prin expresia genelor înțelegem transcripția unei gene în ARNm și traducerea ulterioară a acesteia în proteine. Expresia genelor este controlată în primul rând la nivelul transcripției, în mare parte ca urmare a legării proteinelor la anumite site-uri de pe ADN. În 1965, Francois Jacob, Jacques Monod și Andre Lwoff au împărțit Premiul Nobel pentru medicină pentru munca lor susținând ideea că controlul nivelurilor enzimelor din celule este reglementat prin transcrierea ADN-ului., apare prin reglarea transcrierii, care poate fi indusă sau reprimată. Acești cercetători au sugerat că producția de enzime este controlată de un „operon”, care constă într-o serie de legate de gene pe cromozom format dintr-un operator, un promotor, un regulator de gene structurale, gene.

  • genele structurale conțin codul pentru produsele proteice care urmează să fie produse. Reglarea producției de proteine se realizează în mare măsură prin modularea accesului ARN polimerazei la gena structurală transcrisă.,
  • gena promotorului nu codifică nimic; este pur și simplu o secvență ADN care este situsul inițial de legare pentru ARN polimeraza.
  • gena operatorului este, de asemenea, necodificatoare; este doar o secvență ADN care este locul de legare pentru represor.
  • gena regulatorului codifică sinteza unei molecule represoare care se leagă de operator și blochează ARN polimeraza de la transcrierea genelor structurale.

gena operatorului este secvența ADN-ului netranscriptibil care este situsul de legare a represorului., Există, de asemenea, o genă de reglementare, care codifică sinteza unei molecule represoare hat se leagă de operatorul

  • exemplu de transcriere inductibilă: bacteria E. coli are trei gene care codifică enzimele care îi permit să se împartă și să metabolizeze lactoza (un zahăr în lapte). Promotorul este locul de pe ADN unde ARN polimeraza se leagă pentru a iniția transcripția. Cu toate acestea, enzimele sunt de obicei prezente în concentrații foarte scăzute, deoarece transcripția lor este inhibată de o proteină represoare produsă de o genă de reglare (vezi partea superioară a figurii de mai jos)., Proteina represoare se leagă de site-ul operatorului și inhibă transcripția. Cu toate acestea, dacă lactoza este prezentă în mediu, se poate lega de proteina represoare și o poate inactiva, eliminând în mod eficient blocada și permițând transcrierea ARN-ului mesager necesar pentru sinteza acestor gene (partea inferioară a figurii de mai jos).

  • Exemplu de Repressible Transcriere: E. coli nevoie aminoacidul triptofan, și ADN-ul în E. coli are, de asemenea, genele pentru sinteza ea., Aceste gene transcriu în general continuu, deoarece bacteria are nevoie de triptofan. Cu toate acestea, dacă concentrațiile de triptofan sunt mari, transcripția este reprimată (oprită) prin legarea la o proteină represoare și activarea acesteia, așa cum este ilustrat mai jos.

Controlul Expresiei Genice la Eucariote

Eucariote celulele au mecanisme similare de control al expresiei genice, dar ele sunt mult mai complexe., Luați în considerare, de exemplu, că celulele procariote ale unei specii date sunt toate la fel, dar majoritatea eucariotelor sunt organisme multicelulare cu multe tipuri de celule, astfel încât controlul expresiei genelor este mult mai complicat. Fara a fi surprinzator, expresia genelor în celulele eucariote este controlată de o serie de procese complexe, care sunt rezumate de următoarea listă.după fertilizare, celulele din embrionul în curs de dezvoltare devin din ce în ce mai specializate, în mare parte prin activarea unor gene și oprirea multor altele., Unele celule din pancreas, de exemplu, sunt specializate pentru a sintetiza și secreta enzime digestive, în timp ce alte celule pancreatice (celule β din insulele Langerhans) sunt specializate pentru sinteza și secreția insulinei. Fiecare tip de celulă are un model particular de gene exprimate. Această diferențiere în celule specializate apare în mare parte ca urmare a opririi expresiei majorității genelor din celulă; celulele mature pot folosi doar 3-5% din genele prezente în nucleul celulei.,

  • expresia genelor în eucariote poate fi, de asemenea, reglată prin modificări în ambalarea ADN-ului, care modulează accesul enzimelor de transcripție ale celulei (de exemplu, ARN polimeraza) la ADN. Ilustrația de mai jos arată că cromozomii au o structură complexă. Helixul ADN este înfășurat în jurul proteinelor speciale numite histone, iar acestea sunt înfășurate în fibre elicoidale strânse. Aceste fibre sunt apoi și curbat, pliat în din ce în ce mai compact structuri, care, atunci când este complet spiralat și condensat, da cromozomi lor aspect caracteristic în metafază.,

