Основная стратегия регуляции внутриклеточных процессов. Генетическая регуляция

Растительный организм не обладает нервной системой. У высших растений до 80 типов клеток, которые объединяются в физиологические системы:

1) Система воздушного питания представлена, в основном, листьями; основная функция – фотосинтез.

2) Система почвенного питания представлена корнями; функция – поглощение из почвы минеральных веществ и воды.

3) Система транспорта представлена сосудистой проводящей системой; функция – транспорт по растительному организму воды, минеральных и органических веществ.

4) Опорная система представлена механическими тканями, древесиной и эпидермально-кутикулярным слоем клеток.

5) Двигательная система представлена зонами роста клеток, расположенными в разных частях растения.

6) Выделительная система включает наружные секреторные структуры (железы, волоски, нектарники, гидатоды) и внутренние секреторные структуры (полости, каналы, в которых накапливаются эфирные масла, смолы, камеди).

7) Дыхательная система расположена диффузно, включает устьица, чечевички, межклетники аэренхимы.

8) Система полового размножения представлена цветами.

9) Система вегетативного размножения представлена клубнями, усами, корнеплодами.

Перечень систем подчеркивает сложность растительного организма и обеспечение гомеостаза за счет регуляции. Гомеостаз обеспечивается отрицательными обратными связями.. Внутриклеточные системы регуляции

1) Ферментативная.

2) Генетическая.

3) Мембранная.

В основе этих форм лежит рецепторно-конформационный принцип, инструментами являются белки.

Генетическая регуляция затрагивает сразу несколько ферментов. Она более экономична по сравнению с ферментативной, но занимает больше времени, т. к. этот вид регуляции связан со сложными процессами транскрипции, трансляции. Эта регуляция играет особую роль в процессе развития растительного организма. В клетках существуют активные и неактивные гены. Суть генетической регуляции – активация и репрессия генов. Результат – появление или исчезновение того или иного белка. Генетическая регуляция осуществляется метаболитами, а также факторами внешней среды (гормоны, свет, температура). В эксперименте генетическую регуляцию отличают от ферментативной, используя ингибиторы синтеза белка.

Регуляция процессинга

В 1961 г. предложена гипотеза оперона (Жакоб и Моно). В 1967 г. Гильбердт выделил белки-репрессоры и гипотеза оперона перешла в ранг теории.

Акцепторная зона состоит из нескольких нуклеотидов с одним и тем же азотистым основанием. В отличие от промотора и оператора акцепторная зона транскрибируется. Если к акцепторной зоне присоединяется соответствующий комплементарный участок (ассоциат), то это является сигналом для начала процессинга. Если акцепторная зона не занята комплементарным ассоциатом, то про мРНК не подвергается процессингу.

Информация о комплементарных ассоциатах записана в ДНК. Это исследовано на примере фермента нитратредуктазы. Оказалось, что поступление нитратов и фермент цитокинин запускают синтез комплементарных ассоциатов. По такой схеме происходит синтез индуцибельных белков, которые не всегда нужны клетке.

Альтернативный сплайсинг

Экзоны про мРНК могут сшиваться в различной последовательности, в результате этого из одной про мРНК может образовываться несколько зрелых мРНК. Число вариантов потенциально возможных мРНК вычисляется по формуле 2ⁿ, где n – число экзонов. Иногда интронные участки становятся экзонными, а экзонные – интронными. Замены последовательности экзонов, которые происходят при альтернативном сплайсинге, не приводят к образованию новых белков. Белки, синтезированные на мРНК, образованных в результате преобразования одной про мРНК, обладают аналогичными функциями (изоформы), но активность таких ферментов может существенно отличаться.

Явление альтернативного сплайсинга открыто на вирусах, но оно распространяется на прокариотические и эукариотические организмы.

Хромосомная регуляция

Хромосомная регуляция синтеза белков осуществляется с помощью гистонов, посредником является РНК. Существование комплекса гистонов и РНК доказано в эксперименте с горохом. При разделении хроматина на ДНК и гистоны РНК остается с гистонами. Влияние гистонов проявляется через упаковку ДНК. Активными в отношении транскрипции являются участки деспирализованной ДНК. Хромосомная регуляция с участием гистонов вызывает длительные репрессии, которые вызываются у растений фитогормонами.

Поиск по сайту: