🗊Презентация Основы молекулярной генетики. Генетические механизмы. Биосинтез белков и нуклеиновых кислот. (Лекция 3)

ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ГЕНЕТИКИ генетические механизмы БИОСИНТЕЗ БЕЛКОВ И НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Основной постулат молекулярной биологии и генетики: Основной постулат молекулярной биологии и генетики: ДНК ------> РНК-------> белок Основными генетическими механизмами являются процессы: репликация репарация ДНК, механизмы рекомбинации транскрипции (синтез РНК), трансляции (синтез белка)

Синтез белка - это многоступенчатый энергозависимый процесс, который связан с функцией хромосом ядра клеток и функцией рибосом эндоплазматического ретикулума. Синтез белка - это многоступенчатый энергозависимый процесс, который связан с функцией хромосом ядра клеток и функцией рибосом эндоплазматического ретикулума. Вся информация о человеке хранится в хромосомах, основными элементами которых являются дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК). Высокополимерные ДНК в комплексе с молекулами многочисленных белков и составляют хромосому.

Молекула ДНК за счет остатков фосфорной кислоты заряжается отрицательно и присоединяет к своей поверхности по всей длине положительно заряженные белки-гистоны, образуя сложный белок дезоксирибонуклеопротеид, называемый хроматином. Молекула ДНК за счет остатков фосфорной кислоты заряжается отрицательно и присоединяет к своей поверхности по всей длине положительно заряженные белки-гистоны, образуя сложный белок дезоксирибонуклеопротеид, называемый хроматином. В составе хроматина имеются кроме гистонов и другие белки. В хромосомах спермиев некоторых видов, например у лося и сельди, белками, связанными с ДНК служат протамины. В структуре хромосомы молекула ДНК наряду с типичной одной двойной спиралью, может содержать участки состоящих из нескольких двойных спиралей, дополнительно закрученных крупными витками.

Хромосомы

Структурная организация хромосом В хромосоме спираль ДНК соединяется группами из восьми молекул белка гистона и образует нуклеосомы Нуклеосомы - участки хромосом, имеющие вид нанизанных на нить ДНК восьми глобулярных бусинок белка гистона. В свою очередь нуклеосомы и соединяющие их участки ДНК плотно упакованы в виде спирали толщиной в 36 нм. На каждый виток спирали приходится примерно 6 нуклеосом, которые по своим размерам и другим признакам соответствуют хромомере хромосом.

Нуклеосома

Перед клеточным делением все элементы клетки удваиваются, в том числе и хромосомы (процесс репликации). Перед клеточным делением все элементы клетки удваиваются, в том числе и хромосомы (процесс репликации). Из полюсов веретена деления начинают расти микротрубочки. Они утыкаются с разных сторон в пары сестринских хромосом. Каждая микротрубочка утыкается в определенный участок хромосом. На ней образуется кольцо, к кольцу микротрубочек цепляется хромосома

Микротрубочки, примерно так, как строится кирпичная труба, строятся из белка тубулина Микротрубочки, примерно так, как строится кирпичная труба, строятся из белка тубулина Молекулы тубулина складываются один на другой в тринадцать стержней, которые и формируют стенки «трубы» диаметром 25 нанометров. Цепляясь за хромосомы, микротрубочки натягивают пару хромосом и находятся в таком состоянии некоторое время, пока все хромосомные пары не будут натянуты другими микротрубочками

Микротрубочки начинают тянуть хромосомы к полюсам веретена. Это сигнал к действию фермента, который аккуратно разрезает пару хромосом в месте их соединения. После разрезания пары хромосом микротрубочки укорачиваются. Вокруг хромосом формируется ядерная мембрана. Далее мембранная перетяжка делит клетку пополам

В 1932 году Нобелевский лауреат Герман Мёллер обратил внимание на особое поведение концевых участков хромосом, которые предотвращали склеивание одних хромосом с другими. Он назвал их "теломерами", что в переводе с греческого означает "концевые частички" . Длина теломер колеблется от 5 до 15 тысяч пар оснований ДНК. Как оказалось, с каждым клеточным делением молекула ДНК укорачивается за счет укорочения теломеров. Главной функцией теломер является защита концов хромосом от деградации и слипания во время клеточного деления.

Постепенное укорочение ДНК хромосом во время репликации является одной из теорий "старения" клеток (А.М. Оловников,1971) Постепенное укорочение ДНК хромосом во время репликации является одной из теорий "старения" клеток (А.М. Оловников,1971) Л. Хейфлик в начале 60-х годов показал, что клетки новорожденных детей могут пройти 80-90 делений, а соматические клетки 70-летних делятся только 20- 30 раз. Это явление названо лимитирующим эффектом Хейфика - ограничение на число клеточных делений.

Причины укорочения теломеров хромосом Для деления клетки необходимо, чтобы перед этим произошло удвоение хромосом. Ферменты ведущие синтез ДНК на ДНК-матрице (ДНК-полимеразы) – нуждаются в наличии праймеров . Функцию праймеров выполняет фрагменты РНК, синтезируемые на ДНК матрице ферментом праймазой. После завершения синтеза копий ДНК происходит удаление праймеров, В результате этого дочерние цепи ДНК оказываются недореплицированными, то есть короче материнских ДНК на размер праймера (на 100-200 нуклеотидов), что приводит укорочению теломеров.

Теломеры Прогрессивное укорочение теломер является счетно-ограничительным механизмом митотических циклов и играет роль часов, отсчитывающих число делений клетки и продолжительность жизни. При каждом делении клетки теломеры дочерних клеток становятся короче на 100-200 нуклеотидов. По достижении критической длины теломеров ДНК запускаются процессы остановки клеточного цикла. Это состояние получило название сенессенса или "репликативного старения ". Старение обусловлено исчезновением теломер и образованием "липких" концов хромосом, что вызывает их слипание. Далее запускаются реакции разрушения ДНК, в результате чего клетка утрачивает способность к репродукции и погибает.

Теломераза и бессмертие клетки В организме здорового человека есть клетки, которые могут делиться бесконечное количество раз и не подвержены старению. Это стволовые клетки, активированные лимфоциты, базальные клетки эпидермиса, мужские и женские половые клетки. В этих клетках имеется фермент теломераза, которая восстанавливает первоначальную длину теломер. Восстановление теломерных повторов ДНК в клетках с теломерных повторов ДНК в клетках с активной теломеразой приводит к отмене ограничений на число делений, и такие клетки приобретают бессмертие. Это явление называется «иммортализация». При злокачественном перерождении клеток также происходит отмена ограничений на число делений клетки, благодаря активации гена теломеразы, и эти клетки становятся бессмертными.

