Povijesni PaJaMo pokus Jacob-Monod model sinteze bjelan ... ploca/Sumarska genetika/Genska... · • Neki geni se cijelo vrijeme eksprimiraju (stvaraju se njihovi produkti) u malim

Genetska kontrola sinteze bjelančevina

• Još prije otkrića genetskog koda bilo je jasno da moraju postojati načini kontroliranja broja i vrste bjelančevina koje se proizvode u stanici.

• Kod šumskog drveća npr. nisu svi geni aktivni tj. “uključeni” u isto vrijeme tijekom dana i noći, cijelog godišnjeg ciklusa ili ontogenetskog razvoja od mlade do odrasle cvjetajuće biljke.

• Neki geni se cijelo vrijeme eksprimiraju (stvaraju se njihovi produkti) u malim količinama. To su tzv. “geni održavanja kućanstva” (housekeeping genes), čiji produkti su neophodni za osnovno održavanje života stanice. Ostali geni se eksprimiraju ovisno o potrebama za njihovim produktima u određenim prilikama.

• S obzirom na centralnu dogmu kontrola sinteze bjelančevina odvija se na dve osnovne razine

1. Na razini prepisivanja, kada se uputa sa DNK prepisuje na iRNK2. Na razini prevođenja, kada se iRNK prevodi u bjelančevine

• Većina kontrole sinteze bjelančevina i kod prokariota i kod eukariota odvija se na razini prepisivanja

Povijesni PaJaMo pokusJacob-Monod model sinteze bjelančevina u prokariota

J. Monod (1910-1976)

F. Jacob (1920 - )

A. Pardee F. Jacob J. Monod

• Bakterija Escherichia coli uobičajeno pribavlja energiju iz glukoze koju nalazi u životnom okolišu. Međutim, bakterija posjeduje sposobnost preživljavanja bez glukoze, ako se u životnom mediju nalazi laktoza.

• Laktoza je složeni šećer koji se sastoji od glukoze i galaktoze. U njezinoj razgradnji do oblika upotrebljivog za E.coli sudjeluju dva enzima1. lac - permeaza – dovodi laktozu iz medija i unosi je u stanicu

E.coli2. β – galaktosidaza – razlaže laktozu na glukozu i galaktozu

PDF created with pdfFactory trial version www.pdffactory.com

http://www.pdffactory.com



J. Monod (1910-1976)

F. Jacob (1920 - )• Izoliranjem različitih mutanata bakterije E. Coli, koje ne mogu prerađivati laktozu, i njihovom analizom, PaJaMo pokus doveo je do otkrića da ta nesposobnost proizlazi iz mutacija na dva strukturna gena:• lacZ - kodira β – galaktosidazu• lacY - kodira lac - permeazuOtkriven je i treći gen lacA, koji sudjeluje u metabolizmu razgradnje

laktoze kod E.coli

• Kasnije genetsko mapiranje otkrilo je da se ta tri gena u bakterijskom genomu nalaze u usko vezanoj skupini, u poretku lacZ-lacY-lacA

• Otkriven je i gen lacI koji kodira negativni regulator ili represortj. element u čijoj prisutnosti dolazi do prekida ekspresije (proizvodnje bjelančevina) gore spomenutih gena.

• Element koji, naprotiv, potiče ekspresiju gena naziva se pozitivni regulator ili induktor. U slučaju razgradnje laktoze induktor su same molekule laktoze. U njihovoj prisutnosti eksprimiraju se lacZ, lacY i lacA strukturni geni.


J. Monod (1910-1976)

F. Jacob (1920 - )• Kroz niz stadija pokusa Jacob i Monod su utvrdili da su grupe gena koji kodiraju bjelančevine, koje sudjeluju u srodnim biokemijskim reakcijama, organizirane u operativne skupine koji se nazivaju operoni. Operon se sastoji od operatora, promotora, regulatora i strukturnih gena.

• Takvi se strukturni geni često prepisuju zajedno i sa zajedničkim promotorom, kao dio iste policistronične iRNK (iRNK koja sadrži prepisane upute više gena)

• bakterija E.coli, dakle, posjeduje operon laktoze, koji se sastoji od regulatora, promotora, operatora i triju strukturnih gena (lacY, lacA i lacZ) čiji produkti omogućavaju razgradnju laktoze.

• U njihovu se čast takav način regulacije gena na nivou transkripcije naziva Jacob-Monod zakon.




