Informație

14.9: Reglarea genelor în procariote - Biologie


Rezultatele învățării

Înțelegeți pașii de bază în reglarea genelor în celulele procariote

În bacterii și arhee, proteinele structurale cu funcții conexe - cum ar fi genele care codifică enzimele care catalizează numeroasele etape dintr-o singură cale biochimică - sunt de obicei codificate împreună în cadrul genomului într-un bloc numit operon și sunt transcrise împreună sub controlul unui singur promotor. Aceasta formează o transcriere policistronică (Figura 1). Promotorul are apoi control simultan asupra reglării transcripției acestor gene structurale, deoarece acestea vor fi fie necesare în același timp, fie nu va fi nevoie de niciuna.

Oamenii de știință francezi François Iacov (1920–2013) și Jacques Monod la Institutul Pasteur au fost primii care au arătat organizarea genelor bacteriene în operoni, prin studiile lor asupra lac operon de E coli. Au găsit asta în E coli, toate genele structurale care codifică enzimele necesare pentru utilizarea lactozei ca sursă de energie se află una lângă alta în lactoză (sau lac) operon sub controlul unui singur promotor, lac promotor. Pentru această lucrare, au câștigat Premiul Nobel pentru fiziologie sau medicină în 1965.

Fiecare operon include secvențe de ADN care își influențează propria transcriere; acestea sunt situate într-o regiune numită regiune de reglementare. Regiunea de reglementare include promotorul și regiunea din jurul promotorului, la care factori de transcriere, proteinele codificate de gene reglatoare, se pot lega. Factorii de transcripție influențează legarea ARN polimeraza promotorului și permite progresului acestuia să transcrie gene structurale. A represor este un factor de transcripție care suprimă transcrierea unei gene ca răspuns la un stimul extern prin legarea la o secvență de ADN din regiunea de reglementare numită operator, care este situat între situsul de legare al ARN polimerazei al promotorului și situsul de început transcripțional al primei gene structurale. Legarea represorului blochează fizic ARN-polimeraza de la transcrierea genelor structurale. Dimpotrivă, un activator este un factor de transcripție care mărește transcripția unei gene ca răspuns la un stimul extern prin facilitarea legării ARN polimerazei la promotor. Un inductor, un al treilea tip de moleculă de reglare, este o moleculă mică care fie activează, fie reprimă transcripția prin interacțiunea cu un represor sau un activator.

Alte gene din celulele procariote sunt necesare tot timpul. Aceste produse genetice vor fi exprimată constitutiv, sau pornit continuu. Cele mai multe gene exprimate în mod constitutiv sunt gene „menajere” responsabile de întreținerea generală a unei celule.

Întrebări practice

Care sunt părțile din secvența ADN a unui operon?

[rândurile zonei de antrenament = ”2 ″] [/ zona de antrenament]
[revelare-răspuns q = ”665976 ″] Afișare răspuns [/ revelare-răspuns]
[hidden-answer a = ”665976 ″] Un operon este compus dintr-un promotor, un operator și genele structurale. Ele trebuie să apară în această ordine.

[/ ascuns-răspuns]

Ce tipuri de molecule de reglare există?

[rândurile zonei de antrenament = ”2 ″] [/ zona de antrenament]
[revelare-răspuns q = ”665979 ″] Afișare răspuns [/ revelare-răspuns]
[hidden-answer a = ”665979 ″] Există trei tipuri de molecule de reglare: represori, activatori și inductori. [/ hidden-answer]


Reglarea genelor: teoria operonului

Fiecare celulă nucleată dintr-un organism multicelular conține copii ale aceluiași ADN. În mod similar, toate celulele din două culturi bacteriene pure inoculate din aceeași colonie de pornire conțin același ADN, cu excepția modificărilor care apar din mutații spontane. Dacă fiecare celulă dintr-un organism multicelular are același ADN, atunci cum se face că celulele din diferite părți ale corpului organismului prezintă caracteristici diferite? În mod similar, cum se face că aceleași celule bacteriene din două culturi pure expuse la condiții de mediu diferite pot prezenta fenotipuri diferite? În ambele cazuri, fiecare celulă identică genetic nu pornește sau exprimă același set de gene. Doar un subset de proteine ​​dintr-o celulă la un moment dat este exprimat.