Особенности структуры нуклеиновых кислот Нуклеотиды ДНК и РНК

Нуклеиновые кислоты любого типа (ДНК, РНК) состоят из мономеров, называемые нуклеотидами. Нуклеиновые кислоты любого типа (ДНК, РНК) состоят из мономеров, называемые нуклеотидами. Полинуклеотидные цепи, приобретая соответствующую пространственную конфигурацию, формируют структуру либо ДНК, либо РНК. Молекула мононуклеотида состоит из трех частей: - азотистого основания (пуриновое, пиримидиновое) - пентозы (рибоза или дезоксирибоза), - фосфорной кислоты. Соединения образованные азотистым основанием и пентозой называется нуклеозидами

МОНОНУКЛЕОТИДЫ РНК

Строение молекулы ДНК В молекуле ДНК полинуклеотидные цепи построены из нуклеотидов :d-АМФ, d-ГМФ, d-ЦМФ, d-ТМФ, т.е. содержащих в своей структуре дезоксирибозу. Из двух полинуклеотидных цепей комплиментарных друг другу, формируется молеку ДНК. В молекуле ДНК полинуклеотидные цепи укладываются антипараллельно друг другу и свернуты в спираль. Комплиментарность полинуклеотидных цепей объясняется правилами Чаргафа

Молекула ДНК - две комплиментарные полинуклеотидные цепи

Правила комплиментарности Чаргафа В молекуле ДНК: 1. Количество аденина равно тимину, гуанина равно цитозину ( А=Т, Г=Ц) 2.Сумма оснований имеющих у шестого атома аминогруппы равна сумме оснований имеющих у шестого атомы кетогруппы (А+Ц=Г+Т) 3.Сумма пуриновых оснований равна сумме пиримидиновых оснований (А+Г=Т+Ц)

Структура генетического кода Кодовым элементом в полинуклеотидной цепи ДНК, определяющим включение соответствующей аминокислоты в полипептидную цепь, служит триплет ( триплетный код): 1. Код универсален: одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты у всех живущих на Земле организмов. 2. Каждой аминокислоте соответствует свой код (ТТТ - фенилаланин, ЦТТ - лейцин, ТАТ - тирозин и др.). 3. Триплетный код является вырожденным: аминокислота может кодироваться несколькими триплетами (ТТГ, ТТЦ - фенилаланин, ААГ, ААЦ - аспарагин и др.). 4. Триплетный код не перекрывается. 5. Имеет место инициирующий триплет и терминирующий стоп триплет (кодон). Инициирующий "стартовый" триплет (АТГ - триплет метионина, ГТГ -триплет валина) служит сигналом, означающим начало полипептидной цепи. Терминирующий стоп триплет (ТАА, ТАГ, ТГА), или бессмысленный код, не кодирует ни одну аминокислоту, и служит "стоп сигналом", означающим конец синтеза полипептидной цепи.

Триплетный код

ЧТО ТАКОЕ ГЕН? Под термином ген (цистрон) следует понимать участок ДНК, в котором в триплетной последовательности закодирована информация на первичную структуру конкретного белка. Ген начинается с инициирующего триплета и заканчивается терминирующим "стоп" триплетом. Поскольку человек обладает тысячами различных признаков - таких, например, как группа крови, цвет глаз, особенности строения скелета, уровень гормонального фона, черты характера, в каждой хромосоме должно находится большое число генов, ответственные за синтез белков реализующие эти признаки.

Строение РНК РНК в отличие от ДНК бывает по большей части одноцепочечной. Формы РНК - транспортная (тРНК), рибосомальная (рРНК) и информационная, или матричная РНК (мРНК) Все виды РНК являются копиями одной из цепей ДНК. В молекуле м-РНК кодовым элементом, т.е. носителем генетической информации является также как и в ДНК, триплет нуклеотидов, который называется кодоном. В молекуле т-РНК триплет нуклеотидов, называется антикодон.

Строение мРНК Матричная (мРНК) или информационная РНК (иРНК) составляет 3-5% всей содержащейся в клетке РНК. Это одноцепочечная молекула, образуются на одной из цепей ДНК в процессе транскрипции. В созревшей молекуле мРНК кодовым элементом, т.е. носителем генетической информации является также как и в ДНК, триплет нуклеотидов, который называется кодоном. Вторичная структура мРНК - изогнутая цепь, а третичная подобна нити намотанной на катушку, роль которой играет особый транспортный белок - информофер. Большинство мРНК существует в клетке лишь в течение короткого времени. В бактериальных клетках это время измеряется минутами, а в эритроцитах млекопитающих синтез гемоглобина может продолжаться несколько дней после утраты ими ядра.

Рибосомная РНК Рибосомная РНК, составляющая более 80% всей РНК клетки кодируется особыми генами находящимися в нескольких хромосомах и расположенных в участке ядрышка, известном под названием ядрышкового организатора. По молекулярной массе различают три типа рРНК: 28S-рРНК, 18S-рРНК, 5S-рРНК. Последовательность оснований в рРНК сходна у всех организмов - от бактерий до высших растений и животных. Вторичная структура рРНК имеет спирализованные участки одиночной полинуклеотидной цепи. Соединяясь с белками, рРНК формирует структуру большой и малой субъединиц рибосом (где рРНК имеет форму клубка с нанизанными на нее белками рибосом).

Транспортная РНК (тРНК) На долю тРНК приходится примерно 15% всей клеточной РНК. У тРНК самая короткая полинуклеотидная цепь, составленная из 80 нуклеотидов. В структуру тРНК, наряду с обычными для РНК нуклеотидами входят и минорные нуклеотиды (до 10% от общего содержания нуклеотидов), например, риботимидиловая кислота (рТМФ) и инозинмонофосфат (ИМФ). тРНК содержит необычные нуклеотиды, такие, как дигидроуридинмонофосфат (Н2-УМФ) и псевдоуридиловая кислота (п-УМФ), Наличие минорных и других не типичных нуклеотидов в структуре тРНК делает молекулу тРНК устойчивой к действию нуклеаз и препятствует спариванию оснований и спирализации полинуклеотидной цепи, обеспечивает формирование особеностей вторичной структуры молекулы тРНК, которая напоминает по форме клеверный лист.

