Реализа́ция генети́ческой информа́ции — процесс, происходящий внутри каждой живой клетки, во время которого генетическая информация, записанная в ДНК, воплощается в биологически активных веществах — РНК и белках. Переход генетической информации от ДНК к РНК и от РНК к белку является универсальным для всех без исключения клеточных организмов. Представление об этом информационном потоке называется центральной догмой молекулярной биологии.
- 1 Реализация генетической информации у про- и эукариот
- 2 Основные стадии процесса реализации генетической информации у эукариот
- 2.1 Начальная стадия хранения информации
- 2.2 Деконденсация хроматина
- 2.3 Транскрипция (переписывание)
- 2.4 Трансляция и транспорт аминокислот
- 2.5 Синтез (сборка) белков в рибосомах
- 2.6 Биологическая активность белков
Реализация генетической информации у про- и эукариот [ ]
Генетическая программа и ее реализация (Архив проекта #7этаж)
Основные стадии процесса реализации генетической информации у эукариот [ ]
Начальная стадия хранения информации [ ]
После окончания клеточного хроматин, который содержит ДНК с генетической информацией находится в так называемом конденсированном состоянии, которое предназначено для того, чтобы в наиболее сохранном виде доставить генетическую информацию из родительской клетки в дочерние. В этом состоянии ДНК находится в максимально компактном состоянии и не работает.
Деконденсация хроматина [ ]
Когда деление завершено, ДНК должна быть приведена в активизированное состояние. Для этого она разворачивается под управлением специальных белков хроматина. На этой стадии происходит процесс индукции или суппрессии тех или иных генов, когда они могут становиться либо «говорящими» ( Транскрипция (переписывание) [ ]
К развёрнутым участкам ДНК получают доступ специальные ферменты, называемые нуклеотидов. Между нуклеотидами ДНК и РНК существует химическое сродство, что позволяет полимеразе двигаться по ДНК и синтезировать РНК, в точности соответствующую ДНК. Полученная в результате транскрипции РНК называется информационной (иРНК) или матричной (мРНК).
Переписываемый участок не бесконечен, а ограничен с обеих сторон специальными ДНК-последовательностями и называется геном. После транскрипции с гена получается соответствующая ему мРНК. Подробнее см. Трансляция и транспорт аминокислот [ ]
Рибосомы плавают в цитоплазме клетки и к ним поступают мРНК с информацией из ядра и тРНК с материалом из окружающей цитоплазмы. Рибосома также похожа на застёжку-молнию, только гораздо крупнее РНК-полимеразы и представляет собой целую клеточную Биологическая активность белков [ ]
Белки являются практически универсальными химическими соединениями. Различные аминокислоты обладают различным химическим сродством друг к другу, к воде, к другим веществам. Поэтому, готовый белок скручивается в пространстве особым, только ему присущим образом, обнажая свои части, различные по форме и химической активности.
Как реализуется генетическая информация
В клетках белки используются и как строительный материал и как ферменты, катализирующие или ингибирующие необходимые реакции. Каждый белок можно считать «молекулярным роботом», выполняющим свою примитивную функцию. В результате активности белков, в клетке синтезируются все другие химические вещества, небелкового происхождения, в частности, сами аминокислоты, нуклеотиды, ДНК и РНК и другие. Подробнее см. Белок.
Вспомогательные процессы [ ]
- Много процессов основано на том факте, что соответствующие См. также [ ]
Источник: science.fandom.com
Механизмы реализации программ онтогенеза
Реализация программ морфогенеза происходит под воздействием комплекса генетических и негенетических (парагенетических) факторов.
Генетические программы морфогенеза образованы двумя группами генов:
1 Гены, управляющие переключением: главные гены, «гены–господа». К ним относятся гены–регуляторы, продукты которых влияют на экспрессию других генов, и гомеозисные гены, продуцирующие морфогены – вещества, определяющие морфогенетические процессы. К морфогенам относятся как тканеспецифические вещества (например, гормоны), так и неспецифические низкомолекулярные соединения (ретиноивая кислота).
2 Гены, обеспечивающие переход от одного состояния (узла) к другому: исполняющие гены, «гены–рабы», продуктами которых являются ферменты, структурные белки.
