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 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

Ген-регулятор

……………

Р О S1 S2 S3 Т

оперон

мРНК

репресор

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

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 90-100оС

2. Віджиг: гібридизація ланцюгів ДНК з праймерами при 50-60оС

3. Елонгація: синтез дочірніх ланцюгів Taq-полімеразою

1

3

2

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)

Тиміновий димер

Дезамінування цитозину в урацил

Утворення циклобутанових кілець - конденсація дезоксирибоз

УФО

Репарація ДНК – відновлення первинної структури ДНК за участю ферментних систем:

УФ-специфічна ендонуклеаза видаляє тимінові димери (ТТ)!!!

Ендонуклеаза – видаляє «помилки» β-ДНК-полімераза синтезує латку комплементрану непошкодженому ранцюгу ДНК ДНК-лігаза зшиває ланцюг ДНК

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

23