Регулиране на генната експресия на геномно ниво на организация на наследствения материал
Осъществяването на наследствената информация, съдържаща се в генотипа на организма, е сложен процес, който изисква фина регулация, за да се осигури синтеза на специфични протеини в необходимото количество в клетки от различни тъкани в определен момент от развитието на организма.
Всички клетки на многоклетъчен организъм, произлизащи от зигота чрез митоза, получават пълен набор от генетична информация. Въпреки това те се различават един от друг по морфология, биохимични и функционални свойства. Тези различия се основават на активното функциониране на различни части от генома в различни клетки. По-голямата част от генома е в клетките на тялото в неактивно,потиснато,състояние и само 7-10% от гените садерепресирани,т.е. активно транскрибиран. Спектърът на функциониращите гени зависи от тъканната принадлежност на клетката, от периода на нейния жизнен цикъл и етапа на индивидуално развитие на организма.
По-голямата част от гените, които активно функционират в повечето телесни клетки по време на онтогенезата, са гени, които осигуряват синтеза на протеини с общо предназначение (рибозомни протеини, хистони, тубулини и др.), tRNA и rRNA. Транскрипцията на тези гени се осигурява от връзката на РНК полимераза с техните промотори и очевидно не подлежи на други регулаторни влияния. Такива гени се наричат конститутивни.Друга група гени, които определят синтеза на специфични продукти, зависи от различни регулаторни фактори в неговото функциониране, тя се наричарегулиранигени (фиг. 3.84). Тяхното активно функциониране, скоростта и продължителността на транскрипцията се регулират чрез стимулиране или инхибиране на връзката на РНК полимеразата с промоторната област на гена.
Ориз. 3,84. Схемаконститутивни и регулирани гени:
A —конститутивен ген;B, C —регулирани гени; B1B2 - свързването на РНК полимераза с промотор е възможно само при липса на репресорен протеин, който специфично се свързва с оператор, който частично или напълно припокрива промоторната последователност;B —свързването на РНК полимераза към промотора се улеснява от активиращ протеин (апоиндуктор), който специфично разпознава операторния регион, разположен преди промотора; стрелката показва посоката на транскрипция
Общи принципи на генетичния контрол на генната експресия
Най-важният фактор в регулирането на генната активност са елементите на генома, отговорни за синтеза на регулаторни протеини,регулаторни гени.Свързвайки се с определени ДНК нуклеотидни последователности, предшестващи структурната част на регулирания ген, операторите, регулаторните протеини насърчават или предотвратяват свързването на РНК полимеразата с промотора. Ако регулаторният протеин взаимодейства с оператор, който заема част от промотора или е разположен между него и структурната част на гена, това пречи на РНК полимеразата да се свърже с промоторната последователност и да извърши транскрипция. Такъв протеин се наричарепресори в този случайотрицателният контролна генната експресия се осъществява от регулаторния ген (фиг. 3.85). Ако промоторът има малка способност да се свързва с РНК полимераза и е предшестван от регион, разпознат от регулаторен протеин, прикрепването на последния точно преди промотора към ДНК молекулата улеснява свързването на РНК полимеразата с промотора, последвано от транскрипция. Такива протеини се наричат активатори(илиапоиндуктори),и контролът на генната експресия от регулаторния ген еположителен(фиг. 3.85).
Ориз. 3,85. Отрицателен и положителен контрол на генната експресия
и участие на ефектори в регулацията на генната активност