ADN-ul genomic conține ambele gene structurale, care codifică produse care servesc ca structuri celulare sau enzime și gene reglatoare, care codifică produsele care reglează expresia genelor. Expresia unei gene este un proces foarte reglementat. În timp ce reglarea expresiei genelor în organismele multicelulare permite diferențierea celulară, în organismele unicelulare, cum ar fi procariotele, asigură în primul rând că resursele unei celule nu sunt irosite, producând proteine ​​de care celula nu are nevoie în acel moment.

Elucidarea mecanismelor de control expresia genelor este important pentru înțelegerea sănătății umane. Defecțiunile acestui proces la om duc la dezvoltarea cancerului și a altor boli. Înțelegerea interacțiunii dintre expresia genică a unui agent patogen și cea a gazdei sale umane este importantă pentru înțelegerea unei anumite boli infecțioase. Reglarea genelor implică o rețea complexă de interacțiuni într-o anumită celulă între semnale din mediul celulei, molecule de semnalizare din celulă și ADN-ul celulei. Aceste interacțiuni duc la exprimarea unor gene și suprimarea altora, în funcție de circumstanțe.

Procariotele și eucariotele împărtășesc unele asemănări în mecanismele lor de reglare a expresiei genelor, cu toate acestea, expresia genică în eucariote este mai complicată din cauza separării temporale și spațiale dintre procesele de transcripție și traducere. Astfel, deși cea mai mare reglare a expresiei genelor are loc prin control transcripțional la procariote, reglarea expresiei genice la eucariote are loc la nivel transcripțional și post-transcripțional (după ce transcrierea primară a fost realizată).


Reglarea genelor în procariote și eucariote - Prezentare PPT PowerPoint

Din punct de vedere chimic, enzimele sunt proteine. Datorită formei unice a fiecărei enzime, este specifică unei anumite reacții, ea va cataliza o singură reacție. & ndash PowerPoint PPT de prezentare

PowerShow.com este un site de conducere de prezentare / prezentare de diapozitive. Indiferent dacă aplicația dvs. este de afaceri, instrucțiuni, educație, medicină, școală, biserică, vânzări, marketing, instruire online sau doar pentru distracție, PowerShow.com este o resursă excelentă. Și, cel mai bine, toate caracteristicile sale interesante sunt gratuite și ușor de utilizat.

Puteți utiliza PowerShow.com pentru a găsi și descărca exemple de prezentări online PowerPoint ppt despre orice subiect vă puteți imagina, astfel încât să puteți învăța cum să vă îmbunătățiți propriile diapozitive și prezentări gratuit. Sau folosiți-l pentru a găsi și descărca prezentări ppt PowerPoint de înaltă calitate cu diapozitive ilustrate sau animate care vă vor învăța cum să faceți ceva nou, de asemenea, gratuit. Sau utilizați-l pentru a încărca propriile diapozitive PowerPoint, astfel încât să le puteți împărtăși profesorilor, clasei, studenților, șefilor, angajaților, clienților, potențialilor investitori sau lumii. Sau folosiți-l pentru a crea prezentări de imagini foto foarte interesante - cu tranziții 2D și 3D, animație și alegerea dvs. de muzică - pe care le puteți partaja cu prietenii de pe Facebook sau cu cercurile Google+. Totul este gratuit, de asemenea!

Pentru o mică taxă, puteți obține cea mai bună confidențialitate online din industrie sau vă puteți promova public prezentările și prezentările de diapozitive cu clasamente de top. Dar, în afară de asta, este gratuit. Vom converti chiar și prezentările și prezentările de diapozitive în formatul Flash universal cu toată gloria lor multimedia originală, inclusiv animație, efecte de tranziție 2D și 3D, muzică încorporată sau alt sunet sau chiar videoclipuri încorporate în diapozitive. Totul gratuit. Majoritatea prezentărilor și prezentărilor de diapozitive de pe PowerShow.com pot fi vizualizate gratuit, multe fiind chiar descărcate gratuit. (Puteți alege dacă le permiteți oamenilor să descarce prezentările PowerPoint originale și prezentările de diapozitive foto contra cost sau gratuit sau deloc.) Consultați PowerShow.com astăzi - GRATUIT. Există cu adevărat ceva pentru toată lumea!

