Вітаю 10 клас!

Біологія та екологія

Сьогодні 17 січня 2025р.

Тема. Організація спадкового матеріалу еукаріотичної клітини та його реалізація. Гени структурні та регуляторні. 

Пригадайте!

1 Що таке еукаріотична клітина?

2 Де у клітинах еукаріотів зберігається спадкова інформація?

3 Яку будову має хромосома?

Опрацюйте інформацію 

Перегляньте авідео до теми:

 У ядрах більшості  еукаріотичних клітин ДНК перебувають у вигляді хромосом. Хромосоми – це складні структури вищих живих організмів, які складаються з генів, містяться в ядрі і зберігають спадкову інформацію.

     В еукаріотичних організмах ДНК міститься в комплексі з ядерними білками – гістонами. Гістони утворюють «котушки», на які намотується спіраль. Комплекс ядерної ДНК з гістонами називають хроматином. Нитки хроматину, у свою чергу, зібрані у впорядковані петлі. Певні ділянки хроматину прикріпляються до внутрішньої мембрани ядерної оболонки. У ДНК у зашифрованому вигляді записана інформація про всі білки, що синтезуються клітиною. Інформація зберігається у вигляді генетичного коду.

     Ділянка ДНК, яка несе інформацію про амінокислотну послідовність будь-якого білка називається ген. Ген еукаріотичних організмів складається з декількох частин:

·        Промотора – частини, що несе певну сигнальну послідовність нуклеотидів. Яка пізнається ферментом транскрипції РНК-полімеразою;

·        Екзонів – власне кодуюча ділянка гена;

·        Інтронів – ділянки, що не несуть інформацію і згодом видаляються з молекули іРНК;

·        Термінатора – ділянка, що містить сигнальну послідовність про припинення транскрипції РНК-полімеразою (стоп-кодон).

 ДНК яка не несе інформацію про структуру молекул білків або РНК певних типів, не є надлишковою чи «сміттєвою». Не кодуючі послідовності регулюють роботу генів, беруть участь у процесах подвоєння ДНК, розподілу хромосом по дочірніх клітинах і забезпечені автономності й цілісності хромосом.

    Геном – сукупність спадкової інформації у клітинах організму певного виду. Геном  поєднує основні компоненти, якими є гени та нефункціональні послідовності. У геномі еукаріотів є багато послідовностей, що повторюються – геномні повтори. До них, зокрема,  відносять псевдогени, тамденні повтори та мобільні генетичні елементи ( стрибаючі гени).

Особливості реалізації спадкового матеріалу еукаріотичних клітин.

Експресія  генів – процес, за якого спадкова інформація генів використовується для синтезу молекули білка або РНК різних типів.

·        Кінцевий продукт експресії генів є білок;

·        Процес експресії – біосинтез білків;

·        Ген є білковим;

·        Біосинтез РНК називається транскрипція

 Особливості експресії генів у еукаріотичних клітинах

1 Транскрипція РНК

В еукаріотів транскрипція відбувається за допомогою трьох РНК-полімераз, які пізнають власні промотори і транскрибують різні гени. Отже, транскрипцію можна поділити на три основні етапи:

·        Ініціацію(початок)

·        Елонгацію( продовження)

·        Термінацію (закінчення)

Для того, щоб розпочати транскрипцію, усі РНК-полімерази потребують участі низки білків. Вони впізнають послідовності відповідних промоторів, зв’язуються з ДНК і допомагають приєднуватися РНК-полімеразі.

 2 Процесинг із сплайсингом

Молекула про-РНК, яка утворюється під час транскрипції, непридатна до виконання відповідних функцій. Для набуття функціональності вона підлягає дозріванню – процесингу. Виділяють три основні етапи процесингу м-РНК:

1.      Кепування

2.      Сплайсинг

3.      Поліаденилювання

 3 Регуляція експресії генів

Регуляція експресії генів відбувається за допомогою – транскрипційних чинників.

·        Внутрішні чинники (гомони, білки хроматину т.д)

·        Зовнішні чинники (температура, антибіотики, токсини)

1. Гени структурні і регуляторні

Структурні гени.

Структурні гени містять інформацію про будову молекул білків та РНК, які входять до складу органел або цитоплазми клітин. Багато які із цих білків і РНК беруть участь в утворенні структур клітини, що й дало назву цьому типу генів. До цієї групи входять також гени ферментів та речовин, які клітина виділяє у навколишнє середовище (наприклад, слиз або речовини нектару).

Регуляторні гени.