Историческая справка. Термины «гены–господа» («Master–Genes») и «гены–рабы» («Slaves–Genes») предложил шведский цитолог Ян-Эрик Эдстрем в начале 1960-ых гг. Супер-регуляторные гены у дрозофилы открыл швейцарский эмбриолог и генетик Вальтер Геринг (начало 1990-ых гг.). Термин «гомеозис» предложил У. Бэтсон в 1894 г. Под гомеозисом он понимал превращение одной части организма в другую. Гомеозисные гены у дрозофилы открыли Эдвард Льюис (США) и Кристина Нюссляйн-Вольхардт и Эрик Вишхаус (Германия) (Нобелевская премия).
Экспрессия всех генов контролируется разнообразными эффекторами. Часть из них закодирована в генотипе, часть – поступает в клетки извне или образуется в ходе метаболических реакций. Синтез эффекторов контролируется условиями внешней среды, например, белки «теплового шока», регулирующие процессы транскрипции, синтезируются у дрозофилы при температуре свыше 35 °С, при воздействии антибиотика антимицина А, гидроксиламина, колхицина, хлорида аммония и других веществ.
Регуляция экспрессии всех генов происходит на различных уровнях:
1. Регуляция на генном уровне происходит различным образом
1.1. Модификация ДНК (например, замена цитозина или гуанина на метил-цитозин или метил-гуанин; метилирование оснований снижает активность генов).
1.2. Увеличение объема ДНК в клетке путем дифференциальной амплификации ДНК (например, многократное копирование генов рРНК) или за счет образования политенных хромосом.
1.3. Программированные количественные изменения ДНК (например, изменение ориентации промотора).
1.4. Сплайсинг ДНК (например, вырезание участков генов, кодирующих антитела).
1.5. Диминуция хроматина – необратимая утрата части генетического материала в соматических клетках некоторых организмов (инфузорий, аскарид, циклопов).
1.6. Изменение активности целых хромосом (например, инактивация одной из двух X –хромосом у самок млекопитающих).
1.7. Изменение последовательностей ДНК с помощью подвижных генетических элементов, например, транспозонов.
2. Регуляция на уровне транскрипции – путем регуляции транскрипции мРНК. Интенсивное функционирование отдельных генов или их блоков соответствует определенным этапам развития и дифференцировки. Регуляторами транскрипции у животных часто являются стероидные гормоны.
3. Регуляция на уровне сплайсинга (посттранскрипционной модификации мРНК) – обеспечивает возможность образования различных типов зрелой, функционально активной мРНК. Процессинг РНК регулируется с помощью рибозимов (катализаторов рибонуклеиновой природы) и ферментов матураз. Некоторые генетические заболевания человека (фенилкетонурия, некоторые гемоглобинопатии) обусловлены нарушением сплайсинга.
4. Регуляция на уровне трансляции – обусловлена различной активностью разных типов мРНК.
5. Регуляция на уровне посттрансляционной модификации белков – регулируется путем посттрансляционной модификацией белков (фосфорилированием, ацетилированием, расщеплением исходной полипептидной цепи на более мелкие фрагменты и т.д.).
Рассмотренные примеры свидетельствуют о многообразии способов реализации генетической информации путем регуляции активности самих генов либо их продуктов. Следует, однако, отметить, что для клетки наиболее экономична регуляция на уровне транскрипции, поскольку она препятствует образованию соответствующих мРНК и белков, когда клетка не испытывает в них потребности. Вместе с тем регуляция на уровне транскрипции идет сравнительно медленно, тогда как, например, активация белков путем расщепления молекул-предшественников хотя и неэкономична, но происходит очень быстро.
Гомеозисные мутации. При нарушении структуры гомеозисных генов возникают гомеозисные мутации, которые изменяют порядок экспрессии исполняющих генов. Фенотипический эффект гомеозисных мутаций заключается в превращении одних органов в другие.