prezentări gratuite. Sau folosiți-l pentru a găsi și descărca prezentări ppt PowerPoint de înaltă calitate cu diapozitive ilustrate sau animate care vă vor învăța cum să faceți ceva nou, de asemenea, gratuit. Sau utilizați-l pentru a încărca propriile diapozitive PowerPoint, astfel încât să le puteți împărtăși profesorilor, clasei, studenților, șefilor, angajaților, clienților, potențialilor investitori sau lumii. Sau folosiți-l pentru a crea prezentări de imagini foto foarte interesante - cu tranziții 2D și 3D, animație și alegerea dvs. de muzică - pe care le puteți partaja cu prietenii de pe Facebook sau cu cercurile Google+. Totul este gratuit, de asemenea!


Analiza globală a reglării transcripției genelor la procariote

Procariotele au mecanisme complexe de reglare a transcripției lor genetice, prin acțiunea factorilor de transcripție (TF). Această revizuire tratează strategiile, abordările și provocările actuale în înțelegerea i) cum să mapeze repertoriile TF și operon pe un genom, ii) cum să identifice elementele specifice de ADN cu acțiune cis și TF-urile lor legate de ADN care sunt necesare pentru exprimarea unei gene date, iii) cum se definesc membrii de regulon ai unui TF dat, iv) modul în care un TF dat interacționează cu promotorii săi țintă, v) modul în care aceste interacțiuni ADN-promotor TF constituie rețele de reglementare și vi) modul transcripțional rețelele de reglementare pot fi reconstituite prin metode de inginerie inversă. Scopul nostru este de a descrie puterea tehnicilor genomice nou dezvoltate și a instrumentelor de calcul, singure sau în combinație, pentru a diseca circuitele genetice ale reglării transcripției și modul în care acest lucru are potențialul extraordinar de a modela rețelele de reglare din celulele procariote.


Asemănări între expresia genelor procariote și eucariote

  • Expresia genelor procariote și eucariote sunt procesele responsabile de producerea unei proteine ​​funcționale pe baza informațiilor codificate de gene.
  • De asemenea, ambele procese au loc prin transcriere și traducere.
  • Mai mult, traducerea atât în ​​procariote, cât și în eucariote are loc în citoplasmă.
  • În plus, atât expresia genelor procariote, cât și cele eucariote au modificări post-translaționale, inclusiv fosforilarea, acetilarea etc.

Prezentare generală a structurii proteinei care leagă regiunea de schelă / matrice și # x02013 Relația funcțională