Структурные участки тРНК В тРНК имеются следующие структурные участки: 1.Акцепторный участок - представлен триплетом ЦЦА. Гидроксил 3`-ОН рибозы аденозина этого триплета свободен и к нему может присоединяться карбоксильной группой аминокислота. 2.Петля, несущая антикодон или антикодоновая петля - образована семью нуклеотидами. Она содержит специфичный для каждой тРНК триплет нуклеотидов, называемый антикодоном. Антикодонным триплетом тРНК по принципу комплиментарности спаривается с кодоном мРНК.. 3.Псевдоуридиловая петля, состоит из семи нуклеотидов и обязательно содержит остаток псевдоуридиловой кислоты. Пентануклеотид Г-Т-пУ-Ц-Г этой петли одинаков для всех видов тРНК. Предполагают, что через этот пентануклеотид тРНК присоединяется к рибосоме. 4.Дигидроуридиловая петля, или D-петля состоит из 8-12 нуклеотидных остатков, среди которых обязательно имеется несколько остатков дигидроуридиловой кислоты (Н2-УМФ). Считают, D-петля необходима для связывания аминоацил-тРНК-синтетазой, которая участвует в узнавании аминокислотой своей тРНК и образованию комплекса аминоацил-тРНК.

МАТРИЧНЫЙ СИНТЕЗ ДНК Процесс самовоспроизведения ДНК называется репликацией (редупликация). Удвоение ДНК происходит вследствие того, что цепи расходятся, а потом каждая цепь служит матрицей, на которой собирается комплементарная ей новая цепь ДНК. В результате образуются две дочерние, двуспиральные, неотличимые по строению от родительской ДНК молекулы. Каждая из них состоит из одной цепи исходной родительской молекулы ДНК и одной вновь синтезированной цепи. Такой механизм репликации ДНК, при котором от одного поколения к другому передается одна из двух цепей, составляющих родительскую молекулу ДНК, получил название полуконсервативного и был экспериментально доказан в 1958 году М. Мезельсоном и Ф. Сталь.  

Молекулярные основы репликации и репарации ДНК Для репликации ДНК необходимо: 1 - наличие структурного материала для сборки новый цепей ДНК: d-АТФ d-ТТФ d-ГТФ d-ЦТФ, 2 - расплетенные полинуклеотидные цепи ДНК-матрицы 3 - РНК-затравка (" праймеры"),

4 - Ферменты: 4 - Ферменты: - Расплетающие белки и ДНК-хеликаза - «Затравочная» ДНК-зависимая РНК-полимераза ( ДНК-праймаза), - ДНК-полимеразы (репликаза) 1-, 2-, 3-типа -Теломераза, - Рибонуклеаза Н - ДНК-лигаза и НАД - рестриктирующие эндонуклеазы –ДНК-топоизомераза,

Известно, что молекула ДНК состоит из двух комплиментарных и антипараллельно направленых полинуклеотидных цепей Известно, что молекула ДНК состоит из двух комплиментарных и антипараллельно направленых полинуклеотидных цепей Каждая полинуклеотидная цепь имеет два конца: Один конец полинуклеотидной цепи несет гидроксильную группу (ОН), присоединенную к 3'-углероду в дезоксирибозе (3'-конец), на другом конце цепи в 5'-положении дезоксирибозы находится остаток фосфорной кислоты (5'-конец). Ферменты, синтезирующие новые дочерние нити ДНК, называемые ДНК-полимеразами, могут передвигаться вдоль матричных цепей только в направлении - от 3'-концов к 5'-концам. При этом синтез новой комплиментарной полинуклеотидной нити идет в 5' 3' направлении, то есть синтез новых цепей идет антипараллельно, униполярно.

Иногда ДНК-полимеразы могут давать "задний ход", то есть двигаться в направлении 5' 3'. Иногда ДНК-полимеразы могут давать "задний ход", то есть двигаться в направлении 5' 3'. В том случае, когда последнее добавленное при синтезе нуклеотидное звено оказалось не комплементарным нуклеотиду матричной цепи, оно будет замещено комплементарным нуклеотидом. Отщепив "неправильный" нуклеотид, ДНК-полимераза продолжает синтез в 3‘ 5' направлении. Такая способность к исправлению ошибок получила название корректорской функции фермента ДНК-полимеразы.

Синтез ДНК (репликация) Суммарно процесс синтеза ДНК можно представить следующей схемой: m(dАТФ+dТТФ)+ n(dГТФ+dЦТФ)------>ДНК + (m+n)Н4Р2О7 Важнейшими особенностями этой многоступенчатой реакции является: 1-В ходе синтеза ДНК трифосфорные эфиры дезоксирибонулеозидов служат одновременно источниками энергии, освобождаемой при отщеплении пирофосфата. 2-Реакция идет в присутствии ДНК-матрицы. 3.Все вновь синтезируемые молекулы ДНК имеют структуру, идентичную первичной структуре ДНК-матрицы.

Дезокси-АТФ

Синтез ДНК начинается раскручивания цепей ДНК Для того чтобы раскрутить двойную спираль ДНК необходимы белки-ферменты ДНК-хеликазы. ДНК-хеликазы быстро движутся вдоль цепей ДНК, используя для перемещения энергию гидролиза ATФ. Встречая на пути участок двойной спирали, они разрывают водородные связи между основаниями, разделяют цепи и продвигают репликационную вилку ( см. рисунок). Вслед за этим с одиночными цепями ДНК связываются специальные дестабилизирующие спираль белки - ДНК-топоизомеразами, которые не позволяют одиночным цепям ДНК сомкнуться. При этом они не закрывают оснований ДНК, оставляя их доступными для репликации, т.е. для ДНК-полимеразы.

ДНК-полимеразы не могут начинать синтеза ДНК на матрице без затравочного полинуклеотидного фрагмента, а способны только добавлять новые дезоксирибонуклеотиды к 3'-концу уже имеющейся затравочной полинуклеотидной цепи. ДНК-полимеразы не могут начинать синтеза ДНК на матрице без затравочного полинуклеотидного фрагмента, а способны только добавлять новые дезоксирибонуклеотиды к 3'-концу уже имеющейся затравочной полинуклеотидной цепи. Такую затравочную полинуклеотидную цепь называют праймер (РНК затравкой) РНК- затравку синтезирует ДНК-праймаза (затравочная ДНК-зависимая РНК-полимераза) Праймеры, отличается от остальной новосинтезированной цепи ДНК, поскольку состоит из рибонуклеотидов, и далее удаляются специальными ферментами - ДНК-полимеразой 1 и рибонуклеазой Н

Удаление крайних РНК-праймеров, комплементарных 3'-концам обеих цепей линейной материнской молекулы ДНК, приводит к тому, что дочерние цепи оказываются короче на 10-20 нуклеотидов. Удаление крайних РНК-праймеров, комплементарных 3'-концам обеих цепей линейной материнской молекулы ДНК, приводит к тому, что дочерние цепи оказываются короче на 10-20 нуклеотидов. В этом заключается так называемая "проблема недорепликации концов линейных молекул ДНК". Проблема недорепликации 3'-концов линейных молекул ДНК решается эукариотическими клетками с помощью специального фермента - теломеразы.

