Биология 10 класс (Урок№8 - Работы генов прокариот и эукариот. Вирусы.Генная и клеточная инженерия.)

Биология 10 класс Урок№8 - Работы генов прокариот и эукариот. Вирусы. Генная и клеточная инженерия. мы узнаем: - почему клетки разных тканей различаются по функциям. - как происходит регуляция и-РНК у прокариот. - что такое оперон и какие гены в него входят. - какую роль играют гормоны в регуляции транскрипции и трансляции у человека. - какое влияние оказывают вирусы на организм и как они паразитируют. - какие задачи стоят перед клеточной и генной инженерией; мы научимся: - объяснять процессы трансляции и транскрипции, происходящие в клетках бактерий; - определять сходство и разнообразие форм вирионов; мы сможем: - применять знания о транскрипции и трансляции на практике; - находить информацию о перспективах клеточной и генной инженерии, и о применении этих знаний в медицине, сельском хозяйстве и промышленности. 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).