Organizarea și arhitectura nucleară sunt importante pentru rezultatele funcționale precum replicarea, transcrierea și repararea ADN-ului (Razin și colab., 1996 Stein și colab., 2003). Interacțiunea complicată dintre matricea nucleară și cromatină este cea care reglează fin diferitele procese de reglare. Interacțiunile S / MAR și S / MARBP ajută la formarea buclelor de cromatină care reunesc elemente de reglare separate, modulând astfel expresia genelor (Capco și colab., 1982). S / MAR-urile, în general, nu au conservare a secvenței, totuși, aceștia au similaritate structurală (Breyne și colab., 1992 Laemmli și colab., 1992). Odată cu avansarea secvențierii cu randament ridicat, au fost efectuate mai multe studii la nivel de genom, precum ChIP-Seq, ChIA-PET și HiC, pentru a identifica ocupațiile la nivelul genomului diferitelor S / MARBP (Han și colab., 2018). Studiile HiC efectuate la o rezoluție a hărții de 1 kb au oferit informații detaliate cu privire la domeniile de contact CTCF. Lociurile din același domeniu de contact au afișat niveluri ridicate de corelație între modificările histonice (și anume, H3K4me1, H3K4me2, H3K4me3, H3K9me3, H3K27me3, H3K36me3 și H3K4me1) comparativ cu loci prezente în diferite domenii pe baza liniei celulare GM12878. Destul de des, modificările modelelor de contact pe termen lung se modifică odată cu modificările stărilor de cromatină a locurilor dintr-un domeniu de contact. Studii HiC similare în încă șapte linii celulare umane (și anume, HMBC, KBM7, HUVEC, IMR90, NHEK, HeLa și K562) au arătat că s-a păstrat aproape 50% din vârf. Prin urmare, organizarea de bază a genomului rămâne constantă, dar reglarea fină are loc într-un mod specific contextului, care este asociat cu schimbări în partenerii care interacționează. În majoritatea cazurilor, buclele sunt legate la o pereche de site-uri de legare convergente pentru CTCF și SMC3 / RAD21. Organizarea genomului de către CTCF la scară largă este mediată de orientarea specifică a siturilor de legare a CTCF. Cu toate acestea, multe dintre interacțiunile pe termen scurt nu respectă aceeași regulă și, adesea, siturile convergente nu sunt implicate în interacțiunile slab formate (Rao și colab., 2014). CTCF conține mai multe motive ZF și are un grad variabil de afinitate pentru ADN în funcție de secvența din motivele canonice sau mai puțin caracterizate necanonice. Deși CTCF se leagă de site-urile convergente, puterea interacțiunii variază și încă nu se înțelege de ce. Studiile au arătat mult timp că CTCF nu funcționează singur și are mai mulți parteneri proteici (Ghirlando și Felsenfeld, 2016). Interacțiunile proteice și # x02013proteine ​​(IPP) guvernează funcțiile de reglementare ale CTCF. SATB1 este un alt exemplu de S / MARBP bine studiat, care a fost studiat în principal ca un organizator al genomului specific celulei T. Proteinele SATB1 umane și de șoarece au o omologie de 98,3%. SATB1 are un domeniu N-terminal care adăpostește semnalul de localizare nucleară urmat de domeniul PDZ. Domeniul N-terminal în sine poate interacționa cu motivul ADN, cu toate acestea, dimerizarea este necesară pentru activitatea de legare a ADN-ului. Pentru formarea structurii buclei de ordin superior, tetramerizarea este esențială. Activitatea de legare a ADN a domeniului N-terminal se datorează probabil domeniului asemănător CUT din acesta (Zelenka și Spilianakis, 2020). Domeniul CUT determină afinitatea față de ADN, iar homeodomeniul conferă specificitatea interacțiunii (Yamasaki și colab., 2007). Deși studiile au arătat că SATB1 are proeminența secvenței TAATA în motiv, dar interesant, SATB1 nu se leagă de toate motivele TAATA disponibile. Aceasta implică faptul că secvența adiacentă sau vecină, partenerii de proteine ​​care interacționează, conformația SATB1 etc. ar fi importante în determinarea situsurilor de legare. Un studiu foarte recent a identificat că interacțiunile ADN și SATB1 sunt de natură mecanosensibilă. Cu utilizarea secvențierii profunde și a imaginii cu celule vii cu o singură celulă, s-a dezvăluit că SATB1 leagă preferențial regiunile bogate în nucleozomi și leagă direct motivele de consens din nucleozomi. Se constată că o creștere a stresului torsional negativ din ADN promovează legarea SATB1 și stabilizează BUR-urile împotriva topirii prin intermediul mașinilor moleculare (Ghosh și colab., 2019). Există alte proteine ​​S / MARBP care ar fi parțial similare din punct de vedere funcțional, dar o discuție riguroasă despre acestea depășește scopul acestei revizuiri.