Jacob-Monod model sinteze bjelančevina u prokariota

J. Monod (1910-1976)

F. Jacob (1920 - )LAKTOZA OPERON KOD E.coli

POJAM SVOJSTVA I NASLJEDNE OSNOVEJacob-Monod model sinteze bjelančevina u prokariota

J. Monod (1910-1976)

F. Jacob (1920 - )• U normalnim uvjetima, kada je dostupna glukoza, na temelju uputeregulatora sintetizira se protein-represor. Represor se fizički veže na operator laktoza operona i time onemogućava vezanje RNK polimeraze i prepisivanje strukturnih gena

RNK polimeraza se ne može vezati; transkripcija onemogućena

Represor

vezan za operatora

Aktivni represorInduktor

(laktoza)




POJAM SVOJSTVA I NASLJEDNE OSNOVEJacob-Monod model sinteze bjelančevina u prokariota

J. Monod (1910-1976)

F. Jacob (1920 - )• U uvjetima kada je bakteriji dostupna laktoza kao izvor energije umjesto glukoze, sama laktoza djeluje kao induktor koji se veže sa represorom i uzrokuje njegovo otpuštanje sa operatora. Tada se RNK polimeraza može slobodno vezati na promotorsko mjesto i započeti sa prepisivanjem strukturnih gena koji će omogućiti proces razgradnje laktoze

RNK polimeraza se može vezati

Induktor se spaja sa represorom

Nastavak transkripcije je omogućen

iRNK transkript

Jacob-Monod model sinteze bjelančevina u prokariota

J. Monod (1910-1976)

F. Jacob (1920 - )• Većina mehanizama genetske regulacije kod prokariota zaustavlja ili potiče početak transkripcije na način opisan kod laktoza-operona

• Dodatno, u kasnijim koracima ekspresije gena (proizvodnje bjelančevine prevođenjem) pomoću raznih mehanizama može se vršiti “precizno podešavanje” (fine-tuning) količine genskih produkata u stanici.




Regulacija genske aktivnosti u eukariota

• U prokariota se regulacija genske aktivnosti najčešće ostvaruje putem posebnih strukturnih gena i kontroliranih dijelova DNK, promotora i operatora koji se zajedno nazivaju operon

• Kod eukariota su otkriveni geni za kodiranje bjelančevina i kontrolni dijelovi na DNK molekuli koji se mogu nalaziti u blizini, ali nisu nađeni regulacijski dijelovi čija bi uloga odgovarala ulozi operatora, te se smatra da u eukariota geni nisu organizirani u operone kao funkcionalne jedinice.


• Kod eukariota je regulacija genske aktivnosti znatno složenija nego kod prokariota. Postoji brza regulacija genskih aktivnosti u skladu s trenutnim fiziološkim potrebama ili zbog promjena u sredini, a postoji i dugoročna regulacija tijekom razvoja organizma i diferencijacije njegovih dijelova.

• Regulacija genske aktivnosti u eukariota se ostvaruje na slijedećim razinama:– na samim molekulama DNK– prepisivanju– obradi osnovnih prijepisa pre-iRNK– prijenosu iRNK u citoplazmu– prevođenju i razgradnji iRNK – modificiranju i razgradnji bjelančevina




Regulacija genske aktivnosti u eukariotanajvećim dijelom tijekom prepisivanja, ali i tijekom svih koraka

“centralne dogme”


• na samim molekulama DNK (kemijske modifikacije, umnožavanje ili amplifikacija gena, izgled kromatina, djelovanje histona)

• prepisivanju– različiti tipovi promotora gena: konstitutivni (uvijek aktivni), regulirani

fazom razvoja ili specifični za tkivo (aktivni u određenoj fazi razvoja ili tipu tkiva), inducibilni (koje pokreću neki fizički ili kemijski čimbenici)

– stimulirajući nizevi nukleotida iznad ili ispod gena– represori i aktivatori

• obradi osnovnih prijepisa pre-iRNK (alternativna poliadenilacija i alternativno izrezivanje introna)

• prijenosu iRNK u citoplazmu (velik dio molekula iRNK nikad ne dospije u citoplazmu- regulacija transporta)

• prevođenju i razgradnji iRNK (ribosomi odabiru određene iRNK)• modificiranju i razgradnji bjelančevina (imaju različit “rok

trajanja”)




Primjer: Regulacija prepisivanja u eukariota

VARIJABILNOST

Genotip

Okolina

MODIFIKACIJE –nenasljedne promjeneGENOTIPSKE –nasljedne promjene

FenotipFiziol.

procesi

MODIFIKACIJE : 1. abiotičke, 2. biotičke




MODIFIKACIJE – nenasljedne promjene1. abiotičke (temp., tlo, dužina dana, nadm. visina, zračna vlaga i dr.)

2. biotičke (parazitizam i sl.)

Modifikacije – utjecaj vanjskih čimbenika, fenotipska plastičnost ⇔ modifikacijska širina




Modifikacije – utjecaj vanjskih čimbenika,

MODIFIKACIJE – nenasljedne promjeneGEI – INTERAKCIJA GENOTIP × OKOLINA

Fenotip = Genotip × Okolina




Documents

Povijesni PaJaMo pokus Jacob-Monod model sinteze bjelan ... ploca/Sumarska genetika/Genska... · • Neki geni se cijelo vrijeme eksprimiraju (stvaraju se njihovi produkti) u malim