Найти в Дзене

Строение гена. Что такое интроны и экзоны и чем прокариотические гены отличаются от эукариотических

Строение гена

Организация генов у про- и у эукариот имеет целый ряд различий.

Цистрон - фрагмент ДНК или РНК цепи, который кодирует аминокислотный состав одной полипептидной цепи. По факту этот несколько устаревший термин аналогичен понятию «ген».

Строение гена эукариот

В гене выделяется регуляторная и кодирующая зоны.

Кодирующая зона будет определять структуру РНК и в дальнейшем белков.

Регуляторная зона включает в себя:

  • промотор, 
  • оператор 
  • терминатор.

Промотор - участок (сайт) прикрепления РНК-полимеразы - фермента, катализирующего синтез и-РНК.

Оператор – участок ДНК, который включает и выключает структурные гены (или цистроны). 

Если на операторный участок садится белок-репрессор, он мешает продвижению РНК-полимеразы и блокирует транскрипцию.

Терминатор - нуклеотидная последовательность ДНК, на которой завершается транскрипция гена или оперона.

Интроны — участки ДНК, копии которых удаляются из первичного транскрипта и отсутствуют в зрелой РНК.

Экзоны - участки ДНК, копии которых составляют зрелую РНК.

-2

Строение гена прокариот

Специфичным для прокариот является оперонная система организации генов

Оперон - группа структурных генов (цистронов), управляемая одним оператором.

Гены одного оперона расположены в кольцевой хромосоме рядом и контролируют ферменты, осуществляющие последовательные реакции синтеза.

-3

Сравним строение гена прокариот и эукариот:

1. ДНК прокариот замкнута в кольцо, ДНК эукариот линейной формы. 

2. Для эукариот не характерна оперонная организация генов. Каждый ген имеет свою собственную регуляторную область.

3. У эукариот кодирующая часть гена делится на интроны и экзоны. У прокариот интроны отсутствуют.

4. Из-за отсутствия физического барьера (ядерной мембраны) у прокариот трансляция сопряжена с транскрипцией (трансляция начинается ещё до завершения транскрипции). У эукариот сопряжение трансляции и транскрипции отсутствует.

-4

Этапы транскрипции

Транскрипция включает три этапа:

  1. Инициация
  2. Элонгация
  3. Терминация

После синтеза первичного транскрипта (пре-РНК) происходит процессинг, включающий:

  1. Сплайсинг
  2. Кэпирование
  3. Полиаденирование

Инициация транскрипции

Инициация транскрипции — это связывание ДНК-зависимой РНК-полимеразы (катализатора транскрипции) с промотором. Активация промотора осуществляется белком ТАТА-фактором, который взаимодействует с последовательностью нуклеотидов промотора, известной как ТАТА-бокс (ТАТААА). После присоединения фермента происходит локальное раскручивание двойной спирали ДНК, разъединяя комплементарные цепи.

Если белок-репрессор свяжется с оператором, транскрипция блокируется, и синтез мРНК и соответствующих белков не происходит.

Элонгация транскрипции

РНК-полимераза перемещается вдоль молекулы ДНК, синтезируя комплементарную цепочку РНК. Она считывает последовательность нуклеотидов транскрибируемой цепи только в направлении 3' → 5', тогда как синтез РНК осуществляется антипараллельно, от 5'-конца к 3'-концу.

Терминация транскрипции

Терминатор — это нуклеотидная последовательность, по достижении которой РНК-полимераза завершает транскрипцию.

Терминаторы содержат инвертированные повторы (GC-богатые участки).

При достижении терминатора фермент отделяется от молекулы ДНК и освобождает синтезированную РНК.

Процессинг

После транскрипции образуется первичный транскрипт — незрелая молекула РНК (пре-РНК).

У прокариот первичные транскрипты функционируют как мРНК без дальнейших модификаций, так как не содержат интронов.

У эукариот пре-РНК содержит интроны.

Сплайсинг — это процесс вырезания интронов и сшивки экзонов.

Кэпирование — присоединение метилированного остатка гуанозинтрифосфата на 5'-конец, защищающего РНК от гидролиза 5'-экзонуклеазами.

Полиаденирование — присоединение полиаденилатной последовательности длиной 150-200 нуклеотидов на 3'-конец, что образует поли-А-хвост.

После такой подготовки, мРНК эукариот покидает ядро и может участвовать в трансляции.

Ещё о строении гена:

Альтернативный сплайсинг или как из одного гена получить несколько белков