Este evident că informațiile structurale actuale nu ne permit să comentăm în mod concludent o structură directă și o relație de funcție # x02013. Majoritatea S / MARBP-urilor nu au structura cristalină a întregii proteine. Mai degrabă, fiecare are structura disponibilă pentru domenii specifice fie singur, fie în asociere cu un anumit inhibitor sau secvență ADN. Structurile cristalografice cu raze X sau structurile RMN în soluție oferă doar un instantaneu al unei conformații stabile din posibilele conformații luate de o proteină. Prin urmare, informațiile nu sunt complete, deoarece compartimentul nuclear are o natură extrem de dinamică. Pentru a vizualiza diferențele structurale între diferitele S / MARBPs, am folosit serverul I-TASSER (https://zhanglab.ccmb.med.umich.edu/I-TASSER/, Yang și Yang, 2015) pentru a prezice structurile CTCF , SATB1, PARP1, Ku70, MeCP2, SMAR1, nucleolină și HMG1 pe baza informațiilor de secvență (Figura 2). Deși toți sunt implicați în bucla de cromatină, ei au variat în ceea ce privește structurile 3D prezise. Am folosit serverul web TopMatch (https://topmatch.services.came.sbg.ac.at/, Wiederstein și Sippl, 2020) pentru a evalua asemănările structurale dintre structurile de domeniu ale S / MARBPs (și anume, CTCF, SATB1, PARP1, Ku70, MeCP2, nucleolină și MUT p53) utilizând structuri cristalografice cu raze X sau structuri RMN în soluție disponibile la PDB (Figura 3). Următoarele perechi de structuri cu ID-urile PDB respective au fost utilizate pentru analiză: 1JJR (domeniul C-terminal de legare a ADN-ului Ku70 uman) vs. 2KRR (domenii RBD 1,2 ale nucleolinei umane), 1JJR vs. 3TUO (N- domeniul terminal al SATB1 uman), 1JJR vs. 5YEH (Human CTCF ZFs4-8-eCBS), 2KRR vs. 3TUO, 2KRR vs. 5YEH, 3D0A (Human MUT p53 R249S cu a doua mutație supresoare a situsului H168R, domeniu central în complex cu ADN ) vs. 3TUO, 3D0A vs. 5YEH, 3TUO vs. 5YEH, 5T00 (CTCF uman ZnF3-7 în complex cu ADN metilat) vs. 1QK9 (domeniu de legare a ADN MeCP2 în complex cu ADN metilat), 5T00 vs. 6OGK (MeCP2 domeniu de legare a metilului în complex cu ADN), 5T00 vs. 6OGJ (MeCP2 domeniu de legare a metilului în complex cu ADN), 6OGJ vs. 1UB1 (domeniul de legare S / MAR al puiului MeCP2), 6OGK vs. 1UB1 și 2O49 ( Domeniul CUT N-terminal al SATB1 legat de ADN S / MAR) vs. 6OGK. TopMatch utilizează mai mulți parametri pentru a furniza o listă clasificată a regiunilor aliniate. Parametrii sunt după cum urmează: LEN (lungimea de aliniere sau numărul de reziduuri atât în ​​proteinele țintă, cât și în proteinele de interogare care sunt echivalente din punct de vedere structural), QC% (acoperirea interogării în funcție de lungimea de aliniere din proteina de interogare și exprimată în procente ca QC % = 100 & # x000D7 LEN / Qn, unde Qn corespunde numărului de reziduuri din structura interogării), TC% (acoperire țintă dependentă de lungimea de aliniere din proteina țintă și exprimată în termeni procentuali ca TC% = 100 & # x000D7 LEN / Tn, unde Tn este numărul de reziduuri din structura țintă), SCORE (o măsură a similarității structurale atunci când există o potrivire de 100% între regiunile aliniate structural ale interogării și proteinele țintă, scorul este egal cu lungimea regiunilor aliniate, cu creșterea spațială deviația reziduurilor de aminoacizi aliniate, iar scorul se apropie de 0), RMS (este eroarea pătrată medie a rădăcinii pentru suprapunerea regiunilor aliniate structural în & # x000C2ngstrom calculată utilizând toți atomii C-alfa comparabili din punct de vedere structural din proteine), și SI% (Identitatea secvenței în regiunile aliniate structural atât pentru interogarea cât și pentru proteinele țintă exprimate în procente). În aproape toate cazurile, similitudinea procentuală este destul de mică, indicată de scorurile scăzute. Numai alinierile dintre structuri, și anume, domeniul MeCP2 de legare a metilului (MBD) și domeniul SATB1 CUT, atât ADN legat, cât și omul și pui MeCP2 MBD legat de ADN au prezentat scoruri mai mari.

