Ocena brak

REGULACJA GENETYCZNA

Autor /KolesHaHa Dodano /01.08.2013

Proces mający na celu ujawnienie się produktu genu w postaci kodowanego przez niego białka w komórce. Z tego powodu regulacja genetyczna występuje w wielu miejscach podczas przepływu informacji genetycznej z DNA do białka. Proces regulacji aktywności genów jest niezmiernie ważny dla prawidłowego funkcjonowania komórki.

Poziom ekspresji określonej informacji genetycznej powinien być zgodny z potrzebami komórki w danym momencie, jak również reagować na działanie czynników zewnętrznych i wewnętrznych w dostosowaniu metabolizmu do najbardziej optymalnego stanu, w celu utrzymania homeostazy.

Wyniki badań prowadzonych od lat 60. XX wieku pozwoliło zrozumieć i wyjaśnić proces transkrypcji i translacji, jak również dostarczyły wielu informacji na temat regulacji tych ważnych pod względem przepływu informacji genetycznej procesów.

Inicjacja transkrypcji jest krytycznym etapem w regulacji genów. Jak wiadomo proces transkrypcji jest źródłem mRNA, który następnie staje się matrycą do syntezy białek. Z tego powodu wydaje się całkowicie zrozumiałe, że pierwszy etap ekspresji genetycznej powinien podlegać ścisłej regulacji.

W komórkach bakteryjnych wyróżnić można dwa główne systemy regulacji transkrypcji:

-    kontrola konstytutywna - uzależniona od budowy promotora operonu;

-    kontrola na etapie inicjacji transkrypcji - uzależniona od wstępowania białek regulatorowych.

KONTROLA KONSTYTUTYWNA wynika z budowy samego promotora operonu, a więc miejsca wiązania się polimerazy RNA. W skład bakteryjnej polimerazy RNA wchodzi podjednostka a, która pełni funkcję regulacyjną, a głównie jej forma decyduje, które geny są transkrybowane. Jest ona częścią polimerazy RNA, której głównym zadaniem jest łączenie się do nici DNA w regionach ulegających transkrypcji w miejscu promotora. Np. u Escherichia coli występuje podjednostka o o masie 70 kDa (o70), której obecność w enzymie determinuje transkrypcje niemal wszystkich potrzebnych genów białek.

W sytuacjach stresowych, jak np. szok cieplny, bakteria uruchamia podjednostkę a32, której obecność determinuje transkrypcje genów pomagających bakterii przeżycie w sytuacji trwania sytuacji stresowej. Innym przykładem jest podjednostka a54, która kontroluje ekspresję genów odpowiedzialnych za wiązanie azotu,

KONTROLA NA ETAPIE INICJACJI TRANSKRYPCJI

Drugim elementem regulacji transkrypcji u bakterii jest kontrola inicjacji transkrypcji poprzez obecność białek represorowych. Obecnie dobrze poznane zostały dwa modele regulacji ekspresji informacji genetycznej u bakterii. Jak wiadomo geny określonego szlaku metabolicznego ułożone są u bakterii w jednostce nazywanej operonem.

W regulacji operonu uczestniczy białko repre-sor, które wiąże się do miejsca na nici DNA zwanego operatorem. Związanie się represora uniemożliwia przyłączenie się polimerazy RNA do promotora poprzez zablokowanie dostępu związania się enzymu do nici DNA.

Aktywność represora jest podyktowana obecnością lub brakiem określonych cząsteczek w komórce bakteryjnej. Przykładem takiej cząsteczki jest laktoza - kontrolująca ekspresję operonu laktozowego i tryptofan - kontrolujący ekspresję operonu tryptofanowego.

W przypadku operonu laktozowego laktoza jest induktorem ekspresji informacji genetycznej. W wyniku braku jej obecności w komórce bakteryjnej białko represora wiąże się w miejscu operatora i uniemożliwia proces transkrypcji. W warunkach, kiedy w komórce bakteryjnej będzie znajdowała się laktoza, następuje wiązanie się jej do represora. Powoduje to zmiany konfirmacyjne w białku, które powodują niezdolność związania się represora do nici DNA. Dzięki temu możliwe staje się przyłączenie polimerazy RNA i rozpoczęcie procesu transkrypcji genów odpowiedzialnych za rozkład laktozy.

Drugim sposobem regulacji procesu inicjacji jest model operonu tryptofanowego. Tryptofan jest tutaj korepresorem, a nie jak w operonie laktozowym induktorem, W tym przypadku białko represora może związać się z DNA w miejscu operatora jedynie w obecności tryptofanu, a więc produktu końcowego szlaku metabolicznego kodowanego przez operon tryptofanowy.

Jak widać model peronowy regulacji genetycznej pozwala komórce bakteryjnej szybkie dostosowa- . nie swojego metabolizmu to warunków środowiskowych. Pozwala to na oszczędność energetyczną komórki.

REGULACJA W KOMÓRKACH EUKARIOTYCZNYCH

W komórkach eukariotycznych proces regulacji genetycznej na etapie inicjacji transkrypcji jest procesem bardziej złożonym niż w przypadku komórek bakteryjnych. Wynika to zarówno z budowy promotorów genów eukariotycznych, jak i znacznie większej ilości genów, których ekspresja musi być kontrolowana.

Głównym elementem regulacji ekspresji jest tempo w składaniu kompleksu transkrypcyjnego. Z tego powodu w komórkach eukariotycznych występują dodatkowe białka aktywujące. Białka te aktywują dodatkowo Inicjację transkrypcji przez poiimerazę RNA II i Ili. Owe białka nazywamy czynnikami transkrypcyjnymi. Są to białka wiążące się z DNA i oddziałujące w sposób pośredni bądź bezpośredni na inicjację transkrypcji. Czynniki transkrypcyjne posiadają specyficzne domeny wiązania DNA, do których należą m.in.: palec cynkowy, zamek leucynowy czy heliks-pętla-heiiks.

Czynniki transkrypcyjne można podzielić na kilka klas:

-    czynniki konstytutywne - a więc te, które występują powszechnie w komórkach eukariotycznych;

-    czynniki odpowiedzi - białka aktywowane w wyniku reakcji komórki na czynniki zewnętrzne, np. szok cieplny, W tym przypadku wystąpienie określonego czynnika zewnętrznego powoduje ich- aktywację, Sączenie się z DNA, co powoduje transkrypcje określonych genów;

- czynniki specyficzne komórkowo - czynniki, które występują tylko w określonych typach komórek. Sprawia to, że jest możliwa specjalizacja komórek, poprzez ekspresję tylko określonych genów charakterystycznych dla określonego typu komórek.

Często aktywność określonych typów czynników transkrypcyjnych związana jest ze szlakiem przekazywania sygnałów wewnątrzkomórkowych, w wyniku zmian środowiskowych czy działania określonych bodźców na komórkę, jak np. hormony.

Podobne prace

Do góry