Синтез ДНК Под воздействием расплетающих белков (ДНК-хеликаза и дестабилизирующие белки) происходит разрыв водородных связей между комплиментарными основаниями двойной спирали матричной ДНК. В результате двойная спираль ДНК расплетается и расходится на отдельные цепи. Расплетание ДНК идет в двух направлениях приводит к формированию участка называемого репликационной вилкой. В направлении 5` 3`от начала репликационной вилки при участии "затравочной" ДНК-зависимой РНК-полимеразы вдоль одной из полинуклеотидных цепей ДНК матрицы синтезируются короткие цепи РНК-затравки – «праймеры» , которые по нуклеотидному составу комплиментарны участку ДНК матрицы в области репликационной вилки.

Далее к праймеру с помощью ДНК-полимеразы 3 присоединяются соответствующие дезоксирибонуклеозиды в направлении 5` 3` Далее к праймеру с помощью ДНК-полимеразы 3 присоединяются соответствующие дезоксирибонуклеозиды в направлении 5` 3` В результате вдоль одной полинуклеотидной цепи матричной ДНК синтезируется непрерывная гибридная цепь РНК-ДНК, комплиментарная матричной полинулеотидной цепи ДНК. После завершения синтеза дочерней цепи праймеры удаляется под воздействием ДНК-полимеразы 1 и рибонуклеазы Н.

Синтез дочерней полинуклеотидной цепи вдоль другой полинуклеотидной цепи матричной ДНК, ввиду ее антинаправленности (3` 5`) и спефичности ДНК-полимеразы 3, идет короткими фрагменами в направлении 5` 3`, получивших название по имени ученого их обнаружившего – фрагменты Оказаки. Соединение фрагментов Оказаки между собой в направлении 3` 5` происходит с помощью ДНК-лигазы.

Эта реакция идет в две стадии: Эта реакция идет в две стадии: 1.ДНК-лигазы реагирует с НАД, которая служит донатором АМФ. При этом образуется комплекс фермент - АМФ (Е-АМФ) и никотинамидмононуклеотид освобождается 2.Под воздействием Е-АМФ свободные и 5`-OH и 3`-OH концы фрагментов Оказаки замыкаются ковалентной связью, а комплекс Е-АМФ разрушается на ДНК-лигазу и АМФ. ДНК-полимераза 1 одновременно выполняет роль "корректора"- удаляет с 3`конца полинуклеотидной цепи неправильно спаленный нуклеотид. На этом синтез дочерних моекул ДНК заканчивается.

Репарация ошибок репликации В ходе репликации самопроизвольно или под воздействием различных внешних факторов (радиация, ультрафиолетовое излучение, химические агенты и др.) могут совершаться ошибки, приводящие к изменению нуклеотидного состава и их последовательности соединения в цепях ДНК. Так при облучении ДНК светом с длинной волны, близкой к максимуму поглощения оснований (260-280нм), происходит образование тимидиновых димеров. Появляющиеся дефекты в одной или обеих цепях ДНК препятствуют правильной репликации. Эти дефекты репарируются комплексным действием трех ферментов: эндонуклеаза, ДНК-полимераза и ДНК-лигаза. Вначале дефектный участок гидролитически удаляется эндонуклеазами, затем ДНК-полимераза типа 1 заполняет пробел комплиментарным нуклеотидом, а ДНК-лигаза сшивает концы полинуклеотидной цепи.

Ошибки репликации Ошибки репликации, возникающие во время синтеза полинуклеотидных цепей дочерних молекул ДНК, могут исправляться ДНК-полимеразой типа-3. Эта ДНК-полимераза репарирует ошибки при неправильном спаривании нуклеотидов. Если произошла ошибка репликации, то этот нуклеотид тут же отщепляется ферментом благодаря его нуклеазной активности, а при правильном спаривании нового нуклеотида присоединяет его к уже имеющемуся фрагменту ДНК. Нарушение процесса репарации может привести к мутациям, к нарушению процесса сохранения генетической информации.

Транскрипция . Функциональная организация оперона. Согласно современным представлениям (Жакоб, Моно, 1965) гены молекулы ДНК, принимающие участие в синтезе РНК объединены в отдельные функциональные транскрибируемые группы, получившие название оперон (транскриптон) Длинна оперона колеблется от 300 до 1 млрд нуклеотидов. Отдельные участки оперона выполняют разную функцию. Одна группа участков оперона относится к информативным, другая - к неинформативным

ОПЕРОН Информативные участки оперона (экзоны) представлены структурными генами или цистронами, в триплетной последовательности которых закодирована информация о структуре РНК (мРНК рРНК, тРНК) и полипептидной цепи, Неинформативные участки оперона выполняют другие функции и не содержат генетической информации. Их называют интронами. Интроны оперона регулируют функции структурных генов (экзонов). К ним относятся ген регулятор, ген оператор ген промотор и др.( темпоральные гены, протонкогены).

Функциональная организация о п е р о н а - транскриптона ( Жакоб, Моно, 1965).

Функции генов оперона Ген промотор - с него начинается транскципция. К нему присоединяются белки, запускающие транскрипцию (цАМФ-рецептроный протеин) и белки облегчающие транскрипцию (РНК полимераза) с соответствующего структурного гена (А, В, С). К гену оператору примыкают структурные гены, которые могут содержать участки интронов и экзонов. В одном опероне может быть один структурный ген - цистрон (моноцистронный оперон) или несколько цистронов (полицистронный оперон). В целом,оперон (транскриптон) представляет собой регулируемую группу генов. Из таких оперонных участков в целом и пострена молекула ДНК.

Механизм транскрипции (биосинтез РНК). Транскрипция идет в три фазы: фаза инициации, фаза элонгации и фаза терминации. В фазу инициации ДНК-зависимая РНК-полимераза присоединяется к промоторному гену оперона. Различают три типа РНК-полимеразы: 1, 2 и 3. РНК-полимераза - 1 ответственна за транскрипцию рРНК, РНК-полимераза- 2 – за синтез тРНК и 5SрРНК, а РНК-полимераза-3 участвует в синтезе мРНК. Для узнавания РНК-полимеразой соответствующего промотора, необходимо чтобы к промоторному гену присоединился специальный белок кислой природы инициирующий транскрипцию мРНК. Этот белок активируется 3`,5`-АМФ и называется цАМФ-репецепторный протеин (CRP). Связывание РНК-полимеразы с промотором приводит к локальному расхождению нуклеотидных цепей в этом участке гена. Одна из цепей служит матрицей.

