Оперонные системы регуляции. Лактозный оперон

Содержание

Слайд 2

Содержание

Введение
Группы генов
Строение гена
Виды оперонов
Лактозный оперон.
Схема строения lac-оперона
Структурные гены участвующие в метаболизме

Содержание Введение Группы генов Строение гена Виды оперонов Лактозный оперон. Схема строения
лактозы
Негативная регуляция транскрипции lac-оперона
Позитивная регуляция транскрипции lac-оперона
Схема позитивной регуляции транскрипции лактозного оперона
Транскрипция
Вывод

Слайд 3

Введение

Первым и главным элементом контроля реализации потока генетической информации на пути от

Введение Первым и главным элементом контроля реализации потока генетической информации на пути
ДНК к белку у всех организмов является контроль на уровне транскрипции.
Регуляция транскрипции у прокариот обычно охватывает группу генов, кодирующих функционально родственные белки, участвующие в осуществлении связанных между собой химических превращений в клетке. Такими белками обычно являются ферменты. Группа согласовано регулируемых генов, кодирующих эти ферменты, называется опероном.

Слайд 4

Группы генов

Все гены организма можно разделить на две большие группы: структурные

Группы генов Все гены организма можно разделить на две большие группы: структурные
(конститутивные) и функциональные (индуцибельные).
Конститутивные гены постоянно включены: они функционируют на всех стадиях онтогенеза и во всех тканях. К конститутивным относятся гены, кодирующие тРНК, рРНК, ДНК-полимеразы, РНК-полимеразы, белки-гистоны, белки рибосом и т.д. Это гены без которых клетки не могут существовать.
Индуцибельные гены функционируют в разных тканях на определенных этапах онтогенеза, они могут включаться и выключаться, их активность может регулироваться по принципу «больше или меньше». Это тканеспецифичные гены, которые часто являются несущественными. Включение индуцибельных генов называется индукцией, а выключение – репрессией. Регуляцию активности генов производят молекулярно-генетические системы управления.

Слайд 5

Группы генов по функциям

Структурные
(конститутивные)

(белки ферменты,
гистоны,
последовательность
нуклеотидов в РНК)

Гены –модуляторы:
ингибиторы,

Группы генов по функциям Структурные (конститутивные) (белки ферменты, гистоны, последовательность нуклеотидов в

интенсификаторы,
интеграторы,
модификаторы.

Функциональные
(индуцибельные)

Гены – регуляторы,
регулирующие
работу
структурных генов.

Слайд 6

Структурная часть гена

Промотор

Начало транскрипции

Старт-кодон

Стоп - кодон

5’

3’

3’

5’

Терминатор транскрипции

Строение гена

Участок связывания фермента РНК-полимеразы (место

Структурная часть гена Промотор Начало транскрипции Старт-кодон Стоп - кодон 5’ 3’
начала транскрипции)

Участок, кодирующий последовательность аминокислот в молекуле белка.

Триплет ТАЦ в ДНК и АУГ в РНК иницирующий начало синтеза белка

Триплеты – бессмысленные кодоны на которых завершается трансляция

Участок, сигнализирующий о прекращении транскрипции

Слайд 7

Виды оперонов

Оперон — это тесно связанная последовательность структурных генов, определяющих синтез группы

Виды оперонов Оперон — это тесно связанная последовательность структурных генов, определяющих синтез
белков, которые участвуют в одной цепи биохимических преобразований. К наиболее хорошо изученным оперонам бактерий относят:
Лактозный (lac)-оперон
Галактозный (gal)-оперон
Триптофановый (trp)-оперон
Рассмотрим механизмы регуляции активности генов на примере лактозного оперона кишечной палочки.

Слайд 8

Лактозный оперон

Оперон – участок бактериальной хромосомы, включающий следующие участки ДНК: Р – промотор, О – оператор, Z, Y, А – структурные гены, Т –терминатор. (В состав

Лактозный оперон Оперон – участок бактериальной хромосомы, включающий следующие участки ДНК: Р
других оперонов может входить до 10 структурных генов.)
Промотор – место присоединения РНК- полимеразы.
Оператор – участок оперона, к которому присоединяются белки-репрессоры или активаторы транскрипции.
Структурные гены – гены кодирующие ферменты, участвующие в метаболизме лактозы.
Терминатор служит для отсоединения РНК-полимеразы после окончания синтеза иРНК, соответствующей ферментам Z, Y, А, необходимым для усвоения лактозы.

Слайд 9

Схема строения lac-оперона

Регуляторная область

Полицистронная единица транскрипции

lac Z

lacY

lac A

Активатор

Промотор Оператор

Спейсеры

Нетраслируемая 5ʹ- последовательность

Нетраслируемая 5ʹ-

Схема строения lac-оперона Регуляторная область Полицистронная единица транскрипции lac Z lacY lac
последовательность

Точка терминации транскрипции





Слайд 10

Структурные гены участвующие в метаболизме лактозы

Ген lac Z

Ген lac A

Ген lac Y

Кодирует

Структурные гены участвующие в метаболизме лактозы Ген lac Z Ген lac A
фермент β-галактозидазу, расщепляющий β-галактозиды, в частности лактозу , с образованием моносахарида – глюкозы.

Кодирует β-галактозидтрансферазу (пермеазу), фермент необходимый для проникновения β-галактозидов через клеточную мембрану.

Кодирует фермент β-галактозидтрансацетилазу, функциональная роль которого до конца не выяснена.

Слайд 11

Негативная регуляция транскрипции lac-оперона

Оператор – это область с которой взаимодействует белок-репрессор. Сам

Негативная регуляция транскрипции lac-оперона Оператор – это область с которой взаимодействует белок-репрессор.
lac-репрессор является продуктом экспрессии соответствующего гена (i-гена) и содержится у E. coli в количестве не более 10 молекул на 1 клетку. Активная форма lac-репрессора представляет собой гомотетрамер, который связывается с зоной оператора и блокирует действие РНК-полимеразы. Такая негативная регуляция транскрипции наблюдается при достаточной концентрации глюкозы в клетке и в отсутствии избытка лактозы.

Слайд 12

Позитивная регуляция транскрипции lac-оперона

При избытке лактозы её молекулы связываются с субъединицами репрессора

Позитивная регуляция транскрипции lac-оперона При избытке лактозы её молекулы связываются с субъединицами
с образованием репрессор-индукторного комплекса, в котором индуктор (лактоза) выступает в роли аллостерического регулятора, изменяющего конформацию белка- репрессора, что ведёт к инактивации последнего. У инактивированного репрессора резко снижается сродство к зоне оператора, в результате чего репрессор отсоединяется от промотора, открывая «вход» для РНК-полимеразы. Вслед за этим начинается транскрипция оперона, а затем и синтез ферментов, метаболизирующих лактозу.

Слайд 13

Ген-регулятор

иРНК-полимераза

Оператор

Структурный ген

транскрипция

иРНК

трансляция

Лактоза действует как индуктор

Комплекс индуктора с репрессором, неспособный связаться с оператором

Глюкоза

Ген-регулятор иРНК-полимераза Оператор Структурный ген транскрипция иРНК трансляция Лактоза действует как индуктор
+ галактоза

β - галактозидаза

фермент

Схема позитивной регуляции транскрипции лактозного оперона

репрессор

Рассмотрим механизм регуляции
синтеза белка на примере
работы лактозного оперона
молочнокислых бактерий

Слайд 14

Транскрипция

Транскрипция
Имя файла: Оперонные-системы-регуляции.-Лактозный-оперон.pptx
Количество просмотров: 543
Количество скачиваний: 5