Podsumowanie wątku 16
Wejdź na wyższy poziom
Odwrotna transkrypcja i jej znaczenie w cyklach infekcyjnych wirusów
Film dostępny pod adresem /preview/resource/RMrCZP9ZPPbEm
Film zatytuowany: "Odwrotna transkrypcja i jej znaczenie w cyklach infekcyjnych wirusów".
Rola drobnocząsteczkowych RNA w regulacji ekspresji genów
Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1S6JRW1w92yF
Film nawiązujący do treści materiału pod tytułem: Rola drobnocząsteczkowych RNA w regulacji ekspresji genów.
Działanie aktywatorów i represorów transkrypcji
Klikając w poszczególne typy specyficznych czynników transkrypcyjnych, sprawdź, w jaki sposób każdy z nich reguluje inicjację transkrypcji.
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DAS15NKV8
Symulacja interaktywna przedstawia, w jaki sposób każdy z czynników transkrypcyjnych reguluje inicjację transkrypcji. Po kliknięciu na okrąg z napisem START pojawia się napis: Czym są czynniki transkrypcyjne? Pojawia się prostokątne pole z napisem: Sprawdź. Dalej, po kliknięciu na panelu pojawia się napis: Czynniki transkrypcyjne to białka regulujące aktywność genów na etapie inicjacji transkrypcji. Pod spodem widnieją dwa prostokąty z napisami: Aktywatory oraz Represory. Po kliknięciu na przycisk Aktywatory pojawia się pozioma nić DNA. Nad nią przemieszcza się owalny kształt z dwoma wcięciami z napisem: aktywator, do którego zbliża się owalne pole z napisem: polimeraza RNA. Do wcięć w owalnym polu symbolizującym aktywator dopasowuje się owalne pole z napisem: polimeraza RNA oraz jedno z trzech mniejszych, owalnych pól z napisem: ogólne czynniki transkrypcyjne. Te wszystkie elementy spotykają się na nici DNA. Po kliknięciu na strzałkę pojawia się równoległa do nici DNA strzałka skierowana w prawą stronę z napisem: transkrypcja. Po kliknięciu na przycisk Represory pojawia się pozioma nić DNA. Od punktu z napisem: miejsce wiązania represora przesuwa się kształt z napisem: represor, który w pewnym miejscu na łańcuchu DNA zderza się z owalnym polem z napisem: polimeraza RNA oraz z trzema owalnymi polami z napisem: ogólne czynniki transkrypcyjne. Elementy te nie łączą się, a wracają na swoje miejsca. Równoległa do nici DNA strzałka skierowana w prawą stronę z napisem: transkrypcja jest przekreślona czerwonym krzyżykiem.
Zapobieganie translacji
Film dostępny pod adresem /preview/resource/Rf9AaASEt8fYn
Film nawiązujący do treści materiału: Zapobieganie translacji.
Transpozony
Transpozony to ruchome elementy genetyczne, zwane również skaczącymi genami
. Są one rozproszonymi fragmentami DNA, zdolnymi do transpozycji, czyli przemieszczania się po genomie. Występują u wszystkich organizmów. U prokariontów przemieszczają się z plazmidu na chromosom bądź z chromosomu na plazmid, u eukariontów zaś – z jednej części danego chromosomu w inną część tego samego chromosomu bądź z jednego chromosomu na drugi. Transpozony kodują białka, które pomagają im w transpozycji.
Transpozony dzieli się na dwie klasy.
Transpozony klasy I (retrotranspozony)
Transpozony klasy I replikują się za pośrednictwem RNA. Zawierają gen kodujący odwrotną transkryptazę. Na matrycy DNA jest syntetyzowany fragment RNA, który stanowi matrycę do syntezy komplementarnego DNA (cDNA) podczas odwrotnej transkrypcji. Następnie cDNA zostaje zintegrowany z DNA genomowym przez enzym integrazę, również kodowany przez retrotranspozon.
