Регуляция транскрипции и трансляции

В каждой клетке содержится генетическая информация, это известно. Но вся ли генетическая информация о живом организме присутствует в клетке и полностью ли она реализуется? Да, клетка потенциально способна рассказать всё, но реализуется только часть генетической информации. В разных клетках транскрибируются различные участки ДНК, причем в разное время, в зависимости от необходимости.

В чем отличие локализации транскрипции и трансляции в клетках прокариот и эукариот? Транскрипция осуществляется в клеточном в ядре, а трансляция идет на рибосомах в цитоплазме. Поскольку у прокариот нет ядра, оба процесса не разобщены.

Регуляция транскрипции у бактерий

В 1965 году французским исследователям Ф. Жакобу, Ж. Моно и А. Львову была вручена Нобелевская премия за исследования регуляции синтеза белков у бактерий.

1.      Оперон — это группа структурных генов прокариот, кодирующая белки, которые выполняют единую функцию.

2.      Оператор — часть оперона, с которой начинается синтез иРНК. На ней сидит белок-репрессор (подавитель), который не дает РНК-полимеразе начинать синтезировать иРНК. В каком случае белок-репрессор отходит от оператора? Молекула субстрата связывается с белком-репрессором, который отходит от оператора, освобождая дорогу РНК-полимеразе.

3.      РНК-полимераза прокариот садится на специальную «посадочную площадку» в начале оперона — промотор. Промотор — определенная последовательность нуклеотидов ДНК, которую распознает РНК-полимераза.

4.      РНК-полимераза синтезирует иРНК, на базе которой будут транслироваться все необходимые ферменты. Они смогут расщепить субстрат до промежуточных продуктов, а затем до конечного продукта.

5.      После того как весь субстрат превращается в продукт, репрессор освобождается, возвращается на оператор и вновь закрывает путь РНК-полимеразе. Прекращаются транскрипция и трансляция, иРНК и ферменты расщепляются до нуклеотидов и аминокислот.

6.      Могут ли в клетках бактерий вырабатываться ферменты расщепления сахаров в случае, если сахар (субстрат) не добавлен в бактериальную среду? Нет. Ферменты начинают синтезироваться строго после добавления сахара в среду, уже через несколько секунд. Причина в том, что сахар как субстрат снимает белок-реперессор с оператора и открывает путь для РНК-полимеразы, осуществлящей транскрипцию (синтез иРНК) для создания ферментов. Так экономятся АТФ бактерией: нет нужды — нет синтеза!

7.      Есть ли опероны, в которых содержится только один ген? Да. Количество структурных генов зависит от сложности превращений субстрата.

Регуляция транскрипции у эукариот

1.      В чем особенность регуляции транскрипции у эукариот? Эукариоты преимущественно многоклеточные, им присуща система регуляции функций организма с помощью гормонов.

2.      Гормоны производятся железами внутренней секреции, вместе с током крови расходятся по телу, регулируя синтез иРНК и белков исключительно в клетках-мишенях.

3.      Гормоны связываются с белками-рецепторами на мембране, инициируя изменения клеточных белков (ферментов), которые влияют на синтез других белков и транскрипцию определенных генов.

4.      Гормоны активируют определенные гены через систему посредников — белков (ферментов). Например, гормон адреналин запускает синтез ферментов (посредников), которые расщепляют содержащийся в мышцах гликоген до глюкозы. Инсулин, напротив, определяет синтез гликогена из глюкозы в печени.

5.      Все ли иРНК транслируются в одно время? Нет, трансляция возможна в разное время. Связь с определенными белками после гормонального сигнала определяет их трансляцию. Если сигнала нет, иРНК останутся нетранслированными.