113. Какие особенности регуляции дифференциальной активности генов у эукариотов?

У эукариотов размер генома в сотни, а у млекопитающих в тысячу раз больше, чем у прокариотов, поэтому регулировать такую систему довольно сложно. У большинства эукариотов регуляция активности генов осуществляется на стадии транскрипции (рис. 29). Для них характерны долгоживущие матрицы иРНК.

Рис. 29. Схема регуляции транскрипции у эукариотов: Т - транскриптон; р - промотор; a₁-а_n - акцепторная зона; r₁-r_n - регуляторные белки; S_n - структурный ген; 1 - транскрипция; 2 - транспорт иРНК в цитоплазму; 3 - распад неинформативной части про-иРНК

Хотя у эукариотов после введения субстрата синтез определенных ферментов усиливается, однако это усиление не столь велико, как у микроорганизмов, потому что осуществляется на фоне уже работающего гена.

Если у микроорганизмов идет координированная регуляция синтеза ферментов (оперонная система регуляции), то у животных гены, которые бы имели единую регуляторную зону, не установлены. Каждый их ген регулируется отдельно, и наблюдается последовательность в синтезе ферментов, так называемая "каскадная" регуляция. Под влиянием эффекторов многие гены могут регулироваться одновременно и включать целые группы дифференцировки. В качестве эффекторов могут использоваться низкомолекулярные вещества и белки. Гормоны, например, действуют лишь на отдельные клетки - клетки-мишени, которые, очевидно, содержат рецепторы, способные присоединять гормоны, образуя с ними комплексы.

При включении определенной генетической системы происходит дифференцировка клеток, после чего действие эффектора может быть устранено, но клетка продолжает работать. Это так называемое эпигенетическое наследование - один из важнейших факторов развития и дифференцировки организмов, система самоподдержания включенных программ.

Сравнение матричной активности хроматина с активностью очищенной ДНК показало более высокую активность последней в 10 раз. Исследованиями установлено, что основные белки хроматина (в частности, гистоны) ограничивают транскрипцию, блокируя гены. В отличие от многих эффекторов гистоны нельзя рассматривать как специфические регуляторы генной активности, так как они сходны в разных тканях и организмах. Очевидно, они необходимы для структурирования молекул. Специфичность же хроматина определяют кислые белки.

Хроматин эукариотов в зависимости от его функционального состояния может существовать либо в гетерохроматиновой, либо в эухроматиновой форме (взаимообратимые физические состояния хроматина).

Гетерохроматин остается компактным и, следовательно, неактивным на протяжении интерфазы клеточного цикла. Поэтому молекулярные механизмы, лежащие в основе гетерохроматинизации, контролируют степень конденсации или спирализации хромосом, делая нити ДНК недоступными для транскрипции РНК.

При активизации участков хроматина со многими повторами синтезируется гигантский предшественник (про-иРНК), включающий в функциональном отношении информативную (структурные гены) и неинформативную (акцепторную) зоны. Происходит распад псевдо-иРНК, а иРНК (с небольшими избытками на концах цепи) служит матрицей для синтеза специфических белков.