Оперонный уровень регуляции

[ скачать ]

Содержание
Введение 3
1. Оперонный уровень регуляции 5
2. Индукция и репрессия 7
3. Конститутивные белки 10
4. Катаболитная репрессия 11
5. Лактозный оперон 11
6. Регуляция транскрипции путем изменения количества активной РНКП 13
7. Регуляция транскрипции путем изменения конформации или структуры ДНК 14
Заключение 15
Список использованной литературы 16

Введение

Биохимия, наука, которая описывает на языке химии строение и функции живых организмов. Биохимические концепции находят применение в медицине, пищевой, фармацевтической и микробиологической промышленности, сельском хозяйстве, а также в перерабатывающей промышленности, использующей отходы и побочные продукты сельского хозяйства.
Биохимические процессы, будучи самопроизвольными, подчиняются всеобщим законам термодинамики. Согласно второму закону термодинамики все процессы в любой, в том числе и живой, системе направлены в сторону увеличения энтропии (неупорядоченности) системы и окружающей среды, т.е. являются необратимыми. Именно это стремление энтропии к максимуму является движущей силой любых самопроизвольных процессов. Если энтропия системы уменьшается, например при образовании сложных биологических структур, то энтропия окружающей среды увеличивается, т.е. в целом энтропия системы и окружающей среды всегда возрастает. Мерой изменения энтропии в живых системах (при постоянных значениях температуры и давления) служит изменение свободной энергии (AG), которое можно легко определить. При возрастании энтропии свободная энергия всегда уменьшается.
Основным условием существования любых живых организмов является наличие тонкой, гибкой, согласованно действующей системы регуляции, в которой все элементы тесно связаны друг с другом. В белковом синтезе не только количественный и качественный состав белков, но и время синтеза имеют большое значение. От этого зависит приспособление микроорганизмов к условиям окружающей питательной среды как биологической необходимости или приспособление сложного многоклеточного организма к физиологическим потребностям при изменении внутренних и внешних условий.
Регуляция транскрипции достигается благодаря высокоспецифичным взаимодействиям белковых молекул друг с другом. Тем самым обеспечивается образование активирующего комплекса белков вблизи старта транскрипции или, наоборот, создание структуры, препятствующей транскрипции.
В клетках высших организмов присутствует большое количество белковых факторов, участвующих в регуляции транскрипции. Промоторы генов, с которыми эти белки взаимодействуют, сложно устроены.
Предмет курсовой работы – оперонный уровень регуляции.
Объект курсовой работы – биохимия.
Цель курсовой работы состоит в рассмотрении оперонного уровня регуляции.
Исходя из поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:
- рассмотреть оперонный уровень регуляции;
- раскрыть понятие индукции и репрессии;
- раскрыть понятие конститутивные белки, катаболитная репрессия, лактозный оперон;
- рассмотреть регуляцию транскрипции путем изменения количества активной РНКП и путем изменения конформации или структуры ДНК.

1. Оперонный уровень регуляции

Опероном называется упорядоченная компактная совокупность цистронов (вместе со знаками начала и конца), считываемая как единое целое в процессе синтеза мРНК (Матричная РНК образуется в процессе транскрипции она несет точную копию гинетической информации закодированной в определенным участке ДНК) на ДНК.
Деятельность оперона в качестве поставщика мРНК контролируется геном – оператором, который либо разрешает, либо запрещает запуск гомологической репликации серии мРНК на ДНК – матрице. В свою очередь функция гена – оператора контролируется пространственно изолированным от него геном – регулятором, который продуцирует мРНК, необходимую для синтеза белка репрессора. Именно белок – репрессор будучи присоединен к гену – оператору, блокирует его функцию. Более того сам белок – репрессор подвержен действию аллостерических эффекторов, которые соединяясь так изменяют его третичную структуру, что либо стимулируют, либо ингибируют возникновение комплекса репрессором и геном – регулятором.

В случае моноцистронного ( множество десятков цистрона ) оперона на нем синтезируется мРНК, предназначенная для биосинтеза в рибосомальном аппарате клетки одного единственного белка, в случае полицистронного ( до полутора десятков цистронов ) - ряд мРНК, на которых рибосомальным путем создаются семейство различных белков ( чаще всего ферментов ), необходимых для осуществления многостадийного биохимического процесса в клетке. Первичное представление о моноцистронном опероне, равно как и о знаках начала его конца считывания, дает рис.2

Рис.2 Регуляция биосинтеза РНК

Биосинтез РНК начинается с зоны молекулы ДНК, называемой промотором и « узнаваемой» о – фактором. Между промотором и информативной последовательностью нуклеотидных остатков в ДНК располагается зона оператора. Если она свободна, т.е. не занята белком – репрессором, РНК – полимеразная реакция осуществляется беспрепятственно. Сначала транскрибируется неинформативная зона оператора, затем информативная зона цистрона, содержащего информацию о последовательности аминокислотных остатков в одном или нескольких метаболически связанных белках. Если промотор блокирован белком – репрессором, синтез РНК не происходит.
Сейчас ясно, что на уровне оперона регулируется главным образом объем биозинтеза ферментов за счет изменения количества молекул мРНк, возникающих в процессе транскрипции. Это оказывает решающее влияние на ход обменных процессов, мощными двигателями которых являются ферменты. Вместе с тем нельзя упускать из виду и то обстоятельство, что на уровне оперона регулируется синтезом мРНК для новообразования гистоновов (группа белков со своеобразным аминокислотным составом) , негистоновых и рибосомальных белков, а также ряда других протеинов, не обладающих каталитической активностью, но являющихся регуляторами метаболической активности генома, деятельности трансляционного аппарата клетки и других фундаментальных процессов обмена веществ [1].