Transpozony klasy II (transpozony DNA)
To klasa transpozonów DNA, które mogą się przemieszczać za pośrednictwem dwóch mechanizmów:
w transpozycji
tnij i włączaj
transpozony są wycinane z DNA donorowego, a następnie integrowane z DNA docelowym w innym miejscu;w transpozycji
kopiuj i włączaj
, czyli transpozycji przez replikację, transpozon jest kopiowany w wyniku replikacji fragmentu DNA. DNA donorowy pozostaje niezmieniony, podczas gdy do DNA docelowego zostaje wbudowana kopia transpozonu.
Transpozony klasy II odpowiadają za syntezę specyficznych enzymatycznych białek transpozaz, które przemieszczają się wraz z nimi. Gotowa transpozaza przecina DNA, uwalniając transpozon, następnie rozcina DNA w innym miejscu docelowym i przyłącza go.
Znaczenie transpozonów
Duży udział procentowy transpozonów w ludzkim genomie wskazuje na to, że mają one znaczenie w regulacji ekspresji genów.
Wynikiem transpozycji są mutacje. Zakłócenia spowodowane przez transpozony wywołują zmiany strukturalne chromosomów, takie jak delecja, inwersja i duplikacja, które powodują zmiany fenotypowe.
Obecność transpozonów może prowadzić do nieprawidłowego parowania zasad w helisie DNA oraz nieprawidłowego przebiegu crossing‑over.
Jeśli insercja zachodzi w obrębie promotora lub sekwencji wzmacniających, transpozony mogą wpływać na przebieg ekspresji genów i splicingu.
Gdy promotor transpozonu znajdzie się w pobliżu genu, uaktywni jego transkrypcję.
Wbudowanie się transpozonu w obrębie sekwencji danego genu powoduje jego inaktywację i brak produkcji odpowiedniego białka.
Jeśli produktem ekspresji danego genu jest białko zabezpieczające przed transformacją nowotworową, to transpozon wbudowujący się w ten gen przyczynia się do nowotworzenia.
Choroby człowieka dziedziczone pozajądrowo
Film dostępny pod adresem /preview/resource/R1dkZLpzhbXJa
Film nawiązujący do treści materiału
Operony - rodzaje i działanie
Termin operon wprowadzili do genetyki w 1961 r. François Jacob i Jacuqes Monod, odkrywcy mechanizmu jego regulacji. Pierwszym z odkrytych operonów był operon laktozowy bakterii Escherichia coli.
Operon jest specyficzną, powszechną u bakterii strukturalną i funkcjonalną jednostką genomu bakteryjnego. Zawiera od dwóch do kilku kolejno ułożonych genów struktury kodujących enzymy jednego szlaku metabolicznego oraz, położone bezpośrednio przed genami, sekwencje operatora i promotora kontrolujące ich aktywność transkrypcyjną.
Ekspresja operonu nadzorowana jest przez gen regulatorowy, położony często w znacznym oddaleniu od kontrolowanego operonu. Koduje on cząsteczkę białka regulatorowego - represora lub aktywatora - łączącego się z sekwencją operatora. Należy pamiętać, że sekwencja genów struktury operonu jest transkrybowana jako jedna cząsteczka matrycowego RNA (mRNA). W wyniku translacji dochodzi jednak do powstania wielu polipeptydów.
Operon – jednostka transkrypcyjna
Podstawowy sposób kontroli ekspresji informacji genetycznej w komórkach prokariotycznych opisywany jest modelem operonu. W ściśle określonym momencie w komórce bakteryjnej zostają zsyntetyzowane jedynie te produkty genów, które są niezbędne dla jej funkcjonowania. Operon to jednostka transkrypcyjna. Jest fragmentem helisy DNA, który zawiera geny leżące obok siebie i wspólnie transkrybowane oraz odcinki DNA niekodujące białek:
promotor, czyli miejsce przyłączenia do DNA polimerazy RNA, wspólne dla wszystkich genów transkrybowanych przez polimerazę RNA;
operator, do którego przyłącza się białko regulatorowe, które kontroluje dostęp polimerazy RNA do genów.