В фазу инициации первой, исходной реакцией синтеза РНК является реакция присоединения 5`-3` фосфоэфирной связью к АТФ (или ГТФ) соответствующего второго рибонуклеотид трифосфата При этом образуется динуклеотид в котором у 5`углеродного атома рибозы сохранён трифосфат.

Фаза элонгации Затем наступает фаза элонгации - наращивание полинуклеотидной цепи РНК. В результате перемещения РНК-полимеразы вдоль ДНК идет наращивание полинуклеотидной цепи синтезируемой молекулы РНК.

Терминация Терминация (завершение) транскрипции происходит после достижения РНК-полимеразой терминирующих кодонов, являющихся стоп-сигналами. Одновременно, специальный белок - фактор терминации (ро-фактор) обрывает транскрипциею, взаимодействуя с терминирующими кодонами. Благодаря этому, формируется определенной длинны молекулы РНК.

Первичный транскрипт -пре-РНК Первичные продукты транскрипции являются полными копиями структурных генов ДНК. При этом в нем имеются информативные и неинформативные участки. Поэтому первичный транскрипт называют РНК-предшественниками (пре-РНК), которые связываются в ядре клеток с белками, образуя рибонуклеопротеиды. В ядре все предшественники РНК (пре-РНК) проходят стадию посттранскрипционного созревания, или процессинга.

Процессинг В ходе процессинга удаляются неинформативные участки в пре-РНК и образуются функционально зрелые молекулы РНК. Процессинг включает три операции: 1.вырезание неинформативных участков из пре-РНК, 2.сращивание информативных участков генов - сплайсинг, 3.модификация 5`и 3`-концевых участков РНК

Молекулярные основы трансляции В процессе трансляции можно выделить два этапа, которые имеют разную локализацию в клетке: 1.рекогниция, или узнавание аминокислот, протекающий в гиалоплазме, и 2.собственно биосинтез белка, происходящий на рибосомах. Рекогниция, или узнавание аминокислот тРНК Процесс рекогниции связан с адапторными функциями тРНК, которые обеспечиваются механизмами узнавания и связывания соответствующих аминокислот с акцепторным участком тРНК. Факторами, обеспечивающие узнавание и связывание транспортными РНК своих аминокислот являются ферменты аминоацил -тРНК- синтетазы, которых насчитывается минимум 20 типов.

Механизм рекогниции Эти ферменты (аминоацил -тРНК- синтетазы ) катализируют реакции активации аминокислот с образованием аминоацил-аденилата (а) а) R--СН---СООН R--СН---СО-АМФ | + АТФ | + пирофосфат NH2 NH2 аминоацил-аденилат затем образование аминоацил-тРНК (б): б) R--СН---СО-АМФ R--СН---СО--тРНК | + тРНК | + АМФ NH2 NH2 аминоацил-тРНК

Биосинтез белка и факторы трансляции Далее тРНК путем простой диффузии переносят присоединенную к ним аминокислоту к рибосомам, где происходит сборка белковой молекулы т.е. собственно синтез белка. Для обеспечения второго этапа трансляции необходимо наличие следующих факторов: мРНК, аминоацил-тРНК, факторы инициации (F1,F2,F3 и др.), инициирующие аминоацил-тРНК (met-тРНК, формил -met-тРНК), фермент пептидилтрансфераза, ГТФ как источник энергии, факторы терминации и рибосомы. .

Рибосомы Рибосомы являются субклеточными образованиями, состоящими из двух субъединиц - большой и малой, отличающиеся молекулярной массой (S60, S40). Каждая субъединица состоит из рРНК и белковых молекул, т.е. по химической природе являются рибонуклеопротеидами. Большая субъединица рибосом содержит рибосомальные РНК типа 28S рРНК и 5Sр РНК, малая субъединица - 18 S рРНК. Установлено, что каждая в отдельности субъединицы рибосом неактивны и свободно перемещаются в цитоплазме клеток

Сборка рибосом и фазы трансляции Появление в клетке факторов инициации синтеза белка, мРНК, met-тРНК приводит к сборке субъединиц рибосом в единый функциональный комплекс, зафиксированный на мембране эндоплазматического ретикулума. В клетке на одной мРНК может фиксироваться несколько рибосом. Такой работающий комплекс мРНК с несколькими рибосомами называется полирибосомой. После прекращения синтеза белка, рибосомы легко диссоциируют на субъединицы, становятся не активными и выносятся от мембран эндоплазматического ретикулума в цитозоль. Весь процесс синтеза белка на рибосомах можно разделить на три фазы: инициация (начало), элонгация (удлинение полипептидной цепи) и терминация (окончание синтеза).

Фаза инициации: Биосинтез полипептидной цепи белковой молекулы начинается с появлением в цитозоле мРНК, которая в присутствии фактора инициации F3, образует комплекс с малой субъединицей рибосом, фиксируемой с 5`-конца мРНК в пределах инициирующего кодона, которым является либо кодон АУГ, либо ГУГ. Этим кодонам соответствует антикодон met-тРНК. В пределах малой субьединицы рибосом может вместиться только два кодона мРНК, и один из них инициирующий (АУГ, ГУГ), а другой любого типа используется в процессе элонгации. Одновременно, инициирующая met-тРНК образует комплекс с ГТФ и фактором инициации F2 и этот комплекс в присутствии фактора F1 присоединяется к малой субъединице рибосомы так, что антикодон met-тРНК спаривается с АУГ (ГУГ) кодоном мРНК. .

