shurakluev
А как эти белки понимают, что на ступил нужный момент, и что данная клетка это клетка мозга, а не печени? И т.п По ссылке этого нет..
Для это в клетках есть специальные ферменты, которые в зависимости от химического состава среды и электрического потенциала включат производство тех или иных белков. Читал про эксперименты, в которых электрически воздействием на разные участки тела эмбриона удавалось, например вырастить глаза на животе.
Гомеодоменные белки и эмбриональное развитие
Расшифровка механизма процесса дифференцировки и эмбрионального развития - одна из важнейших задач биологии. Оплодотворенное яйцо многоклеточного организма делится и дифференцируется в различные ткани: эпидермис, нервы, мышцы, печень и т. д. Поскольку каждая клетка имеет один и тот же набор генов, дифференцировка включает селективную экспрессию генов в различных тканях. О том, как это происходит, до сих пор известно немного. Однако несколько лет назад было идентифицировано несколько гомейотических генов, ответственных за правильное эмбриональное развитие. Их важность была установлена в ходе изучения влияния мутаций в этих генах на развитие плодовой мушки дрозофилы. Важным в рассматриваемом контексте моментом является то, что продукты гомейотических генов - все кодируемые ими белки - имеют сходные домены, именуемые гомеодоменами. Участки ДНК, кодирующие такие гомеодомены, называются гомеобоксами. Гомеодомены - это ДНК-узнающие белки длиной около 60 аминокислотных остатков; они напоминают фрагмент «спираль-поворот-спираль» с узнающей спиралью, расположенной в большой бороздке. Кодируемые гомейотическими генами белки связываются со специфическими участками ДНК. Поэтому можно предположить, что гомейотические гены кодируют факторы транскрипции. Хотя гены-мишени еще не известны, установлено, что в ряде случаев эти факторы служат активаторами одних генов и репрессорами других. Структура гомеодоменов характеризуется высокой степенью консервативности и высокой степенью сходства у насекомых (дрозофила) и позвоночных, включая человека.
У эукариот индукция определенных генов происходит под действием химических индукторов. В печени, например, фенобарбитал вызывает увеличение количества метаболизирующих его ферментов. Встречается и репрессия генов: холестерин, например, репрессирует первый фермент метаболического пути своего синтеза (см. с. 146). В большинстве своем подобные эффекты не столь критичны для жизнедеятельности клетки как, скажем, в случае lас-оперона, но все равно очень важны.
У животных имеется целый ряд гормонов и других регулирующих агентов, которые вызывают селективную модуляцию синтеза специфических белков, контролируя
транскрипцию их генов. Сложность таких регуляторных эффектов очень велика, и действительно, активность гена может контролироваться различными факторами (см. главу 26). Столь сложной регуляции у Е. coli не найдено.
У эукариот различные гены экспрессируются в разные моменты времени. Некоторые из них, так называемые гены домашнего хозяйства, экспрессируются постоянно и во всех тканях. Ферменты гликолиза, белки, необходимые для синтеза ДНК и белка, и т. д. нужны любым клеткам, так что гены «домашнего хозяйства» экспрессируются практически в каждой, кроме высоко специализированных клеток, например, зрелых эритроцитов. Другие белки необходимы только в специализированных тканях: незрелые красные кровяные клетки образуют гемоглобин; есть белки, специфичные для печени, мышц, почек и т. д. Каждый тип клеток одного организма содержат одинаковый набор генов. Это означает, что в мышечной клетке, например, экспрессируются только определенные гены. Однако проблема экспрессии тканеспецифичностью не исчерпывается: ведь в ходе эмбрионального развития на ранней стадии процесса дифференциации требуются одни гены, другие начинают работать позднее, в ходе развития отдельных тканей. Из этого следует, что гены эукариот, с одной стороны, могут экспрессироваться с постоянной скоростью конститутивно, с другой - подвержены множественному контролю различными гормонами и другими факторами.
Проблема заключается в том, что у прокариот можно «выключить» ген репрессором либо, в случае lас-оперона, - сАМР или лактозой. Но как осуществить множественную регуляцию гена эукариот?
Каким образом осуществляется избирательный контроль экспрессии генов? Это функция элементов, расположенных в разных участках ДНК. Даже на расстоянии тысяч пар оснований они могут влиять на транскрипцию гена. Например, присутствие в ДНК удаленного энхансера увеличивает в сотни раз транскрипцию гена β-глобина.
Ген β-глобина экспрессируется только в незрелых эритроцитах; его транскрипция зависит от связывания транскрипционного фактора с GАТА-боксом. Данный фактор присутствует лишь в этих клетках, что и обеспечивает специфичность экспрессии.
Сущность вариабельного контроля гена состоит в том, что ДНК-связывающие белки, например, факторы транскрипции и репрессоры, во многих случаях взаимодействуют с ДНК только после соответствующего «инструктажа». Мы уже познакомились с ситуациями, при которых активация транскрипционного фактора достигается аллостерической модификацией регуляторного белка при связывании лиганда (вспомним регуляцию lас-оперона). У эукариот такая «инструкция» обычно приходит в виде внешнего внеклеточного сигнала, скажем, гормона или фактора роста. Подобные механизмы активации факторов транскрипции рассмотрены в главе 26.
До сих пор мы знакомились с экспрессией гена, рассматривая ген только как матрицу ДНК. Однако есть много других важных и интересных вопросов, например, каким образом, в клетке происходит отбор генов, подлежащих экспресии? Как РНК-полимераза «узнает»,
с какого места в транскрибируемом гене нужно начинать копирование ДНК и где остановиться? Каким образом контролируется скорость экспрессии гена? Один белок, кодируемый своим геном, может образовываться в больших количествах, а другой - в очень малых или не образовываться совсем. Некоторые гены могут быть экспрессированы только в определенное время. Как же это достигается? Для ответа на поставленные вопросы мы должны рассмотреть структуры реальных генов, точнее, последовательности их оснований.
Контроль транскрипции различными сигма-факторами
Сигма-факторы являются одним из эффективных «инструментов» контроля целых блоков генов у прокариот. При определенных условиях обычный сигма-фактор заменяется иным, который побуждает полимеразу инициировать транскрипцию другого набора генов. К таким условиям относятся: 1) споруляция бацилл, когда после получения сигнала о неблагоприятных условиях окружающей среды образуется новый сигма-фактор; это вызывает экспрессию ряда генов, ведущих к споруляции; 2) азотное голодание, при котором образуется особый фактор; 3) тепловой шок (внезапный подъем температуры), после которого у Е. coli временно увеличивается синтез, стабильность и активность другого сигма-фактора, чей уровень в норме очень низок. Этот фактор управляет транскрипцией генов, кодирующих «белки теплового шока», которые защищают клетку от его последствий.
На образование ферментов затрачиваются ресурсы и энергия, и, если в данный момент эти ферменты не нужны, Е. coli не будет их синтезировать. Как уже отмечалось, конститутивные ферменты образуются постоянно при любых обстоятельствах. Поскольку глюкоза является основным сахаром, а другие сахара могут пойти по пути метаболизма глюкозы, ферменты, метаболизирующие глюкозу, - конститутивны. Клетка «предполагает», что они будут нужны всегда, поэтому промоторы кодирующих их генов не имеют «выключателя», они постоянно «включены».
оставил комментарий
от
shurakluev
(677 баллов)
оставил комментарий
от
sergeysergeev
оставил комментарий
от
andreyofedotov
(10.6 тыс. баллов)
оставил комментарий
от
vary