Przed promotorem znajduje się regulator – gen regulatorowy kodujący białko regulatorowe, które może łączyć się z operatorem i hamować transkrypcję genów struktury. Gen regulatorowy nie stanowi strukturalnej części operonu i zlokalizowany jest w oddali od kontrolowanego operonu.
Kolejną częścią operonu są geny struktury, które kodują białka będące najczęściej kolejnymi enzymami określonego szlaku metabolicznego, np. syntezy lub rozkładu jakiegoś związku.
Pozytywna i negatywna regulacja działania operonów
Regulacja działania operonów może przebiegać dwojako. Wyróżniamy regulację pozytywną i negatywną.
Regulacja działania operonów może przebiegać dwojako. Wyróżniamy regulację pozytywną i negatywną.
W przebiegu regulacji pozytywnej białko regulatorowe (aktywator) włącza operon, umożliwiając ekspresję informacji genetycznej genów struktury.
Przy negatywnej regulacji białko regulatorowe (represor) wyłącza operon i nie następuje ekspresja genów strukturalnych.
Rodzaje operonów
Działanie operonu indukowanego na przykładzie operonu laktozowego
Operon laktozowy pozwala bakteriom wytwarzać enzymy w ilości adekwatnej do stężenia glukozy i laktozy w otoczeniu. Zawiera on trzy geny struktury kodujące enzymy, które umożliwiają transport laktozy do komórki i jej rozkład do cukrów prostych. Geny te zostały nazwane , , . Podstawowym źródłem energii wykorzystywanym przez bakterie jest glukoza, która jest substratem oddychania komórkowego. Aby mogła zostać nim laktoza musi ona zostać rozłożona do cukrów prostych (glukozy i galaktozy) przy udziale enzymów. Jeżeli glukoza z otoczenia zostanie zużyta, a pozostanie laktoza, komórka włączy operon, laktoza zostanie przeniesiona do jej wnętrza, a powstające enzymy rozpoczną jej hydrolizę. Jeżeli w środowisku bakterii znajdzie się zarówno glukoza, jak i laktoza, to pierwsza zostanie wykorzystana glukoza (przy wyłączonym operonie laktozowym), a jako druga laktoza.
Jak wygląda działanie operonu laktozowego w przypadku braku laktozy i obecności glukozy w środowisku?
Pozostaje on wyłączony i może ulegać zarówno regulacji negatywnej, jak i pozytywnej. W tym przypadku regulacja negatywna odbywa się dzięki obecności represora. Gdy nie ma laktozy, białka represora są stale, w niewielkich stężeniach, obecne w komórce w formie aktywnej. Aktywny represor wiąże się z operatorem operonu, blokując możliwość przyłączenia polimerazy RNA do promotora (dzieje się tak dlatego, że pierwsze sekwencje operatora są ostatnimi sekwencjami promotora).
Regulacja pozytywna jest możliwa dzięki wytworzeniu nieaktywnego aktywatora. Przy wyższych stężeniach glukozy brak laktozy powoduje, że aktywator wytwarzany w formie nieaktywnej nie może połączyć się z promotorem w miejscu wiązania aktywatora. Uniemożliwia to wiązanie polimerazy RNA i transkrypcję genów warunkujących metabolizm laktozy.
Operon laktozowy zostaje włączony w obecności laktozy. Podlega także regulacji negatywnej i pozytywnej.
Regulacja negatywna
Regulacja negatywna operonu w obecności laktozy w podłożu, na którym żyją bakterie, następuje na skutek przekształcenia aktywnego represora w formę nieaktywną po jego połączeniu się z laktozą. Wówczas nie może on się połączyć z operatorem w operonie.
W rezultacie miejsce wiązania polimerazy zostaje odsłonięte i rozpoczyna się transkrypcja genów struktury kodujących informację o enzymach, które odpowiadają za transport i rozkład laktozy.
Regulacja pozytywna
Regulacja pozytywna zachodzi w przypadku spadającego stężenia glukozy w komórce. Aktywowany aktywator łączy się z promotorem w miejscu wiązania aktywatora. Ułatwia to przyłączenie do operatora polimerazy RNA i rozpoczęcie ekspresji genów kodujących enzymy szlaku przekształcania laktozy. Więcej informacji o operonie laktozowym znajdziesz w materiale: Operony indukowane – operon laktozowy.