Формирование Р-(пептидильного) и А-(аминоацильного) центров рибосом После образования комплекса met-тРНК -мРНК -малая субъдиница рибосом -ГТФ, фактор F3 освобождается. Далее за счет энергии гидролиза ГТФ и высвобождения фактора F1, фактора F2 в комплексе с ГДФ и фосфорной кислоты, к малой субъединице рибосом присоединяется большая субъединица. Сборка рибосом завершается формированием в большой субъединице двух активных центров: Р-центр (пептидильный) и А-центр (аминоацильный). На уровне Р-центра оказывается met-тРНК, а А-центр остается свободным. На этом фаза инициации завершается

Фаза элонгации: В присутствии фактора элонгации ЕF1 и за счет энергии гидролиза ГТФ в свободный А-центр комплиментарно кодону мРНК встраивается соответствующая аминоацил-тРНК. Под воздействием пептидилтрансферазы остаток метионина с met-тРНК Р-центра переносится к аминогруппе аминокислоты находящейся в А-центре в составе аминоацил-тРНК. В результате в А-центре образуется дипептидил т-РНК. тРНК оставшаяся в Р-центре высвобождается. Под воздействием вне рибосомального фактора элонгации ЕF2 и энергии гидролиза 2-х молекул ГТФ рибосома сдвигается в сторону локализации дипептидил-тРНК. В результате транслокации рибосомы относительно мРНК, дипептидил-тРНК оказывается в Р-центре, а на уровне сводобного А-центра обнажается новый кодон (триплет), к которому по правилу комплиментарности своим антикодоном присоединяется соответствующая аминоацил-тРНК. Далее цикл повторяется.

Фаза терминации: Синтез полипептидной цепи продолжается до тех пор, пока на пути рибосом не встретится один из терминирующих триплетов ("бессмысленных" кодонов) мРНК - УАА, УАГ или УГА. В области этих триплетов при участии внерибосомальных белков- факторов терминации (F1,F2) - происходит гидролитическое расщепление связи между синтезированным пептидом и последней молекулой тРНК, и от рибосомы отделяется полипептидная цепь, которая по мере ее нарастания приобретает вторичную и третичную структуры.

Синтез белка

Посттрансляционные изменения В результате трансляции не всегда сразу образуется функционально активный белок, хотя с формированием третичной структуры у белковой молекулы формируется активный центр. В этой связи многие белки нуждаются в дополнительных посттрансляционных перестройках. Например, на рибосомах клеток островков Лангерганса синтезируется вначале белок проинсулин, от которого под воздействием специфических протеаз отщепляется полипетидный фрагмент и образуется функционально активный белок-гормон инсулин. В ряде случаев пострансляционные изменения сопровождаются присоединением к синтезированному белку простетических групп с образованием сложного белка, или происходит объединение нескольких протомеров (субъединиц) в единый функциональный олигомерный белок.

Ингибиторы матричных биосинтезов Токсины выделяемые патогенными бактериами, например, дифтерийный токсин, блокирует транслокацию рибосом, прекращая трансляцию, что вызывает гибель клеток слизистой оболочки зева и сердца. Вирусная инфекция (вирус оспы, гриппа, полимиелита и др.) блокирует синтез РНК и белков клетки - хозяина и переключает генетический аппарат на синтез белков Интерфероны защищают организм не только от вирусной инфекции, но и подавляют рост злокачественных опухолей. К таким же ингибиторам относятся антибиотики. По своему механизму воздействия на матричные биосинтезы антибиотики можно поделить на блокирующие репликацию ДНК, блокирующие транскрипцию (синтез РНК) и ингибирующие разные этапы процесса трансляции.

Антибиотики как ингибиторы матричных синтезов Антибиотики, взаимодействующие с ДНК и нарушающие ее матричную функцию, подавляющие репликацию или транскрипцию, или одновременно оба эти процесс, применяют для подавления опухолевого роста. Примером противоопухолевых антибиотиков являются актиномицин Д (дактиномицин), рубомицин С (дауномицин) и митомицин С. Антибиотики, взаимодействующие с белками рибосом и ингибирующие трансляционные процессы, применяются как антибактериальные средства, отличаются высокой избирательной активностью и поэтому мало токсичны для человека. Тетрациклин блокирует связывание аминоацил-тРНК с А участком малой субьединицей рибосом, ингибирует процесс элонгации, Левомицитин (хлорамфеникол) ингибирует фермент пептидилтрансферазу, связываясь с большой субъединицей рибосом. Стрептомицин - связывается с малой субъединицей рибосом, мешая продвижению рибосом по мРНК, блокирует индукцию и элонгацию. Эритромицин и олеандомицин - связываются с большой субъединицей рибосом, ингибирует транслокацию, пуромицин - ингибирует терминацию синтеза белка.

Синтез белка

Регуляция биосинтеза белка Регуляция синтеза белка в системе оперона идет в двух направлениях: 1.Положительный регуляторный контроль – осуществляется посредством цАМФ и других цАМФ чувствительных и зависимых протеинов - факторов инициации транскрипции, воздействующих на промотор. 2.Репрессия по принципу обратной связи - осуществляется метаболитами, оказывающих корепрессорный эффект, усиливающий репрессию гена-оператора белком-репрессором.

ОПЕРОН Информативные участки оперона (экзоны) представлены структурными генами или цистронами, в триплетной последовательности которых закодирована информация о структуре РНК (мРНК рРНК, тРНК) и полипептидной цепи, Неинформативные участки оперона выполняют другие функции и не содержат генетической информации. Их называют интронами. Интроны оперона регулируют функции структурных генов (экзонов). К ним относятся ген регулятор, ген оператор ген, промотор и др.( темпоральные гены, протонкогены).

Функциональная организация о п е р о н а - транскриптона ( Жакоб, Моно, 1965).

Функции генов оперона Ген промотор - с него начинается транскципция. К нему присоединяются белки, запускающие транскрипцию (цАМФ-рецептроный протеин) и белки облегчающие транскрипцию (РНК полимераза) с соответствующего структурного гена (А, В, С). К гену оператору примыкают структурные гены, которые могут содержать участки интронов и экзонов. В одном опероне может быть один структурный ген - цистрон (моноцистронный оперон) или несколько цистронов (полицистронный оперон). В целом,оперон (транскриптон) представляет собой регулируемую группу генов. Из таких оперонных участков в целом и пострена молекула ДНК.

Регуляторные гены Кроме собственно регуляторных генов в системе оперона обнаружены целый ряд других генов, принимающих участие в регуляции процессов транскрипции и трансляции: процессинг гены и темпоральные гены. Процессинг гены транскрибируют синтез белков, контролирующих созревание м-РНК со структурных генов. Темпоральные гены - обеспечивают долгосрочную работу структурных генов, транскрибируя синтез белков - факторов роста. Фактора роста контролируют дифференцировку клеток, рост и развитие организма от эмбрионального до взрослого состояния. Первые сообщения о факторах роста появились в 1983 году в исследованиях Waterfild, обнаружившего фактор роста тромбоцитов - белка с молекулярной массой 22000 (PDGF), затем были обнаружены факторы роста дермы (DGF), факторы роста нервов (NGF), инсулин - подобный фактор и другие. Протоонкогены. Особое место среди темпоральных генов занимают протоонкогены, которые транскрибируют синтез эмбриональных белков - протоонкобелков, обеспечивающих в ранние периоды жизни организма контроль дифференцировки и роста клеток.