Figura 2. Serverul web I-TASSER a fost utilizat pentru a prezice modelele structurale pentru următoarele proteine: (A) CTCF, (B) SATB1, (C) SMAR1, (D) HMG1, (E) Ku70, (F) PARP1, (G) MeCP2 și (H) nucleolină. A fost prezentat cel mai bun model din primele cinci modele prezise pentru fiecare.


Diferența dintre expresia genică în procariote și eucariote

Expresia genică este un proces esențial care are loc atât în ​​procariote, cât și în eucariote. În ciuda faptului că rezultatele atât în ​​eucariote, cât și în procariote sunt aceleași, există diferențe considerabile între ele. Expresia genică este discutată în general, iar diferențele dintre procesele procariote și eucariote sunt evidențiate în special în acest articol.

Expresia genelor

Când informațiile unei gene sunt transformate în forme structurale, se spune că gena respectivă este exprimată. Expresia genelor este un proces care produce molecule biologic importante, iar acestea sunt de obicei macromolecule. Genele sunt exprimate în cea mai mare parte sub formă de proteine, dar ARN este, de asemenea, un produs al acestui proces. Nu ar putea exista nicio formă de viață fără ca procesul de exprimare genică să aibă loc.

Trei etape majore sunt acolo în expresia genică cunoscută sub numele de transcriere, procesare ARN și traducere. Modificarea proteinelor după traduceri și maturarea ARN necodificatoare sunt unele dintre celelalte procese implicate în exprimarea genelor. În etapa de transcripție, secvența nucleotidică a genei din catena ADN este transcrisă în ARN după ce catena ADN a fost demontată cu enzima ADN helicază. Catenă de ARN nou formată (ARNm) este reformată prin îndepărtarea secvențelor necodificatoare și luarea secvenței nucleotidice a genei în ribozomi. Există molecule specifice de ARNt (ARN de transfer) care recunosc aminoacizii relevanți din citoplasmă. După aceea, moleculele de ARNt sunt atașate la aminoacizii specifici. În fiecare moleculă de ARNt, există o secvență de trei nucleotide. Un ribozom din citoplasmă este atașat la catena de ARNm și se identifică codonul de pornire (promotorul). Moleculele de ARNt cu nucleotidele corespunzătoare pentru secvența ARNm sunt mutate în subunitatea mare a ribozomului. Pe măsură ce moleculele de ARNt ajung la ribozom, aminoacidul corespunzător este legat cu următorul aminoacid din secvență printr-o legătură peptidică. Această legătură peptidică continuă până când ultimul codon este citit la ribozom. Pe baza secvenței de aminoacizi din lanțul proteic, forma și funcția variază pentru fiecare moleculă proteică. Această formă și funcție sunt rezultatele secvenței de nucleotide din molecula de ADN. Prin urmare, devine clar că diferite gene codifică proteine ​​diferite cu forme și funcții variabile.

Care este diferența dintre expresia genică în procariote și eucariote?

• Deoarece procariotele nu au un înveliș nuclear, ribozomii pot începe să sintetizeze proteina pe măsură ce se formează catena de ARNm. Acest lucru este foarte contrastant cu procesul eucariot, în care catena de ARNm trebuie transportată în citoplasmă pentru ca ribozomii să se lege cu aceasta. În plus, numărul etapelor principale este de două în expresia genelor procariote, în timp ce există trei pași principali în procesul eucariot.

• Există secvențe de introni în ADN-ul eucariot, astfel încât catena de ARNm să le aibă și pe acestea. Prin urmare, splicarea ARN trebuie să aibă loc înainte de finalizarea catenei de ARNm în interiorul nucleului în eucariote. Cu toate acestea, nu există o etapă de procesare a ARN-ului în procariote din cauza lipsei de introni în materialul genetic al acestora.

• Posibilitatea exprimării contemporane a genelor grupate (cunoscute sub numele de operoni) este prezentă în procesul procariot. Cu toate acestea, doar unul este exprimat simultan în eucariote, iar catena de ARNm ulterioară este degradată și după expresie.