Регуляторні гени теж містять інформацію про структуру молекул білків або РНК. Але їхнє завдання — регулювати роботу структурних генів. Вони можуть її прискорити чи вповільнити. Або й зовсім припинити синтез продукту гена, який клітині на певний час не потрібен. Ці гени можуть діяти на різних етапах синтезу продуктів генів. Вони здатні впливати як на синтез або дозрівання РНК, так і на синтез білка.

1. Регуляція активності генів в еукаріотичній клітині.

Клітини будь-якого еукаріотичного організму містять однакову генетичну інформацію, але під час їхнього розвитку вона реалізується вибірково. Одночасно усі гени, що є в геномі клітин, ніколи не «працюють», тобто активними усі гени водночас ніколи не бувають.

Регуляція активності генів згідно з концепцією оперона характерна лише для генів, розташованих у мітохондріях і пластидах.

Система регуляції ядерних генів є набагато складнішою та різноманітнішою. На різних рівнях реалізації спадкової інформації можливі наступні види регуляції активності генів:

          на рівні хроматину;

          під час транскрипції; під час дозрівання та транспорту РНК;

          під час трансляції;

          після завершення трансляції (пост-трансляційна модифікація);

          за участі малих РНК.

Регуляція на рівні хроматину — може здійснюватися двома способами — структурним і хімічним. Структурна регуляція здійснюється за рахунок пакування певних ділянок ДНК за допомогою білків таким чином, щоб із них не можна було зчитати спадкову інформацію. Так, на хромосомах розрізняють гетерохроматинові (щільно упаковані) та еухроматинові (не щільно упаковані) ділянки. На еухроматинових ділянках транскипція можлива, а на гетерохроматинових — ні. На еухроматинових ділянках згрупована більша кількість кодуючих генів.

  Хімічна регуляція відбувається за рахунок модифікації деяких нуклеотидів у ланцюжках ДНК. Якщо до них приєднується метильний радикал

то зчитування інформації з такої ділянки ДНК стає неможливим. Ще одним способом хімічної регуляції є ацетилювання білків - гістонів, навколо яких намотуються нитки ДНК в хромосомах. Наявність у них додаткової ацетильної групи також робить неможливим зчитування інформації з ділянки.

 

Регуляція на рівні транскрипції відбувається внаслідок взаємодії продуктів регуляторних генів (зазвичай білків) з певними структурами генів: промотором або регуляторними ділянками. Це дозволяє змінювати швидкість роботи генів або «вмикати» чи «вимикати» їх.

  

Регуляція під час дозрівання РНК та трансляції  — після транскрипції відбувається процесинг (дозрівання РНК). Він відбувається в ядрі клітини, коли видаляються інтрони, а екзони комбінуються і з'єднуються один з одним. Під час процесингу відбуваються процеси вирізання інтронів, «зшивання» екзонів (сплайсинг) та додавання певних структур до початку і кінця молекули РНК.

Для більшості генів є можливим альтернативний сплайсинг — отримання кількох можливих варіантів РНК із синтезованої в ході транскрипції молекули. Регуляція під час трансляції відбувається переважно на етапі ініціації. В цей момент різні фактори можуть приєднуватися до мРНК і блокувати синтез білкової молекули, або, навпаки, розпочинати його.

Пост-трансляційна регуляція — це зміна білкової молекули після її утворення в процесі трансляції. Її здійснюють спеціальні білки. Наприклад, білки-шаперони формують просторову будову білка, модифікуючи його вторинну і третинну структури. Інші білки можуть додавати до молекули складних білків небілкову частину (наприклад, гем у молекулі гемоглобіну).

Регуляція за участі малих РНК (РНК-інтерференція) — механізм регуляції, що здійснюється за допомогою малих (20-25 нуклеотидів)

молекул РНК. Основними молекулами є маленькі ядерні РНК (мяРНК) та мікроРНК (мкРНК), які вже після транскрипції можуть вступати у взаємодію із комплементарними послідовностям іРНК та змінювати їхню активність.

Дайте відровідь на запитання:

 Що таке структурні й регуляторні гени?

Навіщо потрібно регулювати роботу генів?

 На яких рівнях відбувається регуляція роботи генів еукаріотів?

Навіщо в еукаріотів стільки рівнів регуляції роботи генів?

     Що таке геном?

      Назвіть компоненти геному еукаріотичних клітин.

     Наведіть приклади особливостей геному еукаріотичних клітин.

   Що таке експресія?

     Що є функціональними продуктами експресії генів?

 Виконайте навчальну гру:

https://wordwall.net/uk/resource/58980565

Домашнє завдання: опрацювати матеріал та виконати завдання на блозі, пр. 26 підручника; знати ключові поняття та терміни.

Виконані завдання надсилайте на Viber!