Ген-оператор структурные гены

Конспект лекции № 5.

Тема. Регуляция биосинтеза белка. Понятие о гомеостазе. Понятие о точковых мутациях.

Многоклеточный организм человека возникает при слиянии сперматозоида и яйца в единственную клетку – зиготу, содержащую 46 хромосом. Затем из зиготы, путем митотического деления, вырастает полноценный организм из огромного числа разнообразных клеток. В ядре каждой их этих десятков триллионов клеток есть все те же 46 хромосом (46 молекул нуклеопротеидов). При этом последовательность нуклеотидов в ДНК ядра зиготы и ДНК ядра любой клетки (печени, кожи, мозга) одинаковы. Но тогда возникает вопрос, почему клетки нашего организма не похожи друг на друга и почему они выполняют разные функции.

Серьезный шаг по решению этой проблемы был сделан Жакобом и Моно. Они выдвинули гипотезу о том, что у бактерий гены (участки молекулы ДНК, несущие элементарную функционально значимую информацию) работают в клетке не одновременно. Большую часть времени большая часть генов выключена "отдыхает", небольшая часть генов включена "работает". Главный механизм включения и выключения генов Жакоб и Моно связали с понятием о генах-операторах, белках репрессорах и индукторах.

По гипотезе Жакоба-Моно, перед обычным структурным геном находится ген-оператор, обеспечивающий фиксацию фермента РНК-полимеразы (участок для непосредственного присоединения РНК полимеразы называется промотор) и начало транскрипции. Обычно, с геном-оператором связан белок-репрессор и в таком состоянии фермент РНК-полимераза не может связаться с геном оператором и начать считывать информацию структурных генов ДНК (рис. 1).

Рисунок 1. Выключенное (исходное) состояние структурных генов.

Ген-оператор структурные гены

───────────────|───────────────────────

───┬═══════════|───────────────────────

└───────────┘ - белок-репрессор

│ │ │

╚════════╩═╝ - РНК-полимераза

Чтобы начать процесс считывания информации (транскрипцию), надо освободить ген-оператор от белка-репрессора. Роль "освободителя" берет на себя молекула-индуктор (дерепрессор). Индуктор связывается с белком-репрессором и отрывает его от гена-оператора (рис. 2 а и 2 б).

Рисунок 2 а. Связывание индуктора с белком-репрессором.

Ген-оператор структурные гены

───────────────|───────────────────────

───┬═══════════|───────────────────────

╞═══════════╡ - белок-репрессор

└───────────┘ - индуктор

│ │ │

╚════════╩═╝ - РНК-полимераза

Рисунок 2 б. Освобождение гена-оператора от белка-репрессора (дерепрессия).

ген-оператор структурные гены

───────────────|───────────────────────

───────────────|───────────────────────

┌───────────┐ - белок-репрессор

╞═══════════╡

└───────────┘ - индуктор

│ │ │

╚════════╩═╝ - РНК-полимераза

Теперь ген-оператор свободен и к нему прикрепляется фермент РНК-полимераза, начиная транскрипцию – синтез м-РНК. Структурные гены включаются, и начинается транскрипция и трансляция (рис. 3).

Рисунок 3. Структурные гены включены, идет биосинтез белка.