Затем пройти по ссылке и посмотреть видеоролики

Предлагается изучить раздел «Работы генов прокариот и эукариот. Вирусы. Генная и клеточная инженерия»

Теоретический материал. Прошу внимательно ознакомиться с текстом.

Затем пройти по ссылке и посмотреть видеоролики.

https://resh.edu.ru/subject/lesson/3939/main/105169/

Ген – это фрагмент молекулы ДНК, содержащий регуляторные элементы и структурную область, и соответствующий одной единице транскрипции, которая определяет возможность синтеза полипептидной цепи или молекулы РНК.

Ген прокариот называется опероном, в его состав входят два основных участка:

· регуляторный (неинформативный),

· структурный (информативный).

У прокариот на долю регуляторных элементов приходится около 10 %, структурных – 90 %.

Структурная область гена прокариот (единицы транскрипции) может быть представлена одним кодирующим участком, который называется цистроном, либо несколькими кодирующими участками (полицистронная единица транскрипции). В структурной зоне при помощи генетического кода закодирована информация о последовательности аминокислот белка. Со структурной области считывается иРНК. При наличии у прокариот полицистронной единицы транскрипции на одном структурном участке одновременно может синтезироваться несколько разновидностей иРНК. К регуляторным элементам генов прокариот относятся участки, управляющие работой гена:

· промотор,

· оператор,

· терминатор.

Промотор определяет начало транскрипции (участок инициации). С промотором соединяется фермент РНК-полимераза, осуществляющий синтез мРНК. Другой элемент, управляющий процессом транскрипции, – оператор, который располагается поблизости от промотора или внутри него. Этот участок может быть свободным, тогда РНК-полимераза соединяется с промотором и начинается транскрипция. Если оператор связан с белком-репрессором, РНК-полимераза не может нормально соединиться с промотором, и транскрипция невозможна. Следующий регуляторный элемент – терминатор – находится за структурной областью и содержит сигнальный участок остановки транскрипции.

Механизм функционирования системы регуляции синтеза белка был открыт в 1962 году Жакобом и Моно при исследовании культивирования кишечной палочки в лактозной среде и назван lac-опероном.

Упрощённо этот механизм может быть описан следующим образом. На основе информации гена-регулятора синтезируется белок-репрессор; если он активный, он связывается с геном-оператором, перекрывая путь для РНК-полимеразы – процесс трансляции и последующего синтеза белка выключается (запрещается). Если появляется индуктор (например, лактоза в lac-опероне), он присоединяется к белку-репрессору, приводя его в неактивное состояние. Оператор становится активным и включает процесс считывания информации со структурных генов – разрешает трансляцию. Происходит считывание информации с ДНК, начинается синтез необходимого белка – фермента (например, фермента, расщепляющего лактозу в lac-опероне).

Это только один из возможных механизмов регуляции активности генов у прокариот, который называется запрещающей индукцией.

Строение генов у эукариот намного сложнее. Генетическая система эукариот называется транскриптоном. Транскриптон также состоит из двух частей:

· регуляторной (неинформативной),

· структурной (информативной),

относительная пропорция которых противоположна генам прокариот: на долю регуляторного участка приходится 90 %, структурного – 10 %.

Регуляторный участок представляет собой ряд последовательно расположенных промоторов и операторов и несколько терминаторов. Структурный участок состоит из одной единицы транскрипции и имеет “прерывистое” строение: кодирующие участки (экзоны) чередуются с некодирующими (интронами). Одномоментно на структурном участке у эукариот может синтезироваться только одна молекула иРНК, однако благодаря наличию альтернативного сплайсинга в разное время (в зависимости от потребности клетки) на одной и той же структурной части могут синтезироваться разные виды иРНК (от одной до нескольких десятков).

Строение вируса

Пользуясь интерактивной схемой, изучите строение вирусов и их механизмы заражения клеток.

Интерактивная схема «Генная инженерия»

Изучите процесс получения инсулина, рассмотрите рисунки, нажмите на карточку и прочтите текст.

 

 

Выдающимся достижением учёных-генетиков по праву можно назвать разработку технологии производства искусственного инсулина. После того, как удалось определить строение молекулы этого гормона, состав и последовательность аминокислот в ней, стало возможным провести искусственный синтез молекулы инсулина. Но для промышленного производства этот синтез, включающий 170 химических реакций, оказался неприемлемым из-за сложности и дороговизны. Далее исследования были направлены на разработку биологического синтеза инсулина в клетках микроорганизмов. По уже известной последовательности аминокислот в молекуле инсулина была рассчитана последовательность нуклеотидов в гене, кодирующем этот белок. «Вырезание» генов проводят с помощью специальных «генетических ножниц», ферментов – рестриктаз.

 

«Вшивание» гена в вектор – плазмиду, с помощью которого ген вводится в бактерию. «Вшивание» осуществляется с помощью другой группы ферментов – лигаз.

 

 

Введение вектора в бактерию (трансформация). После добавления к гену необходимых регуляторных элементов и переноса конструкции в генетический материал бактерии стало возможным производить инсулин в неограниченных количествах. На последнем этапе отбираются те бактерии, в которых введённые гены успешно работают (скрининг).

Излюбленный объект генных инженеров – кишечная палочка, бактерия, живущая в кишечнике человека. Именно с её помощью получают инсулин, который раньше получали из поджелудочных желёз коров и свиней, гормон роста – соматотропин, белок интерферон, помогающий справиться с вирусной инфекцией.

Практические задания

Задание 1.

Вирусы

Заполните пропуски в тексте.

Вирусы являются _________ внутриклеточными паразитами, т. е. могут функционировать, попав внутрь бактериальной и __________ клетки. Отдельные вирусные частицы представляют собой симметричные тела, состоящие из повторяющихся элементов. Внутри каждого вируса находится ___________ материал, представленный молекулами ДНК и РНК.

облигатными, эукариотической, прокариотической,     генетический.

 

 

Задание 2