Działanie operonu represorowego na przykładzie operonu tryptofanowego
Operon tryptofanowy, będący przykładem operonu represorowego (hamowanego), zawiera geny enzymów szlaku syntezy tryptofanu. W operonie tym występuje pięć genów struktury, o dwa więcej, niż w operonie laktozowym. Operon ten jest włączany w przypadku spadku stężenia tryptofanu w komórce. Jeżeli w środowisku znajduje się tryptofan, to szlak jego syntezy zostaje wyłączony.
Obecny w komórce tryptofan wiąże się z nieaktywnym represorem, aktywując go. Tryptofan staje się w tym momencie korepresorem. Aktywny, połączony z korepresorem represor blokuje transkrypcję genów struktury na skutek przyłączenia się do operatora. Uniemożliwia tym samym polimerazie RNA dostęp do promotora. W konsekwencji nie zachodzi ekspresja genów kodujących informację o enzymach szlaku syntezy tryptofanu.
Represor w komórce bakterii jest wytwarzany w formie nieaktywnej i taki pozostaje, gdy w komórce nie ma tryptofanu. W takiej sytuacji promotor pozostaje odsłonięty i nie utrudnia polimerazie RNA dostępu do genów struktury. Może zachodzić ich ekspresja na drodze transkrypcji, a następnie translacji. Dzięki temu powstają enzymy szlaku syntezy tryptofanu.
Regulacja negatywna występuje zarówno w przypadku operonu laktozowego, jak i tryptofanowego. W przypadku operonu tryptofanowego represor jest wydzielany w formie nieaktywnej i dopiero obecność tryptofanu aktywuje go do wyłączenia operonu. W działaniu operonu laktozowego represor od razu jest wydzielany w formie aktywnej i wyłącza operon. Obecna w komórce laktoza, przyłączając się do represora, dezaktywuje go i operon zostaje włączony.
Film dostępny pod adresem /preview/resource/RbfqKe151sxE1
Nagranie filmowe pod tytułem Operon laktozowy.
Aby zaobserwować działanie operonu tryptofanowego, umieść podane elementy w odpowiednich miejscach.
Zasób interaktywny dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/DAS15NKV8
Symulacja interaktywna pokazuje działanie operonu tryptofanowego. Po naciśnięciu pola z napisem: START pojawia się cień schematycznie przedstawionego łańcucha DNA. Pod spodem widać części tego łańcucha, które należy przesunąć na odpowiednie miejsce. Po kolei te części to: niebieski prostokąt symbolizujący gen kodujący represor, dwie proste, prostopadłe do łańcucha linie, żółty promotor, dalej pomarańczowy operator z dopasowaną do niego częścią posiadającą wypustkę, oraz prostokąty z napisami: Gen trp E, Gen trp D, Gen trp C, Gen trp B i Gen trp A. Nad łańcuchem pojawia się owalna, niebieska chmurka z napisem: polimeraza RNA, która przesuwa się wzdłuż elementów łańcucha. Od pól z napisami: Gen trp E, Gen trp D, Gen trp C, Gen trp B i Gen trp A podczas przesuwania się odchodzi kręta linia z napisami: mRNA i kolejno do góry wędrują różowe chmurki z napisami: enzym E, enzym D, enzym C, enzym B, enzym A. Następnie u góry pojawia się figura geometryczna z napisem: trypofan, która łączy się z elementem podpisanym jako represor (aktywny), łączący się kolejno z operatorem będącym częścią łańcucha. Nad tym fragmentem pojawia się symbol pauzy (dwie równoległe linie) z napisem: transkrypcja zablokowana. Przez to owalna, niebieska chmurka z napisem: polimeraza RNA nie może się przesuwać wzdłuż łańcucha.
Dokończ zdanie. Operon tryptofanowy podlega regulacji:
a cząsteczka tryptofanu pełni w operonie funkcje: