332
Інтраклітинна автоматизація з ДНК та білків
Як працює внутрішньоклітинна автоматизація?
Є тисячі генів в кожній комірці. Не буває, що всі вони працюють одночасно. М'язи, печінка і клітини мозку здійснюють той же набір генів. Вони настільки різні, що вони мають різні гени.й Усі клітинки здатні вимикати і відключати окремі гени у відповідь на різні зовнішні впливи. Це система, яка контролює активність генів, є такою системою автоматичного управління. Вчені хочуть зрозуміти, як працює така автоматизація, щоб допомогти виправити і зламати її. Наприклад, клітини людини мають систему близько трьох сотень генів і білків, які регулюють поділ клітинок.Коли вона зламається і клітинка починає розділяти весь час, виникає рак.
211389
Спрощена схема генної мережі, яка регулює поділ клітин людини
Електричні імпульси зазвичай використовуються в прасці. Ознаки в біології зазвичай хімічні. Тобто зміна концентрації певних речовин. Існують електричні сигнали в нервовій системі, але це тільки пристрій для швидкої передачі тривалості, як оптичне волокно в технології. Передача нервових імпульсів від клітини до клітини відбувається в хімічній формі, тривала пам'ять і комплексна інтеграція сигналів в нейрон також хімічна.
Де є сигнали, будуть поради — сигнали виходять з місця і шуму — випадкові накладки до сигналів. У електроніці прибуття сигналів на адресу забезпечується проводами та ізоляцією. Ін'єкції, що виникають внаслідок паразитарної ємнісності та індуктивних зв'язків між провідниками. У бактеріальну клітинку вміст його більш-менш рівномірно змішаний, і будь-який хімічний сигнал (і є тисячі з них) доступний в будь-якому місці. Клітини тварин і рослин діляться на відсіки з різним хімічним складом, але види цих відсіків менше десятків і кожен має сотні і тисячі різних речовин.
Прибуття сигналу в правильному місці клітини відбувається через молекулярне визнання за принципом «під ключ». Одна молекула білка може розпізнати інший білок, протеїн може розпізнати певну послідовність ДНК, протеїн може розпізнати невеликі молекули, такі як цукор.Це визнання не завжди ідеально точне, тому молекули, схожі за формою до постійного партнера визнання, створять поради. Крім порад, є шум в електроніці. Вони виникають від теплового руху атомів, що приносить частку хаосу до руху електронів. У клітині також пов'язаний хімічний шум з тепловим рухом. Коли сигнал слабкий, наприклад, десять молекул цього типу для всієї клітини - ці молекули будуть розкидані навколо клітинки випадковим чином, і не обов'язково рівномірно. В результаті їх концентрацію в певному куті клітинки буде випадковим чином коливатися, і це буде шум.
Що саме регулюється в живій комірці? Целю можна думати як завод, який виробляє все обладнання, яке він потребує і може зібрати другий завод з нього. Основне обладнання - рибосоми - верстати з ЧПУ, які збирають всі білки. Структура зібраного білка записується на стрічці РНК (мРНК). Рибосома переміщається вздовж РНК і, відповідно до її інструкцій, збирає ланцюг нового білка з окремих одиниць - амінокислоти.ВипадковийМережа білків, яка виводить з рібосом складки в компактний куточок зрілого білка, який починає працювати. Білки можуть прискорювати хімічні реакції (завдяки), а також залучати до транспортування речовин, сигналізації, захисту та багатьох інших речей.
м.кв РНК створюються як копії окремих розділів клітинної ДНК. ДНК можна порівняти з архівом технологічної документації в офісі головного інженера, а мРНК - з копіями малюнків, які видаються в магазин. Скопіювання машини, що робить ці копії, також білок, що називається RNA-полімераза. Сісти на ДНК і почати копіювати її не скрізь, але тільки на спеціальних розділах ДНК – промоторів, які перед кожним геном або групою генів, які працюють разом.