Например, у мушки дрозофилы мутация группы генов bithorax, контролирующих развитие грудных и брюшных сегментов у дрозофилы, может приводить к появлению крылоподобных образований вместо галтеров. Мутации группы генов antennapedia выражаются в том, что у насекомых на месте антенн вырастают ножки. Мутации ophthalmoptera приводят к развитию крыла из имагинального диска глаза. Мутации proboscipedia приводят к развитию ноги или части антенны (в зависимости от температуры) вместо хоботка. У мутантов tumorous head ткани головы замещаются другими типами тканей, включая структуры, характерные для гениталий.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник: studopedia.ru
Большая Энциклопедия Нефти и Газа
Поскольку генетические программы идентичны у родителей и потомков, в структуре последних воспроизводятся все свойства вида, в том числе и качество наследственной иммунности. Вот почему в упомянутом выше стаде симментальских коров потомки одного быка были устойчивы к туберкулезу — их родоначальник имел ген наследственной неуязвимости данными микробами. Другой бык-производитель такого гена не имел, и его потомки были беззащитны перед бациллами туберкулеза. Аналогичную основу имеют явления наследственной иммунности у всех живых существ. [2]
ДНК которого содержит генетическую программу для синтеза этого фермента. Этот фермент катализирует образование фосфодиэфирной связи между рибоолигонуклеотидом-донором, имеющим на 5 -конце остаток фосфорной кислоты, и рибоо лигонук-леотидом-акцептором, имеющим на 3 -конце свободную 3 -гидроксигруппу. [3]
Нуклеиновые кислоты вирусов реализуют генетическую программу по созданию вирусного потомства и определяют наследственные свойства вирусов. [4]
Дифференциация происходит в результате взаимодействия генетической программы и факторов окружающей среды. Вещества, которые эффективно стимулируют дифференциацию и рост клетки, называются трофическими факторами; они могут продуцироваться органами-мишенями данного нейрона, окружающими его глиальными клетками или одним из иннервированных нейронов. Если мы вспомним ганглионарные клетки симпатических нервов, то увидим, что действие не нейрональных клеток осуществляется как в ортоградном ( антероградном), так и ретроградном направлениях. Кроме такой межсинаптической регуляции, трофические факторы играют определенную роль в выживании клетки, миграции клетки, развитии нейритов ( аксонов или дендритов) в направлении их мишеней, образовании и стабилизации специфических синапсов. [5]
Клетки каждой стадии имеют свою генетическую программу и контролируемый ею тип метаболизма, определяемый совокупностью каталитических активностей. [6]
В геноме каждой живой клетки заложена генетическая программа , определяющая и контролирующая основные реакции клеточного метаболизма. [7]
Таким образом, однократная репродукция создает две предпосылки для генетической программы саморазрушения : абсолютную бесполезность пострепродуктивной особи и надежный онтогенетический сигнал на ее устранение. Неудивительно, что сторонники запрограммированного старения в качестве главного аргумента приводят биологические особенности однократно репродуцирующих видов ( монокарпических растений, некоторых насекомых и погибающих после первого нереста рыб), хотя стремительная пострепродуктивная дегенерация у этих видов имеет мало сходства со старением. [8]
Медицинские показатели устанавливают пороговый уровень угрозы здоровью человека, его генетической программе ; технологические показатели оценивают уровень установленных пределов техногенного воздействия на человека и среду обитания; научно-технические показатели оценивают возможность научных и технических средств контролировать соблюдение пределов воздействия по всем его характеристикам. [9]
Трансгенные организмы — животные, растения, микроорганизмы, вирусы, генетическая программа которых изменена с применением методов генной инженерии. [10]
Теоретически обоснованное и эмпирически наблюдаемое явление компрессии ведет к преждевременной сходимости генетических программ к субоптимальным решениям. В [131 ] предлагается ввести внешнее управление этим процессом с помощью некоторого коэффициента D, пропорционального абсолютной сложности программы. [11]
Различные органы растения образуются в результате сложного процесса, в котором реализуется генетическая программа деления клеток , их селективного роста и, наконец, дифференцировки. Поскольку растительные клетки имеют ригидную клеточную стенку и не могут передвигаться, в области морфогенеза растений особый интерес приобретают два вопроса: 1) чем детерминируется строгая последовательность клеточных делений, происходящих в определенных плоскостях. Как мы увидим, за то и другое по крайней мере частично ответственны особые ансамбли микротрубочек, имеющиеся только в растительных клетках. Третий аспект развития-клеточная дифференцировка-регулируется гормонами и факторами внешней среды. В этом разделе мы рассмотрим в общих чертах то, что сейчас известно о делении, росте и дифференцировке растительных клеток. [13]
Не обладая способностью длительно существовать в одиночку ( что заложено у них в генетической программе ), эти насекомые выработали сложную систему сигнализации, которая способствует сохранению их особей во времени и пространстве. [14]
На протяжении всего онтогенеза организм испытывает постоянное воздействие среды, в условиях которой реализуется генетическая программа развития и осуществляются процессы жизнедеятельности и старческого увядания. Изучение закономерностей совместного влияния генетических и средовых факторов и их фенотипического проявления — сложная, но решаемая задача. Если в отношении низших организмов, хорошо изученных в генетическом плане, возможно прямое исследование феногенетики признака, то для высокоорганизованных видов ( включая человека) подобные методы пока не применимы. [15]
Источник: www.ngpedia.ru