Danas u školi opet imate sedam sati nastave. Školsku torbu i sav pribor u svojoj školskoj torbi (udžbenike, radne bilježnice, bilježnice, kalkulator, olovke, gumice i dr.) nosite na sve sate, no nećete se svim priborom koristiti na svakome satu jer to nije potrebno. Time biste nepotrebno trošili energiju vadeći iz torbe, primjerice, šestar i kalkulator na satu Biologije. Kao što se vi nećete svim priborom koristiti na svakome satu, tako se ni svaka vaša stanica neće koristiti svim genima koji se nalaze u njoj, već samo onima u kojima je zapisana uputa za proteine koji su joj potrebni. To se postiže regulacijom aktivnosti gena.
Danas u školi opet imate 7 sati nastave.
Školsku torbu i sav pribor u svojoj školskoj torbi (udžbenike, radne bilježnice, bilježnice, kalkulator, olovke, gumice i dr.) nosite na sve sate.
Nećete se svim priborom koji nosite koristiti na svakome satu jer to nije potrebno.
Tako biste nepotrebno trošili energiju vadeći iz torbe, primjerice, šestar i kalkulator na satu Biologije.
Nećete se svim priborom koristiti na svakome satu.
Ni svaka se vaša stanica neće koristiti svim genima koji se nalaze u njoj.
Stanica će se koristiti samo genima s uputom za proteine koji su joj potrebni.
To se postiže regulacijom aktivnosti gena.
Regulacija aktivnosti gena u prokariota
Bakterija Escherichia coli živi kao simbiont u našim crijevima gdje se kao izvorom energije može koristiti mliječnim šećerom - laktozom. Razgradnju laktoze omogućuju joj tri enzima koja sama sintetizira. Tri gena u kojima je zapisana genska uputa za sintezu ta tri enzima nalaze se jedan do drugoga na bakterijskoj molekuli DNA.
Ako, primjerice, popijete čašu mlijeka, u okolišu E.coli bit će prisutna laktoza te će u tome slučaju doći do sinteze enzima za razgradnju laktoze. Ako u okolišu bakterije nije prisutna laktoza, tada nema potrebe da bakterija troši resurse na sintezu enzima koji joj u tome trenutku nisu potrebni.
Pogledajmo što se točno događa u ta dva slučaja:
Aktivnost gena regulirat će se s pomoću proteina represora. Taj je protein uvijek prisutan u bakterijskoj stanici, no ako u stanici ima laktoze, tada se ona veže na represor i inaktivira ga.
Ako pak u stanici nema laktoze, tada je represor aktivan, vezan je za molekulu DNA i tako fizički sprečava enzim RNA polimerazu da provede transkripciju. Sinteza proteina je time zaustavljena. Na sličan način regulira se aktivnost i ostalih gena u bakterijama.
Slika 1.3.1.:Escherichia coli snimljena elektronskim mikroskopom; povećanje 7000 x
Bakterija Escherichia coli živi kao simbiont u našim crijevima.
U crijevima se E.coli kao izvorom energije može koristiti mliječnim šećerom - laktozom. E. Coli razgradnju laktoze omogućuju tri enzima koja sama sintetizira.
Za sintezu tih triju enzima genska uputa zapisana je u tri gena.
Tri se gena nalaze jedan do drugoga na bakterijskoj molekuli DNA.
Ako, primjerice, popijete čašu mlijeka, u okolišu E.coli bit će prisutna laktoza. U tome će slučaju doći do sinteze enzima za razgradnju laktoze.
Laktoza nije uvijek prisutna u okolišu bakterije. Ako nema laktoze, bakterija ne troši resurse na sintezu enzima. Bakteriji enzimi nisu potrebni kad nema laktoze.
Aktivnost gena regulirat će se s pomoću proteina represora.
Protein represor uvijek je prisutan u bakterijskoj stanici.