На і відключені гени визначаються в основному на стадії посадки РНК-полімерази на промоторі. Якщо полімераза РНК легко сидить на пропагаторі гена, то з неї виготовляються численні копії МРНК, а рибосоми виробляють багато молекул білка, зашифрованих цим геном - він буде перетворюватися. Якщо щось перешкоджає висадці полімерази РНК, то буде вимкнено ген. Що відбувається на стадії взаємодії РНК-полімерази і промотора. Різні інші молекули можуть допомогти або заважати їх зв'язком. Ці інші молекули, в першу чергу, спеціальні нормативні білки, разом з промотором та прилеглими даними ДНК, утворюють логічний елемент, який може інтегрувати кілька різних вхідних сигналів.
Логічні елементи на ДНК та білки Можливо, найбільш вивчений приклад перемикача гена є епотроном е. coli. У 1965 році присуджено премію Nobel. Колін Е., як його назва має на увазі, живе в кишечнику. Він може бути кишечником різних тварин, від бджіл до людини. Вона повинна їсти, що власник має, тому вона може їсти багато різних поживних речовин.
Е. coli під мікроскопом і на блюдо для домашніх тварин
Е. coli може рости, наприклад, на поживному середовищі, що складається тільки з глюкози і мінеральних солей і виготовляти всі амінокислоти і вітаміни. Замість глюкози можуть бути інші цукру (фруктози, солодовий цукор - солодоза, молочний цукор - лактоза і десятки інших), а також полісахариди, такі як крохмаль.
Кожен з цих цукрів потребує власних ферментів.Виробництво цих ферментів слід розпочати тільки тоді, коли відповідний цукор знаходиться в середовищі, інакше матеріали та енергія для виробництва цих ферментів будуть відведені. Це, гени цих ферментів поглинання цукру повинні бути перетворені тільки при наявності цього цукру. Для поглинання кожного цукру, як правило, потрібні кілька ферментів, не одна. Їхні гени в структурі ДНК по відношенню один до одного і їх активність контролюються однією спільною регуляторною зоною ДНК на початку першого гена. Ця група співоперуючих і синхронно керованих генів називається оперним.
Лактозний епорон контур
Лактозний епорон складається з трьох генів. Перший (LacZ) кодує транспортний білок, який перекачує лактозу в клітинку, а другий два (LacI і LacA) ферменти, спільна робота якого перетворює лактозу в «чорний цукор» – глюкоза. На початку лактози є обов'язковий сайт РНК-полімерази (промотера) і обов'язковий сайт нормативних білків (оператор).
Діяльність Лактозного оперона управляється двома сигналами.Перший сигнал, очевидно, концентрація лактози. Якщо немає лактози, то ферменти його поглинання не потрібні.й Другий сигнал трохи складний. В одному експерименті Якова і Мононд виросла кишкову колі в середовищі, що містить як лактозу, так і глюкози. У таких умовах відключається глюкоза, і вимкнено летозу. Коли відбувається глюкоза, зростання бактерій зупиняється на 15-20 хвилин, а потім продовжується за рахунок лактози. Під час пауза вивертається лактоза. Що таке, другий нормативний вхід виходить з епотрона лактози, коли клітина має більш доступні цукру, ніж лактози ( поглинання глюкози не вимагає додаткових ферментів).
Подальші експерименти показали, що епорон лактози не відповідає самому глюкози. Замість, всередині клітинки кишкової палички, рівень голоду (точніше, «смак» наявних цукрів) закодовано спеціальною сигнальною речовиною. Це називається циклічним аденозином монофосфатом, або КАМП. В той час як паличка виростає на глюкозі, практично немає КАМП в клітинці. Якщо немає глюкози, але є солодоза або крохмаль (легше засвоюються речовини), виробляється трохи КАМП. Якщо немає солодозу, але фруктозу або лактози, рівень КАМП в клітині буде вище. Якщо немає цукру, але є молочна кислота - ще вище, і, нарешті, якщо немає нічого смачного, і ви повинні їсти гліцерол, то рівень КАМП буде найвищим.Таким чином, ферон лактози регулюється двома сигналами: концентрація лактози і концентрація КАМП.
Як ці сигнали впливають на активність генів? Активний ген є одним, в якому RNA полімаза виробляє багато матричних РНК. РНК-полімераза розпочинає роботу над цим епороном, завжди шляхом висадки на тій самій ДНК-області. Де лактози і КАМП? Полімераза РНК не може розпізнати всі сотні сигналів, які регулюють активність тисяч генів. Є спеціальні нормативні білки (з урахуванням транскрипційних чинників). Два нормативні білки беруть участь в управлінні епотроном лактози, для кожного вхідного сигналу: репресор лактози та катаболічний активатор.
Репресор лактози (пурпле) на ДНК
Лактозний репресор - це білок, який може зв'язатися з лактосом або специфічною послідовністю ДНК. Є дві такі послідовності в геномі Е. coli, як на початку еполону лактози, з обох сторін промотора. молекули лактози прилипають у групи чотирьох молекул білка.В'язання такої вчотирьох з ДНК перекручує пасма ДНК в круту петлю, в якій промотор виходить.Полімераза РНК не може сидіти на такому скрученому промоторі, а ген вимкнений. Якщо лактоза з'являється в клітині, він зв'язується до лактози репресора і вона знизилася ДНК, звільняючи промотора для полімерази РНК - епорон починає працювати. Це як нормативний вхід епорону влаштовується концентрацією лактози.
Катаболічний активатор на ДНК
катаболічний активатор реагує на схожий спосіб концентрації КАМП. Ось кілька відмінностей:
Лактоза працює практично як логічний і елемент. Тільки 5% активності в стані «лактози+, КАМП» злегка випадають з ідеальної картини. Видання
Автор: Михайло Нікітін
П.С. І пам'ятайте, що лише змінивши вашу свідомість – разом ми змінюємо світ!
Джерело: m.geektimes.ru/post/282582/
Є тисячі генів в кожній комірці. Не буває, що всі вони працюють одночасно. М'язи, печінка і клітини мозку здійснюють той же набір генів. Вони настільки різні, що вони мають різні гени.й Усі клітинки здатні вимикати і відключати окремі гени у відповідь на різні зовнішні впливи. Це система, яка контролює активність генів, є такою системою автоматичного управління. Вчені хочуть зрозуміти, як працює така автоматизація, щоб допомогти виправити і зламати її. Наприклад, клітини людини мають систему близько трьох сотень генів і білків, які регулюють поділ клітинок.Коли вона зламається і клітинка починає розділяти весь час, виникає рак.
211389
Спрощена схема генної мережі, яка регулює поділ клітин людини
Електричні імпульси зазвичай використовуються в прасці. Ознаки в біології зазвичай хімічні. Тобто зміна концентрації певних речовин. Існують електричні сигнали в нервовій системі, але це тільки пристрій для швидкої передачі тривалості, як оптичне волокно в технології. Передача нервових імпульсів від клітини до клітини відбувається в хімічній формі, тривала пам'ять і комплексна інтеграція сигналів в нейрон також хімічна.
Де є сигнали, будуть поради — сигнали виходять з місця і шуму — випадкові накладки до сигналів. У електроніці прибуття сигналів на адресу забезпечується проводами та ізоляцією. Ін'єкції, що виникають внаслідок паразитарної ємнісності та індуктивних зв'язків між провідниками. У бактеріальну клітинку вміст його більш-менш рівномірно змішаний, і будь-який хімічний сигнал (і є тисячі з них) доступний в будь-якому місці. Клітини тварин і рослин діляться на відсіки з різним хімічним складом, але види цих відсіків менше десятків і кожен має сотні і тисячі різних речовин.
Прибуття сигналу в правильному місці клітини відбувається через молекулярне визнання за принципом «під ключ». Одна молекула білка може розпізнати інший білок, протеїн може розпізнати певну послідовність ДНК, протеїн може розпізнати невеликі молекули, такі як цукор.Це визнання не завжди ідеально точне, тому молекули, схожі за формою до постійного партнера визнання, створять поради. Крім порад, є шум в електроніці. Вони виникають від теплового руху атомів, що приносить частку хаосу до руху електронів. У клітині також пов'язаний хімічний шум з тепловим рухом. Коли сигнал слабкий, наприклад, десять молекул цього типу для всієї клітини - ці молекули будуть розкидані навколо клітинки випадковим чином, і не обов'язково рівномірно. В результаті їх концентрацію в певному куті клітинки буде випадковим чином коливатися, і це буде шум.
Що саме регулюється в живій комірці? Целю можна думати як завод, який виробляє все обладнання, яке він потребує і може зібрати другий завод з нього. Основне обладнання - рибосоми - верстати з ЧПУ, які збирають всі білки. Структура зібраного білка записується на стрічці РНК (мРНК). Рибосома переміщається вздовж РНК і, відповідно до її інструкцій, збирає ланцюг нового білка з окремих одиниць - амінокислоти.ВипадковийМережа білків, яка виводить з рібосом складки в компактний куточок зрілого білка, який починає працювати. Білки можуть прискорювати хімічні реакції (завдяки), а також залучати до транспортування речовин, сигналізації, захисту та багатьох інших речей.
м.кв РНК створюються як копії окремих розділів клітинної ДНК. ДНК можна порівняти з архівом технологічної документації в офісі головного інженера, а мРНК - з копіями малюнків, які видаються в магазин. Скопіювання машини, що робить ці копії, також білок, що називається RNA-полімераза. Сісти на ДНК і почати копіювати її не скрізь, але тільки на спеціальних розділах ДНК – промоторів, які перед кожним геном або групою генів, які працюють разом.
На і відключені гени визначаються в основному на стадії посадки РНК-полімерази на промоторі. Якщо полімераза РНК легко сидить на пропагаторі гена, то з неї виготовляються численні копії МРНК, а рибосоми виробляють багато молекул білка, зашифрованих цим геном - він буде перетворюватися. Якщо щось перешкоджає висадці полімерази РНК, то буде вимкнено ген. Що відбувається на стадії взаємодії РНК-полімерази і промотора. Різні інші молекули можуть допомогти або заважати їх зв'язком. Ці інші молекули, в першу чергу, спеціальні нормативні білки, разом з промотором та прилеглими даними ДНК, утворюють логічний елемент, який може інтегрувати кілька різних вхідних сигналів.
Логічні елементи на ДНК та білки Можливо, найбільш вивчений приклад перемикача гена є епотроном е. coli. У 1965 році присуджено премію Nobel. Колін Е., як його назва має на увазі, живе в кишечнику. Він може бути кишечником різних тварин, від бджіл до людини. Вона повинна їсти, що власник має, тому вона може їсти багато різних поживних речовин.
Е. coli під мікроскопом і на блюдо для домашніх тварин
Е. coli може рости, наприклад, на поживному середовищі, що складається тільки з глюкози і мінеральних солей і виготовляти всі амінокислоти і вітаміни. Замість глюкози можуть бути інші цукру (фруктози, солодовий цукор - солодоза, молочний цукор - лактоза і десятки інших), а також полісахариди, такі як крохмаль.
Кожен з цих цукрів потребує власних ферментів.Виробництво цих ферментів слід розпочати тільки тоді, коли відповідний цукор знаходиться в середовищі, інакше матеріали та енергія для виробництва цих ферментів будуть відведені. Це, гени цих ферментів поглинання цукру повинні бути перетворені тільки при наявності цього цукру. Для поглинання кожного цукру, як правило, потрібні кілька ферментів, не одна. Їхні гени в структурі ДНК по відношенню один до одного і їх активність контролюються однією спільною регуляторною зоною ДНК на початку першого гена. Ця група співоперуючих і синхронно керованих генів називається оперним.
Лактозний епорон контур
Лактозний епорон складається з трьох генів. Перший (LacZ) кодує транспортний білок, який перекачує лактозу в клітинку, а другий два (LacI і LacA) ферменти, спільна робота якого перетворює лактозу в «чорний цукор» – глюкоза. На початку лактози є обов'язковий сайт РНК-полімерази (промотера) і обов'язковий сайт нормативних білків (оператор).
