Biotechnology 2012-07
-
Upload
bioinformaticsinstitute -
Category
Documents
-
view
114 -
download
3
Transcript of Biotechnology 2012-07
Строение гена
ГЕН
• 1909г Иогансен
Ген - определенные условия, основы и детерминанты,
присутствующие в гаметах, являющиеся уникальными и самостоятельными, и поэтому независимыми путями определяющие многие характеристики организма
• 1900-еГен – дискретная единица наследственности (законы Менделя)Один ген = один признак
НО!Плейотропия – множественное действие генаВзаимодействие генов
• 1910-еГен – отдельный локус
Хромосомная теория наследственности
Ген = единица рекомбинации
Ген = единица рекомбинации(Рекон)
НО!
• 1940-еГен – чертеж белка
Один ген = один фермент → один ген = один полипептид
• 1950-еГен - физическая молекулаДНК – носитель генетической информацииЦистрон - участок ДНК, отвечающий за единичную функцию (Benzer 1955)
• 1960-еГен – транскрибируемый код
Центральная догма молекулярной биологии(F.Crick, 1958, 1970)
DNA
RNA Protein
Ген = единица транскрипции
• 1970-1980-еГен – открытая рамка считывания (open readingframe – ORF) части последовательности.Возможность предсказания генов
• 1990-2000-еГен – аннотированная структурная единица генома, зарегистрированная в одной из баз данных
Гены прокариот
Транскрипция прокариот
Бактериальный промотор
Регуляторные элементы
Регуляторные элементы
Регуляция инициации транскрипции у прокариот
гашение
Регуляторные элементы
Опероны бактерий
1. Промотор
2. Оператор
3. Структурные гены
4. Терминатор транскрипции
+ Ген-регулятор
Триптофановый оперон
х 70
Аттенюация trp оперона
Лактозный оперон
• lacZ кодирует фермент β-галактозидазу, которая расщепляет дисахаридлактозу на глюкозу и галактозу.• lacY кодирует β-галактозид пермеазу, мембранный транспортный белок,который переносит лактозу внутрь клетки.• lacA кодирует β-галактозид трансацетилазу, фермент, переносящийацетильную группу от ацетил-КoA на бета-галактозиды.
• lacI – репрессор
CAP (Catabolite Activator Protein) – активатор
Лактозный оперон
Геном бактерии Escherichia coli
Гены эукариот
Эукариотический ген и этапы экспрессии
Интрон-экзонная структура
Интроны• В более развитых организмах встречаются чаще
• Чем более развит организм, тем:
– больше генов с интронами
– интроны больше по размеру
• Практически все гены человека содержат интроны(гены гистонов без интронов)
Пример экспрессии гена
Размеры генов человека
Ген инсулина- один из самых маленьких генов человека
Ген дистрофина- самый большой ген человека
Один ген – более чем один белок
• ENCODE pilot project – 2608 транскриптов в 487 локусах
Механизмы
• Альтернативные промоторы
• Альтернативный сплайсинг
• Редактирование РНК
• Комплексные перестройки ДНК (созревание В лимфоцитов)
• Посттрансляционные модификации белков
Альтернативный промотор
Как минимум половина генов млекопитающих имеют более одного промотора
ENCODE pilot project – 273 гена с альтернативными промоторами в 399 генах
Альтернативный промотры гена дистрофина
С – corticalM – muscleP – Purkinje cellsR – retinalCNS – central nervous systemS – Schwann cellsG - general
Альтернативный сплайсинг
Типы альтернативного сплайсинга
А – пропуск интронаВ – альтернативный донорныйсайтС – альтернативный акцепторный сайтD – пропуск экзонаЕ – альтернативный экзон
Альтернативный сплайсинг гена NRXN3
2 альтернативных промотора24 экзона
Экзоны:3, 4, 5, 12 – могут быть включены в мРНК или пропущены7 – два альтернативных акцепторных сайта, может быть пропущен22 – два альтернативных донорных сайта23 – два альтернативных акцепторных сайта с разными рамками считывания, в одной из которых стоп-кодон24 – три альтернативных акцепторных сайта
Более 1000 разных белков
Транссплайсинг
RNA editing
• C → U
• A → I
• U → CADAR
Инозин образует связь с тимином
Созревание В лимфоцитов
• VDJ рекомбинация (65 генов V, 27 генов D, 6 генов J)• Переключение классов антител
СозреваниеВ лимфоцитов
Созревание В лимфоцитов
Посттрансляционныемодификации белков
Регуляторные элементы генов эукариот
Cis-regulatory elements (CRE)• CRE отвечают за экспрессию генов в определенных тканях и/или вопределенное время• Новые CRE → новые функции гена
Промотор эукариот
Регуляторный элемент
ПоследовательностьОбщий
транскрипционный фактор
BRE G/C G/C G/A C G C C TFIIB
TATA T A T A A/T A A/T TBP
INR C/T C/T A N T/A C/T C/T TFIID
DPE A/G G A/T C G T G TFIID
BRE - B recognition elementINR - initiator elementDPE - downstream promoter element
Энхансеры и сайленсеры
- участки связывания активаторов и репрессоров
•Энхансер + активатор = ативация транскрипцииСайленсер + репрессор = подавление транскрипции• Не зависят от ориентации• Могут находиться на значительном расстоянии от промотора
Регуляторная область гена
Инсуляторы
- ограничивают влияние энхансеров и сайленсеров на экспрессию других генов
Петлевая модель
LCR – locus control region
MAR – matrix-attachment region = инсулятор
Регуляция рецептора трансферрина
Ген эукариот
Некодирующая РНК (ncRNA)
• tRNA
• rRNA
• small RNA: snoRNA, miRNA, siRNA, snRNA, piRNA…
• long ncRNA
Доля некодирующей ДНК в геноме
Гены вирусов
ГЕН• 1900-е Ген – дискретная единица наследственности
(законы Менделя)Один ген = один признак1910-е Ген – отдельный локус (Хромосомная теория наследственности)
• 1940-е Ген – чертеж белкаОдин ген = один фермент → один ген = один полипептид
• 1950-е Ген – физическая молекула1960-е Ген – транскрибируемый кодЦентральная догма молекулярной биологии
• 1970-1980-е Ген – открытая рамка считывания (openreading frame – ORF) части последовательности
• 1990-2000-е Ген – аннотированная структурная единица генома, зарегистрированная в одной из баз данных
Ген – это совокупность геномных последовательностей, кодирующих сцепленный набор потенциально перекрывающихся функциональных продуктов