Мікробіологія 2
План
1. Методи антисептики. Антисептичні препарати
2. Гени. Принципи функціонування бактеріального геному на прикладі lac – оперону (за Жакобом і Моно)
3. Г. Домагк. Сульфаніламідні препарати. Механізм їх дії. Групи сульфаніламідних препаратів
Література
2. Гени. Принципи функціонування бактеріального геному на прикладі lac – оперону (за Жакобом і Моно)
Хромосома у функціональному відношенні поділяється на фрагменти, які називаються генами. Ген - елементарна одиниця спадковості, що контролює синтез специфічного поліпептидного ланцюга (структурний ген) або діяльність структурних генів (ген-регулятор, ген-оператор). Представлено його невеликими ділянками геномної або епісомної ДНК. Кожний ген складається з триплетів (кодонів) нуклеїнових основ, які кодують одну амінокислоту.
Гени, які відповідають за синтез сполуки, позначають рядковими літерами латинського алфавіту, які відповідають назві сполуки. Наприклад, his+ - гістидиновий ген, 1еn+ - лейциновий ген. Гени, що контролюють резистентність до антибіотиків, інших препаратів, позначаються літерою r (resistance - стійкість). Чутливі до препаратів бактерії позначаються літерою s (sensitive - чутливий). За цим принципом позначення kanr, ris1" означає резистентні до канаміцину та ристоміцину штами, a kans, riss - чутливі. Фенотип батерій позначається аналогічно генотипу, однак прописними літерами.
Сукупність генів нуклеоїда та позахромосомних факторів спадковості зумовлюють генотип бактеріальної клітини. Фенотип - індивідуальний вияв генотипу в конкретних умовах існування.
Існує певний механізм, за допомогою якого послідовність нуклеотидів у гені визначає послідовність амінокислот у білку.
Генетична інформація клітини може бути закодована як хромосомними генами, так і генами, які знаходяться у позахромосомному стані, тобто відмежовані від хромосоми, але здатні до тривалого підтримання та відтворення в такій формі. їх виявлено у бактерій багатьох родів. Позахромосомні елементи спадковості представлено плазмідами, транспозонами, Is-елементами та фагами.
Загальну теорію регуляції експресії генів у прокаріот розробили французькі вчені, лауреати Нобелівської премії Ф. Жакоб і Ж. Моно. Суть цієї теорії зводиться до „виключення” або „включення” генів до можливості або неможливості прояву їх здатності передавати закодовану в структурних генах ДНК генетичну інформацію на синтез специфічних білків.
Ця теорія, доведена в дослідах на бактеріях, отримала широке визнання, хоч в клітинах еукаріот механізми регуляції експресії генів, очевидно, є складнішими. У бактерій доведена індукція ферментів (синтез ферментів de novo) при додаванні в поживне середовище субстратів цих ферментів. Додавання кінцевих продуктів реакції, утворення яких каталізується цими ж ферментами, навпаки, викликає зменшення кількості ферментів, що синтезуються. Це останнє явище отримало назву репресії синтезу ферментів. Обидва явища - індукція та репресія – взаємопов’язані.
Згідно теорії Ф. Жакоба і Ж. Моно, в біосинтезі білка у бактерій беруть участь принаймні 3 типи генів: структурні гени, ген-регулятор і ген-оператор. Структурні гени визначають первинну структуру білка, що синтезується. Саме ці гени в ланцюзі ДНК є основою для біосинтезу мРНК, яка потім поступає в рибосому і, як було вказано, служить матрицею для біосинтезу білка. Регуляція синтезу білка шляхом індукції представлена на рис. 8.33.
Синтез мРНК на структурних генах молекули ДНК безпосередньо контролюється певною ділянкою – геном – оператором. Він служить як би пусковим механізмом для функціонування структурних генів. Ген-оператор локалізований на кінці структурного гена або структурних генів, ним регульованих. „Зчитування” генетичного коду, тобто формування мРНК, починається з промотора – ділянки ДНК, розташованого поряд з геном-оператором і є точкою ініціації для синтезу мРНК, розповсюджується послідовно уздовж оператора та структурних генів. Синтезовану молекулу мРНК, що кодує синтез декількох різних білків, прийнято називати полігенним (поліцистронним) транскриптом. Координований одним оператором окремий ген або група структурних генів утворює оперон.
У свою чергу, діяльність оперону знаходиться під контролюючим впливом іншої ділянки ланцюга ДНК, що отримала назву гена – регулятора. Структурні гени і ген-регулятор розташовані в різних ділянках ланцюга ДНК, тому зв’язок між ними, як припускають Ф. Жакоб і Ж. Моно, здійснюється за допомогою речовини - посередника, що виявився білком і названого репресором. Утворення репресора відбувається в рибосомах ядра на матриці специфічної мРНК, синтезованого на гені-регуляторі.