Ako u stanici ima laktoze, tada se laktoza veže na represor i inaktivira ga.
Ako u stanici nema laktoze, tada je represor aktivan.
Represor je vezan za molekulu DNA i tako fizički sprečava enzim RNA polimerazu da provede transkripciju.
Na sličan način regulira se aktivnost i ostalih gena u bakterija.
Slika 1.3.1.:Escherichia coli snimljena elektronskim mikroskopom; povećanje 7000 x
Sljedeća animacija prikazuje mehanizam regulacije gena uključenih u metabolizam laktoze bakterije
E. coli. Kliknite na oznake IMA LAKTOZE odnosno NEMA LAKTOZE u hranjivoj podlozi te pogledajte što
se događa s ekspresijom gena u tim dvama slučajevima. Zatim prijeđite kursorom preko crteža
molekula uključenih u metabolizam laktoze kako bi saznali dodatne informacije o njima.
Regulacija aktivnosti gena u eukariota
U eukariotskih organizama regulacija aktivnosti gena može se provoditi na nekoliko razina. Najčešće se, kao i u prokariota, regulira već na razini transkripcije, ali regulacija je moguća i na razini translacije ili, primjerice, tako da se modificiraju već proizvedeni proteini i tako regulira njihovo djelovanje. Glavni razlog regulacije genske aktivnosti jest ekonomičnost u potrošnji energije. Stanice višestaničnoga organizma razlikuju se po svojim ulogama i po građi neovisno o tome što sadrže iste gene upravo zbog procesa regulacije genske aktivnosti.
Pogledajte galeriju slika koja prikazuje različite stanice biljnoga i životinjskoga organizma. Opišite kako su prikazane stanice prilagođene svojim ulogama u organizmu.
Slika 1.3.2.:Stanice epiderme i puči na listu; svjetlosni mikroskop, povećanje 100 x
Slika 1.3.3.:Stanice parenhima lista; svjetlosni mikroskop, povećanje 400 x
Slika 1.3.4.:Stanice korijena - plavo su obojene parenhimske stanice koje sadrže škrob, a ružičasto epidermalne stanice korijena s korijenovim dlačicama; svjetlosni mikroskop, povećanje 70 x
Slika 1.3.5.:Makrofag fagocitira bakterije; kompjuterska ilustracija
Slika 1.3.6.:Plavo obojeni štapići i ljubičasti čunjići - fotoreceptori oka;
elektronski mikroskop, povećanje 1800 x
Slika 1.3.7.:Epitelne stanice crijeva s crijevnim resicama; elektronski mikroskop, povećanje 3000 x
U eukariotskih organizama regulacija aktivnosti gena može se provoditi
na nekoliko razina:
najčešće se regulira već na razini transkripcije, kao i u prokariota
regulacija je moguća i na razini translacije ili, primjerice, tako da se modificiraju već proizvedeni proteini i tako regulira gensko djelovanje.
Glavni razlog regulacije genske aktivnosti jest ekonomičnost u potrošnji energije.
Višestanični organizam sadrži:
stanice koje sadrže iste gene
stanice se razlikuju po ulogama i građi.
Do razlika među stanicama dolazi zbog procesa regulacije genske aktivnosti.
Pogledajte galeriju slika koja prikazuje različite stanice biljnoga i životinjskoga organizma.
Opišite kako su prikazane stanice prilagođene svojim ulogama u organizmu.
