные фазы: профазу, метафазу, анафазу и телофазу.

В профазе увеличивается объем ядра, и вследствие спирализации хроматина формируются хромосомы. К концу профазы видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид. Постепенно растворяются ядрышки и ядерная оболочка, и хромосомы оказываются беспорядочно расположенными в цитоплазме клетки. Центриоли расходятся к полюсам клетки. Формируется ахроматиновое веретено деления. Содержание генетического материала в клетке остается неизменным (2n4с).

В метафазе хромосомы достигают максимальной спирализации и располагаются упорядоченно на экваторе клетки. Содержание генетического материала не изменяется (2n4с).

В анафазе к аждая хромосома «расщепляется» на две хроматиды (дочерние хромосомы), которые с помощью нитей веретена деления расходятся к противоположным полюсам клетки.Содержание генетического материала в клетке 4n4с.

В телофазе расположившиеся у полюсов хромосомы деспирализуются и становятся плохо видимыми. Вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах образуются ядрышки. Разрушается веретено деления. Одновременно идет деление цитоплазмы. Дочерние клетки имеют диплоидный набор хромосом, каждая из которых состоит из одной хроматиды (2n2с).