Діяльність Лактозного оперона управляється двома сигналами.Перший сигнал, очевидно, концентрація лактози. Якщо немає лактози, то ферменти його поглинання не потрібні.й Другий сигнал трохи складний. В одному експерименті Якова і Мононд виросла кишкову колі в середовищі, що містить як лактозу, так і глюкози. У таких умовах відключається глюкоза, і вимкнено летозу. Коли відбувається глюкоза, зростання бактерій зупиняється на 15-20 хвилин, а потім продовжується за рахунок лактози. Під час пауза вивертається лактоза. Що таке, другий нормативний вхід виходить з епотрона лактози, коли клітина має більш доступні цукру, ніж лактози ( поглинання глюкози не вимагає додаткових ферментів).
Подальші експерименти показали, що епорон лактози не відповідає самому глюкози. Замість, всередині клітинки кишкової палички, рівень голоду (точніше, «смак» наявних цукрів) закодовано спеціальною сигнальною речовиною. Це називається циклічним аденозином монофосфатом, або КАМП. В той час як паличка виростає на глюкозі, практично немає КАМП в клітинці. Якщо немає глюкози, але є солодоза або крохмаль (легше засвоюються речовини), виробляється трохи КАМП. Якщо немає солодозу, але фруктозу або лактози, рівень КАМП в клітині буде вище. Якщо немає цукру, але є молочна кислота - ще вище, і, нарешті, якщо немає нічого смачного, і ви повинні їсти гліцерол, то рівень КАМП буде найвищим.Таким чином, ферон лактози регулюється двома сигналами: концентрація лактози і концентрація КАМП.
Як ці сигнали впливають на активність генів? Активний ген є одним, в якому RNA полімаза виробляє багато матричних РНК. РНК-полімераза розпочинає роботу над цим епороном, завжди шляхом висадки на тій самій ДНК-області. Де лактози і КАМП? Полімераза РНК не може розпізнати всі сотні сигналів, які регулюють активність тисяч генів. Є спеціальні нормативні білки (з урахуванням транскрипційних чинників). Два нормативні білки беруть участь в управлінні епотроном лактози, для кожного вхідного сигналу: репресор лактози та катаболічний активатор.
Репресор лактози (пурпле) на ДНК
Лактозний репресор - це білок, який може зв'язатися з лактосом або специфічною послідовністю ДНК. Є дві такі послідовності в геномі Е. coli, як на початку еполону лактози, з обох сторін промотора. молекули лактози прилипають у групи чотирьох молекул білка.В'язання такої вчотирьох з ДНК перекручує пасма ДНК в круту петлю, в якій промотор виходить.Полімераза РНК не може сидіти на такому скрученому промоторі, а ген вимкнений. Якщо лактоза з'являється в клітині, він зв'язується до лактози репресора і вона знизилася ДНК, звільняючи промотора для полімерази РНК - епорон починає працювати. Це як нормативний вхід епорону влаштовується концентрацією лактози.
Катаболічний активатор на ДНК
катаболічний активатор реагує на схожий спосіб концентрації КАМП. Ось кілька відмінностей:
- катаболічний активатор сидить на ДНК лише на сторону промотора і не перекриває його. Навпаки посилює зв'язок РНК-полімерази до промотора і збільшує активність епорону.
- катаболічний активатор зв’язує КАМП та ДНК. Не можна спілкуватися з ДНК.
- Катаболічний активатор необхідний для повноцінної діяльності оперону лактози, але без нього опера буде працювати на 5% від загальної активності. Репресор лактози регулює епорон в діапазоні від 0 до 100%.
- молекули катаболічного активатора поєднують в парах, не чотири.
Лактоза працює практично як логічний і елемент. Тільки 5% активності в стані «лактози+, КАМП» злегка випадають з ідеальної картини. Видання
Автор: Михайло Нікітін
П.С. І пам'ятайте, що лише змінивши вашу свідомість – разом ми змінюємо світ!
Джерело: m.geektimes.ru/post/282582/
