uabooks.top

Emlékezzetek az eukarióták génjeinek és genomjának felépítésére, az örökletes információ kifejeződésének szakaszaira! Mi a kromatin és milyen állapotokban lehet? Mi az RNS-polimeráz szerepe? Milyen a hormonok hatása a szervezetre?

A gének aktivitása az eukarióta sejtekben. Az eukarióta szervezetek sejtjeiben a strukturális (fehérjekódoló) gének száma több tízezer is lehet. Érthető, hogy az összes gén működésére egy időben nincs szükség, mivel a sejt feleslegesen szintetizálna enzimeket olyan anyagok előállításához, melyek kellő mennyiségben vannak jelen a sejtben. Hogy takarékoskodjon energiájával, szerves és szervetlen anyagaival, a sejt szabályozza génjeinek aktivitását, olyan módon, hogy adott időben csak azon gének termékei csakis olyan mennyiségben szintetizálódnak, amelyek a sejt megfelelő működéséhez szükségesek.

Eukarióta sejtekben a gének közel 15 %-a aktív. Többsejtű szervezeteknél különböző sejttípusokban különböző gének aktiválódnak: azok a gének, melyek az egyes sejtekben aktívak, más sejtekben inaktívak. Éppen a gének aktivitása határozza meg a sejt jellegzetességét és szerepét a szervezeten belül.

A génexpresszivitás az örökletes információ kifejeződésének több szakaszán is szabályozódik: a gén transzkripciójának szintjén, az mRNS érés, mRNS-molekula élettartalma, a transzláció és a végtermék működése és modifikációja szintjein is. Jelenleg legalaposabb ismeretekkel transzkripció szabályozásának folyamatáról rendelkezünk. Két fő szabályozási folyamat ismert: kiegészítő fehérjefaktorok a transzkripció során és a kromatin szerkezetváltozásai.

A transzkripció faktorai (transzkripciós faktorok) - olyan fehérjemolekulák, melyek szabályozzák a transzkripciót (az mRNS molekula szintézisét a DNS templát-szálon), azáltal, hogy a DNS molekula meghatározott szakaszaihoz kapcsolódnak. Aktiváló, vagy gátló (represszor) szerepüket önállóan, vagy más fehérjékkel közösen fejtik ki.

Génszabályozás fehérjefaktorok által. A transzkripció kiegészítő fehérjefaktorai - azon fehérjék nagy csoportja, melyek szabályozzák a génexpressziót, azáltal, hogy hozzákapcsolódnak a DNS-molekula rövid szabályozó szakaszaihoz

(29.1. ábra). A kiegészítő transzkripciós faktorok felismerik a DNS szabályozó szakaszait, melyek a promóterhez közel, vagy a szabályozott géntől néhány ezer nuk-leotidnyi távolságra vannak. Aktiválhatják, vagy ellenkezőleg, csökkenthetik a génexpresszivitást. A transzkripció szabályozásának pontossága egyes gének esetében azáltal biztosított, hogy minden egyes specifikus transzkripciós faktor felismeri a saját DNS-sorrendjét.

Egy adott gén expressziója nem egy szabályozó fehérjétől függ, hanem fehérjekomplexumoktól, ezért meglehetősen nagy a kombinálódási lehetőség, mely elegendő a sejtben lévő összes gén transzkripciójának szabályozására az adott időben. Éppen ezért egy adott fehérje lehet aktivátor, vagy represszor is.

Azokat a géneket, melyek olyan fehérjéket kódolnak, amelyek más gének aktivitását

szabályozzák, regulator (szabályozó) géneknek nevezzük.

A sejtnek gyakran operatívan kell reagálnia a környezet változására (sejtosztódást kezdeni, megfelelő anyagokat szintetizálni), vagyis gyorsan beindítani a génműködést. Ehhez megfelelően nagyszámú szabályozófehérje áll rendelkezésére inaktivált állapotban. Ezek aktiválása a kívülről érkező specifikus jelzőmolekulák hatására történik. E külső jelek szerepét, melyek aktiválják a génexpressziót a sejtben, a hormonok töltik be.

A meglévő szabályozófehérjék aktiválása gyakran úgy történik, hogy komplexumot képeznek a megfelelő akceptormolekulákkal, vagy pedig az aminosa-vak kémiai modifikációja váltja ki. Ennek következtében a fehérje megváltoztatja térszerkezetét, és inaktív állapotból aktív állapotba megy át (29.2. ábra).

A jelzőmolekulák összekapcsolódnak a receptorokkal a célsejtek membránjának felületén, és a sejtben reakciósorozatot indítanak el, mely biztosítja a jelzés továbbítását a membrántól a sejtmagig (29.3. ábra). Ilyen módon továbbítódnak a sejtnek azok a jelzések is, melyek mitotikus osztódásra késztetik.