Slika 1.3.2.:Stanice epiderme i puči na listu; svjetlosni mikroskop, povećanje 100 x
Slika 1.3.3.:Stanice parenhima lista; svjetlosni mikroskop, povećanje 400 x
Slika 1.3.4.:Stanice korijena - plavo su obojene parenhimske stanice koje sadrže škrob, a ružičasto epidermalne stanice korijena s korijenovim dlačicama; svjetlosni mikroskop, povećanje 70 x
Slika 1.3.5.:Makrofag fagocitira bakterije; kompjuterska ilustracija
Slika 1.3.6.:Plavo obojeni štapići i ljubičasti čunjići - fotoreceptori oka;
elektronski mikroskop, povećanje 1800 x
Slika 1.3.7.:Epitelne stanice crijeva s crijevnim resicama; elektronski mikroskop, povećanje 3000 x
Na slici je prikazano nekoliko različitih vrsta stanica ljudskoga tijela. Ispod slike su navedeni različiti proteini. Pretpostavite koji se od proteina navedenih ispod slike nalaze u prikazanim stanicama i pridružite ih tim stanicama. Argumentirajte svoje pretpostavke, a zatim ih provjerite tako da kliknete na prikazane stanice. Informacije o proteinima koji vam nisu poznati potražite na mrežnim stranicama Struna. http://struna.ihjj.hr/
Pogledajte video o regulaciji aktivnosti gena višestaničnih organizama.
Vidi se realna snimka jedne stanice koja predstavlja zigotu. Ona se ubrzo dijeli na dvije stanice, a onda na četiri, a onda na osam.
Prikazana je skica zigote u sredini, oko nje se nalaze slike živčanih, kožnih, masnih, krvnih i mišićnih stanica. Vidljivo je da sve te izgledom i funkcijom različite stanice proizlaze iz te jedne zigote.
Zatim je prikazana skica stanice u kojoj se nalazi velika jezgra, a na površini receptori hormona. Određena molekula hormona zatim pliva oko stanice i veže se za receptor. Hormon i receptor zajedno ulaze u stanicu i dospiju u jezgru gdje potiču na stvaranje određenih proteina.
Znanstvenici smatraju da regulacija genske aktivnosti ima utjecaj i na razlike između međusobno srodnih organizama poput čovjeka i naših najbližih živućih srodnika - čimpanzi. Čovjek i čimpanze imaju gotovo 99 % zajedničkih gena (Prüfer i sur., 2012), a razlika u našim obilježjima nije rezultat samo tih oko 1 % različitih gena, već joj doprinosi i regulacija aktivnosti gena. Promatrajući ljude i čimpanze lako je zamisliti da dijele većinu svog genoma, sličnosti su vidljive u građi i ponašanju. Međutim, kad uzimamo u obzir da se genom čovjeka podudara s oko 60 % genoma banane, sličnosti možda nisu očite na prvi pogled. Ipak, mnoge sličnosti mogu se vidjeti na staničnoj razini. Razmislite i navedite nekoliko sličnosti na staničnoj razini koje dijele ljudi i banane.
Slika 1.3.8.:Čimpanze su najbliži živući ljudski srodnici.
Znanstvenici smatraju da: regulacija genske aktivnosti utječe i na razlike međusobno srodnih organizama
poput čovjeka i naših najbližih živućih srodnika - čimpanzi.
Čovjek i čimpanze imaju gotovo 99 % zajedničkih gena (Prüfer i sur., 2012).
Razlici u našim obilježjima doprinosi:
oko 1 % različitih gena
regulacija aktivnosti gena.
Slika 1.3.8.: Čimpanze su najbliži živući ljudski srodnici.
Za kraj...
Svi geni neke stanice nisu uvijek aktivni, već se njihova aktivnost regulira na različite načine. To omogućuje stanicama ekonomično raspolaganje energijom. Najčešće se aktivnost gena regulira već na razini transkripcije.
U višestaničnih organizama reguliranjem aktivnosti gena omogućena je specijalizacija stanica za različite uloge.
Svi geni neke stanice nisu uvijek aktivni.
Genska aktivnost regulira se na različite načine.
Aktivnost gena omogućuje stanicama ekonomično raspolaganje energijom.
Najčešće se aktivnost gena regulira već na razini transkripcije.
U višestaničnih organizama reguliranje aktivnosti gena omogućuje specijalizaciju stanica za različite uloge.