Протоонкогены Протоонкогены имеются во всех нормальных клетках. В связи с очень большой схожестью со структурой вирусных онкогенов они были названы протоонкогенами. Эти гены, через транскрибируемые ими протоонкобелки, регулируют нормальное поведение клетки - ее ответы на ростовые факторы, на гормоны, нормальный темп и "расписание" ее делений. Все протоонкобелки, имеют одинаковые полипептидные участки, что свидетельствует о сходности триплетного набора отдельных звеньев различных проонкогенов. В функциональном плане различают 6 типов протоонкобелков

Мутации протоонкогенов Протоонкогены находятся под тщательным и жестким контролем других генов. Мутации протоонкогенов выводят их из-под воздействия контролирующих генов, делают их автономными. Как правило, опухолеродное действие различных канцерогенных факторов приводит к постоянной, не выключающейся активности протоонкогена. Хромосомные транслокации ведут к тому, что протоонкоген попадает под контроль постоянно действующего в данной ткани гена. И он работает непрерывно, не давая клетке выйти из цикла делений, или посылая непрерывные сигналы с мембраны в ядро, или приводя к синтезу ростовых факторов, посылающих для той же клетки сигналы к делению (аутокринная стимуляция).

Факторы роста Факторы роста известны как белки, индуцирующие синтез ДНК и вхождение клетки в митоз , однако они могут выполнять и другие функции. PDGF ( тромбоцитарный фактор роста ) стимулирует дифференцировку клеток РС12 (линия крысиной феохромоцитомы) EFG ( фактор роста эпидермиса ) может подавлять пролиферацию клеток кишечного эпителия крыс. Факторы роста служат хемоаттрактантами ( PDGF - для фибробластов, HGF/SF ( гепатоцитарный фактор роста /скэттер-фактор) - для клеток MDCK (эпителий почки) - Stoker 1989 ). Кроме того, они оказывают влияние на морфологию клеток . Многие факторы обладают обеими активностями - индуцируют и морфологические изменения, и пролиферацию клеток , как например, PDGF, однако известны и факторы - мотогены , индуцирующие подвижность клеток ( Stoker M., 1989 , Gherardi E., 1991 ). У HGF/SF, выделяемого в среду фибробластами , в зависимости от клеток-реципиентов превалирует то или иное действие - так, было показано, что он индуцирует деление гепатоцитов , и в то же время вызывает поляризацию и увеличение подвижности клеток эпидермального происхождения ( Takaishi K. ea, 1994 ; Stoker M., 1989 ). При действии HGF/SF на линию 308R наблюдалось полное диссоциирование колоний кератиноцитов на отдельные клетки, которое блокировалось антителами к HGF/SF ( Takaishi K. ea, 1994 ).

Большинство полипептидных факторов роста действует одновременно по паракринному и аутокринному механизму . Большинство полипептидных факторов роста действует одновременно по паракринному и аутокринному механизму . Однако отдельные факторы, такие как инсулиноподобные факторы роста , способны оказывать эндокринное действие ( Holly J.M., Wass J.A., 1989 ). Помимо этого, существует еще один способ действия факторов роста, который получил название интракринного ( Logan A., 1990 ). Факторы роста при этом не секретируются и не нуждаются в поверхностных рецепторах, опосредующих их активность. Они остаются внутри клетки и действуют в качестве посредников, регулируя ее функции. Ряд цитоплазматических факторов роста и цитокинов, действующих подобным образом, достаточно хорошо изучен. Это предшественники интерлейкинов 1 и цилиарный нейротрофический фактор , FGF-1 и FGF-2 . Эти факторы вызывают заметный биологический эффект до появления их на поверхности клетки-продуцента или в окружающем ее пространстве.

В регуляторных белках, обладающих интракринным действием, имеются сигнальные последовательности, обеспечивающие внутриклеточную локализацию. В регуляторных белках, обладающих интракринным действием, имеются сигнальные последовательности, обеспечивающие внутриклеточную локализацию. До сих пор очень мало известно о внутриклеточной компартментализации факторов роста и их значении в рассматриваемых процессах. Полагают, что различные внутриклеточные пулы факторов роста могут использовать пара-, ауто- и интракринные механизмы для достижения специфического клеточного ответа. Действие факторов роста необходимо рассматривать в связи с другими стимуляторами, прежде всего гормонами, и с учетом типа клеток-мишеней и их тканевого микроокружения. Фактор роста, высокомитогенный для одного типа клеток, может действовать как ингибитор пролиферации для другого типа клеток. Так, полипептиды, которые индуцируют дифференцировку и останавливают пролиферацию лейкозных клеток, помогают росту недифференцированных эмбриональных клеток ( Williams L.T., 1989 ).

Последние исследования показали, женщины страдающие раком молочной железы, у которых выявлена опухоль, экспрессирующая рецепторы эпидермального фактора роста (ЭФР), получают гораздо меньше пользы от противоопухолевых препаратов на основе полициклических соединений. Последние исследования показали, женщины страдающие раком молочной железы, у которых выявлена опухоль, экспрессирующая рецепторы эпидермального фактора роста (ЭФР), получают гораздо меньше пользы от противоопухолевых препаратов на основе полициклических соединений. ЭФР это вещество ответственное за рост и деление клеток кожи и других тканей. Томас Буххолз и др.впервые показали, что причиной низкой эффективности химиотерапии в некоторых случаях, может быть экспрессия клетками опухоли рецепторов ЭФР. Установлено, что у женщин, страдающих раком молочной железы, происходит амплификация (активация) гена HER2, в результате чего на поверхности опухолевых клеток располагается большое число человеческих эпидермальных рецепторов фактора роста II типа (сокращенно - рецепторов HER2). Рецепторы HER2 на мембране нарушают нормальный клеточный цикл и вынуждают клетки бесконтрольно делиться. Установлено, что в случае экспрессии клетками опухоли рецепторов ЭФР, снижается вероятность успешной терапии опухоли стандартными химиопрепаратами, снижается вероятность положительного исхода болезни. Для лечения данного типа опухоли необходимо использовать препараты блокирующие синтез ЭФР, либо экспрессию рецепторов к нему на поверхности клеток. Таким препаратом явлется герцептин – это гуманизированное моноклональное антитело, разработанное с целью связывания с HER2 белком и блокирования его функции.

