Ekspresja Genów: Podstawowe Mechanizmy i Pojęcia, Ćwiczenia z Transport

Pobierz Ekspresja Genów: Podstawowe Mechanizmy i Pojęcia i więcej Ćwiczenia w PDF z Transport tylko na Docsity!

Ekspresja genu

Podstawowe mechanizmy i pojęcia

Ekspresja genu - obraz bardzo uproszczony

www.khanacademy.org

Ekspresja

• (^) Ekspresja (wyrażanie) genu jest regulowana na wielu etapach
• (^) Regulacja ekspresji jest podstawowym mechanizmem dla:
  • (^) adaptacji do zmiennych warunków
  • (^) homeostazy
  • (^) rozwoju i różnicowania
• (^) Wzór regulacji ekspresji genów może być utrzymywany z kolejnymi podziałami komórki, a nawet z kolejnymi pokoleniami - epigenetyka

Centralna hipoteza (“dogmat”)

Francis Crick, 1956

Transkrypcja

• (^) Konkretne mechanizmy różne u Prokaryota i Eukaryrota
• (^) Inicjacja w miejscu promotora, związanie białek z DNA i rozplecenie podwójnej helisy
• (^) Dla genów kodujących białka powstający transkrypt dłuższy, niż sekwencja kodująca
  • (^) obszary UTR ( untranslated regions )
  • (^) nie mylić miejsca startu transkrypcji (+1) z miejscem startu translacji ani końca transkryptu z kodonem stop

Transkrypcja

• (^) U Prokaryota polimeraza wiąże się z DNA, u Eukaryota z DNA wiążą się ogólne czynniki transkrypcyjne, a z nimi dopiero polimeraza
• (^) U Eukaryota kilka (3 główne) polimeraz RNA
  • (^) I - rRNA
  • (^) II - mRNA, niektóre małe RNA
  • (^) III - tRNA, małe RNA
  • (^) mitochondrialna

Ekspresja genów eukariotycznych

• (^) Procesy transkrypcji i translacji są rozdzielone w przestrzeni i czasie
• (^) Każdy gen ma własny promotor, nie występują operony
• (^) Proces ekspresji genu składa się z wielu etapów
• (^) Na każdym z etapów możliwe działanie regulacyjne
• (^) Informacja kierująca syntezą białka może być modyfikowana po transkrypcji (alternatywne składanie, redagowanie) – złożoność proteomu przekracza złożoność genomu

Etapy ekspresji/poziomy regulacji u Eukaryota

• (^) struktura chromatyny
• (^) transkrypcja
• (^) obróbka i kontrola jakości RNA
• (^) transport RNA
• (^) degradacja RNA
• (^) translacja
• (^) modyfikacje post-translacyjne
• (^) degradacja białka

Transkrypcja DNA Pre-mRNA Obróbka mRNA Cap AAAAAAAAAAAA Pol RNA II Tradycyjny obraz ekspresji genu Cap Transkrypcja i obróbka Cap AAAAAAAAAAAA Pol RNA II Współczesny obraz ekspresji genu

U Eukaryota transkrypcja i obróbka RNA są sprzężone

Rys. © dr Zbigniew Domiński, University of North Carolina at Chapel Hill

Bakterie i eukarionty

• (^) Prosta w porównaniu z Eukariontami ekspresja genu bakterii może być ewolucyjnie wtórna, nie pierwotna
• (^) przystosowanie do termofilii (termoredukcja)
  • (^) RNA niestabilny w wysokich temperaturach
  • (^) nie ma hipertermofilnych eukariontów
  • (^) najwcześniejsze gałęzie drzewa bakterii zawierają wiele gatunków ekstremofilnych

Elementy systemów regulacji

• (^) Elementy trans
  • (^) Odrębne cząsteczki oddziałujące z elementami cis i modulujące ekspresję
    • (^) Białka regulujące transkrypcję (czynniki transkrypcyjne), aktywatory, represory itp.
    • (^) Białka regulujące inne etapy ekspresji (aktywatory/represory translacji, splicingu itp.)
    • (^) RNA regulatorowe (siRNA, miRNA itp.)

Podstawy regulacji genu

• (^) Regulacja pozytywna
  • (^) czynnik trans jest aktywatorem – zwiększa ekspresję
• (^) Regulacja negatywna
  • (^) czynnik trans jest represorem – osłabia ekspresję

Operony

• (^) Typowy dla bakterii i archeonów system ekspresji
• (^) Policistronowy transkrypt – wspólna ekspresja wielu genów z jednego promotora
• (^) Przeważnie geny związane funkcją, ale są wyjątki Figure 8.8 Genomes 3 (© Garland Science 2007)

Przykład – operon lac

W. S Klug, M.R Cummings “Concepts of Genetics” 8th edition, Prentice Hall, 2005