    • Sursa: http://www.78stepshealth.us/plasma-membrane/eukaryotic-chromosomes.html

    • Similar cu operons descrise mai sus pentru procariote, eucariote, de asemenea, utilizarea de reglementare proteine pentru a controla transcriere, dar fiecare eucariote gena are propriul set de controale. În plus, există multe alte proteine de reglementare în eucariote, iar interacțiunile sunt mult mai complexe.,
    • În eucariote transcrierea are loc în cadrul membranei-legat de nucleu, și prima transcriere este modificat înainte de a acesta este transportat de la nucleu la citoplasmă pentru traducere la ribozomului s. Inițial transcrierea la eucariote are de codificare segmente (exoni) alternând cu non-codare segmente (introni)., Înainte de arnm frunze de nucleu, intronii sunt eliminate din procesul-verbal printr-un proces numit ARN despicare (a se vedea grafic & video mai jos), și în plus nucleotide sunt adăugate la capetele de transcriere; aceste non-codare „capace” și „cozi” proteja arnm de atac de către enzimele celulare și de ajutor în recunoașterea de către ribozomi.,

    Sursa: http://unmug.com/category/biology/organisation-control-of-genome/

    • Variație în durata de viață a arnm oferă încă o oportunitate pentru controlul expresiei genice. ARNm procariot este de scurtă durată, dar transcrierile eucariote pot dura ore sau uneori chiar săptămâni (de exemplu, ARNm pentru hemoglobină în globulele roșii ale păsărilor).,procesul de traducere oferă posibilități suplimentare de reglementare de către multe proteine. De exemplu, traducerea ARNm a hemoglobinei este inhibată dacă nu există heme care conține fier în celulă.
    • există, de asemenea, oportunități pentru controale „post-translaționale” ale expresiei genelor în eucariote. Unele polipeptide traduse (proteine) sunt tăiate de enzime în produse finale mai mici, active. așa cum este ilustrat în figura de mai jos, care descrie prelucrarea post-translațională a insulinei hormonale., Insulina este inițial tradusă ca un precursor mare, inactiv; o secvență de semnal este îndepărtată din capul precursorului și o porțiune centrală mare (lanțul C) este tăiată, lăsând două lanțuri peptidice mai mici, care sunt apoi legate între ele prin punți disulfidice.Forma finală mai mică este forma activă a insulinei.

    Sursa: http://www.nbs.csudh.edu/chemistry/faculty/nsturm/CHE450/19_InsulinGlucagon.htm

    • expresia Genelor poate fi, de asemenea, modificat de defalcare de proteine care sunt produse., De exemplu, unele dintre enzimele implicate în metabolismul celular sunt defalcate la scurt timp după ce sunt produse; acest lucru oferă un mecanism pentru a răspunde rapid la cererile metabolice în schimbare.
    • expresia genelor poate fi, de asemenea, influențată de semnale de la alte celule. Există multe exemple în care o moleculă de semnal (de exemplu, un hormon) dintr-o celulă se leagă de o proteină receptor pe o celulă țintă și inițiază o secvență de modificări biochimice (o cale de transducție a semnalului) care au ca rezultat modificări în celula țintă., Aceste modificări pot include transcrierea crescută sau scăzută, așa cum este ilustrat în figura de mai jos.

    • Interferenta ARN-ului de sistem (Arni) este încă un alt mecanism prin care celulele de control al expresiei genice prin închiderea traducere a arnm. RNAi poate fi, de asemenea, utilizat pentru a închide traducerea proteinelor virale atunci când o celulă este infectată de un virus. Sistemul RNAi are, de asemenea, potențialul de a fi exploatat terapeutic.,

    Arni

    Un ARN virus va invada celulele și să introducă ARN dublu catenar care va utiliza celule de utilaje pentru a face copii de ARN viral și de proteine virale. Sistemul de interferență ARN al celulei (RNAi) poate împiedica replicarea ARN-ului viral. În primul rând, o enzimă poreclită „Dicer” taie orice ARN dublu catenar pe care îl găsește în bucăți care au o lungime de aproximativ 22 de nucleotide. Apoi, complexele de proteine numite RISC (complexul de tăcere indus de ARN) se leagă de fragmentele de ARN dublu catenar, îl înfășoară și apoi eliberează una dintre fire, păstrând în același timp cealaltă., Complexul ARN-RISC se va lega apoi de orice alt ARN viral cu secvențe de nucleotide care se potrivesc cu cele de pe ARN atașat la complex. Această legare blochează traducerea proteinelor virale cel puțin parțial, dacă nu complet. Sistemul RNAi ar putea fi utilizat pentru a dezvolta tratamente pentru genele defecte care provoacă boala. Tratamentul ar implica realizarea unui ARN dublu catenar din gena bolnavă și introducerea acestuia în celule pentru a reduce la tăcere expresia acelei gene., Pentru o explicație ilustrată a RNAi, consultați modulul flash scurt, interactiv la http://www.pbs.org/wgbh/nova/body/rnai-explained.html

    sistemul de interferență ARN este, de asemenea, explicat mai complet în videoclipul de mai jos din Nature Video.

    a reveni la partea de sus | pagina precedentă | pagina următoare