Установлено, вырабатываемый в организме человека фактор роста нейрегулин-1 способен эффективно защитить нервные клетки от разрушительных последствий инсульта. Установлено, вырабатываемый в организме человека фактор роста нейрегулин-1 способен эффективно защитить нервные клетки от разрушительных последствий инсульта. Тяжелые последствия инсульта связаны с гибелью большого количества нервных клеток, оставшихся без кислорода, и с последующим воспалением в результате нарушения кровоснабжения тканей головного мозга. Тяжелый инсульт угрожает больному параличом, потерей зрения и слуха и нарушениями речи. По данным американских исследователей, крысы, получившие после искусственного нарушения мозгового кровообращения нейрегулин-1, теряли в среднем на 90% нервных клеток меньше по сравнению с животным, лишенным нейрегулиновой терапии за тот же период. Эффект нейрегулина-1 был ощутим даже когда его вводили животным 13 часов спустя после нарушения кровотока в сосудах мозга.

Современные препараты, применяемые при инсульте, эффективны только том случае, если больной начал принимать их в течение первых трех часов после появления симптомов болезни. Современные препараты, применяемые при инсульте, эффективны только том случае, если больной начал принимать их в течение первых трех часов после появления симптомов болезни. Анализ молекулярной структуры тканей мозга подопытных животных выявил способность нейрегулина-1 влиять на активность большого количества веществ, регулирующих отмирание клеток и воспалительные процессы. Кроме того, нейрегулин-1 препятствует образованию свободных радикалов - веществ, ускоряющих старение и гибель клеток. На основе нейрегулина-1 в скором времени будут созданы препараты, обладающие значительно большим по сравнению с традиционными лекарствами терапевтическим воздействием и сроком эффективного применения.

Опухолевые вирусы и онкогены Некоторые опухолевые вирусы не содержат онкоген, но, встраиваясь в хромосому рядом с протоонкогеном, активируют его, вызывая его непрерывную активность Поскольку протоонкогены, как варианты темпоральных генов, транскрибируют синтез эмбриональных белков, факторов роста и активно функционируют в ранние периоды жизни организма, обеспечивая его развитие от эмбриона до взрослого состояния, то вероятность мутаций, вследствие увеличения чувствительности к химическим, физическим и другим факторам в них резко возрастает и они превращаются в онкогены

Превращение клеточных протоонкогенов Превращение клеточных протоонкогенов в онкогены может происходить в результате и в результате повышения уровня экспрессии протоонкогена, В основе изменения уровня экспрессии протоонкогенов могут лежать самые разнообразные процессы, такие как: 1. амплификация гена, 2.транслокация его под более сильный промотор другого гена, 3.транскрипция гена с промоторов интегрированных ретро вирусов и мобильных элементов.

Онкогенные вирусы Установлено, что гены и даже целые участки хромосом высших организмов могут иногда перемещаться с одного места на другое, от вируса к бактериальной или животной клетке, изменяя смысл генов. Оказалось, что такие явления наблюдаются и в организме человека. Обнаружено, после включения ДНК онкогенных вирусов в хромосому клеток - хозяина некоторые вирусные гены продолжают транскрибироваться, другие находятся в неактивном состоянии. Случается, что включение вирусной ДНК в геном клетки-хозяина приводит к трансформации клетки в опухолеподобное состояние.

Ретровирусы Как показали исследования, во многих зрелых онкогенных РНК-содержащих вирусах (ретровирусы) и в том числе в вирусах вызывающих лейкоз имеется фермент РНК-зависимая ДНК-полимераза (т.е. обратная транскриптаза). После внедрения вируса в клетку на вирусной РНК, как на матрице, под воздействием обратной транскриптазы синтезируется ДНК. Вначале образуется гибридная молекула РНК-ДНК. Затем на одно-цепочечной молекуле ДНК синтезируется комплиментарная ей вторая полинуклеотидная цепь. Вирусная ДНК затем интегрируется с геномом клетки-хозяина, т.е. целиком включается в ДНК клетки, образуя в ней группу вирусных генов в ряду собственных генов клетки. В составе генома происходит транскрипция вирусной ДНК и синтезируется большое число вирусной РНК, с которой синтезируются вирусные белки. Затем из этих белков и РНК происходит самосборка вирионов ( см.фильм) В ходе этих процессов, в частности при включении ДНК вирусов в геном клетки, происходит модификация структуры генов оперона, в том числе и протоонкогенов.

Онкогены По фенотипическим проявлениям различают две группы онкогенов. Одна группа - ядерные (иммортелизующие) онкогены, приводящие к образованию доброкачественных опухолей и вторая группа - трансформирующие онкогены - канцерогенные, вызывающие злокачественные опухоли. Как и протоонкогены, известны двадцать пять (25) видов онкогенов. Эффекты их проявляются попарно - по 2 из 25. Этим можно объяснить многообразие опухолей

Канцерогенез Некоторые опухолевые вирусы не содержат онкоген, но, встраиваясь в хромосому рядом с протоонкогеном, активируют его, вызывая его непрерывную активность ("вставочный" канцерогенез). Онкоген, внесенный в клетку вирусом, или возникший из протоонкогена в результате мутации, или выведенный из-под контроля сдерживающих генов хромосомной транслокацией контролирует синтез "онкобелка" с измененными свойствами. Этот онкобелок и вызывает процессы, которые определяют характерное асоциальное поведение клетки.т.е приводят формированию раковых клеток.

Протеин р53 В последние годы найдено еще одно, по-видимому, наиболее общее звено канцерогенеза - гены-супрессоры опухолей, подавляющие активность онкогенов. Главный представитель этих генов - ген, контролирующий синтез белка р53 Этот ген, вернее, его продукт р53 жестко контролирует активность протоонкогенов, разрешая ее только в строго определенные периоды жизни клетки, когда, например, надо, чтобы клетка вступила в процесс деления.

Протеин р53 и апоптоз Протеин р53 контролирует также апоптоз, направляя клетку к самоубийству, если у нее поврежден генетический аппарат - ее ДНК. Тем самым протеин р53 стабилизирует генетическую структуру клетки, предотвращая появление вредоносных мутаций, в том числе и опухолеродных. Онкогены некоторых вирусов связывают р53 и инактивируют его, это ведет к освобождению клеточных протоонкогенов, к отмене апоптоза и тем самым к накоплению жизнеспособных мутаций в клетке. Многие, если не большинство опухолей человека возникают путем ступенчатой эволюции, в начале которой лежит инактивация гена р53 путем его случайной или индуцированной мутации или инактивации вирусным онкогеном.