A kromatin csomagolt állapotának hatása az eukarióta gének transzkripciójára. Mint tudjátok, az RNS-szintézis a kromatin nem tömören csomagolt szakaszain történik. Az eukarióta gének aktiválása és inaktiválása olyan folyamatokkal kapcsolatos, melyek biztosítják a kromatin feltekeredését, illetve letekeredését. A kromatin tömörítésének változása meglehetősen összetett folyamat, és a kromatin hisztonfehérjéinek, valamint a DNS modifikációival kapcsolatos.

A nem aktív kromatin hisztonjai metiláltak, aktív formában pedig acetiláltak. A DNS modifikáció érinti az aminosavakat, a citozin metilációját, melyek meghatározott helyet foglalnak el a gének szabályozó régióiban (29.4. ábra).

Metiláció - metilcsoport (-CH3) kapcsolódása hidrogénatom (esetleg fém-, vagy halogén) helyett szerves molekulában. Acetiláció -acetilcsoport (-CH3CO, ecetsavmaradék) kapcsolódása szerves molekulákhoz hidrogénatom helyett

A génexpresszió aktiválása során a transzkripciós faktorok kölcsönhatnak az enzimekkel: egyesek a hisztonok demetilációját (metilációval ellentétes folyamat) végzik, mások - az acetilációjukat, amely a tömör kromatin kibontását eredményezi. Az inaktiválás során azok az enzimek működnek, amelyek a hisztonok dea-cetilációját (acetilációval ellentétes folyamat) és metilációját végzik (egyes esetekben DNS-metilációt). A hisztonok metilcsoportja jelzésként szolgál azon fehérjék számára, amelyek biztosítják a kromatin tömörítését (átmenet heterokro-matin állapotba). Esetenként ez visszafordíthatatlan folyamat, és a gén véglegesen elveszíti aktivitását.

Génexpresszió szabályozása az mRNS érése során. A felsorolt folyamatokon kívül a transzkripció szabályozásában az eukariótáknál olyan folyamatok is szerepet játszanak, amelyek szabályozzák a génexpressziót az mRNS alternatív érése által.

Az mRNS alternatív érése - olyan formája az mRNS érésének, amikor a gén egy sorrendjéből különböző (bár hasonló) mRNS sorrend keletkezik. Ez kétféleképpen valósulhat meg: a pre-mRNS alternatív splicingje és az mRNS újra szerkesztése által. Alternatív splicing esetén egyes exonok ugyanúgy eltávolításra kerülnek, mint az intronok. Ennek eredményeként több

féle alternatív mRNS-molekula jön létre. Az mRNS-molekula alternatív splicingje különböző sejttípusokban megy végbe, vagy egy sejttípusban, de a fejlődés különböző fázisában.

Az mRNS szerkesztés esetén az mRNS-sorrend megváltozik, nukleotid beszúrás-, vagy eltávolítás révén, esetleg a nitrogénbázisok változásának eredményeképpen.

A génexpresszivitás szabályozása a transzláció hatékonyságának befolyásolása által. A transzláció hatékonysága szabályozható specifikus fehérjék által, melyek a citoplazmában az mRNS-hez kapcsolódnak, nukleoprotein komle-xeket - informoszómákat képezve. Az informoszómák fehérjéi egyrészt védik az mRNS-t a nukleotidokra való lebontástól, másrészt teljesen blokkolják a transzlációt. Ezért a sejtekben van „tartalék” mRNS, mely sokáig fennmarad, és szükség estén fel lehet használni. Más fehérjék az mRNS-hez kapcsolódva felgyorsíthatják annak lebomlását, esetleg megakadályozzák a riboszóma kapcsolódását az mRNS-hez.

Gyakori mechanizmusa a transzláció szabályozásának az mRNS-molekula élettartalma által az RNS-interfe-rencia. Ha valamelyik gén transzkripció során túltermel, akkor az mRNS-molekulán megkezdődik a komplementer RNS-lánc szintézise. A két láncból álló RNS-t ezután specifikus enzimek felismerik, és 20-30 nu-keotidpárból álló szakaszokra bontják. A szakaszok denaturációja után a komplementáris RNS-láncok az mRNS-hez kapcsolódnak és újból beindítják a transzlációt ( 29.5. ábra). ¹

1. Miért szükséges szabályozni a génműködést a sejtekben? 2. Mivel magyarázható, hogy a szervezet különböző sejttípusaiban különböző gének aktívak? 3. Hogyan valósul meg a génexpresszió szabályozása fehérjefaktorok által? 4. Melyek azok a regulátor gének? 5. Hogyan hatnak a kémiailag különböző szerkezetű hormonok a génexpresszivitásra? 6. Hogyan valósul meg a génexpresszió szabályozása az mRNS érése során?

Mi az RNS-interferencia biológiai jelentősége?

Számítsátok ki, hány gént képes szabályozni egy 10 transzkripciós faktorból álló komplexum.

Tankönyv 10. osztálya számára Biológia és ökológia Osztapcsenko, Bálán,  Kompanec, Ruskovszkij