14.9: Reglarea genelor în procariote - Biologie

Notă: Toate diagramele necesare sunt postate pe tema expresia genelor procariote.

Genele, pe baza activității lor, pot fi grupate ca gene de menaj, iar altele sunt clasificate ca induse să exprime sau să exprime într-o manieră specifică etapei sau tisulară.

• Genele menajere exprimă tot timpul în toate condițiile normale.
Majoritatea produselor genetice ale genelor menajere sunt implicate în activități metabolice de zi cu zi responsabile de întreținerea celulei.

Familiarizați-vă cu procesele de fermentare

• Dar când celula se conferă cu alte semnale, cum ar fi, schimbarea temperaturii, modificarea pH-ului și alte caracteristici ale mediului, cum ar fi expunerea la substanțe chimice toxice sau inductori chimici, lumină, lipsa disponibilității nutrienților și orice alt factor care nu este ambientale pentru celule și nu favorabile celulelor, genele specifice răspund la astfel de modificări sau inducții și se exprimă pentru a depăși astfel de situații ostile sau nefavorabile.

Caracteristici structurale ale promotorilor dintre aceste gene, deși au în esență trăsături comune, individual variază de la una la alta.

• Majoritatea genelor menajere au următoarele caracteristici structurale generalizate.

Regiunea de codare începe cu un codon inițiator și cadrul de citire se termină într-un codon terminator.

Elemente structurale tipice genei procariote

Regiunea de codificare a genelor structurale nu este divizată, dar genele ARNr au distanțieri în ele.

• Elementele din amonte de la începutul regiunii de codare includ elemente promotor.

Aproape 50 până la 100 ntds în amonte de codonul de pornire, este prima nucleotidă la care se inițiază transcripția, înseamnă că este în acest loc prima nucleotidă care este încorporată în ARN-ul transcris.

• Site-ul se numește site de inițiere transcripțională sau START.

Aproape 10 nucleotide în amonte de start, există o secvență numită TATAAT sau cutia Pribnow.

• Orice nucleotidă prezentă în stânga startului este notată cu simbolul (-) și regiunea este numită element în amonte. Numerele sunt scrise ca -10, -20, -35 etc.

Site-ul de start este primul capăt și simbolizat cu +1, orice secvență din dreapta startului se numește elemente din aval și numerotată ca +10, +35 și așa mai departe.

La –35 există o altă secvență de consens TTGACA. Aceste două secvențe sunt cele mai importante elemente promotor, pentru că dacă există vreo modificare în secvența și poziția lor, inițierea transcripțională suferă.

Tehnologia ADN-ului recombinant

• Semnificația unui promotor este în esență un modul de secvență distinct recunoscut de ARN polimeraza (ca holoenzimă), legați strâns secvența și inițiați transcriere prin desfacerea celor spiralate elicoidal ADN în bula transcripțională.

Secvențele menționate nu numai că facilitează legarea enzimei și furnizează, de asemenea, informații de secvență pentru locul în care enzima trebuie să inițieze transcripția. Dacă oricare dintre secvențele consens este șters sau modificat drastic, enzima nu se va lega, chiar dacă se leagă, inițiază transcrierea în diferite poziții.

ARN procariot-pol Holoenzima, atunci când se leagă corect într-un context de secvență, acoperă o lungime de la –60 la +20 sau puțin mai mult. Acest segment al genei este numit Promotor. Fie că este o genă de menaj sau o genă specială, fie din procariot, fie din eucariot, semnificația și funcția promotorului sunt aceleași.

• Deci promotorii acționează ca definind un set de elemente structurale de secvență, care poziționează aparatul de transcripție pentru a iniția transcripțional proces. Indiferent dacă transcrierea este inițiată cu succes sau nu criteriile, dar poziționarea și potențialitatea inițierii, este un criteriu important, atunci doar astfel de module de secvență sunt numite promotori.

Pentru ca ARN pol să recunoască diferite gene, elementele promotor au secvențe de recunoaștere (secvențe de semnătură), care sunt recunoscute de factori sigma specifici care asociază ARN-Pol.

• În procariote, există alte secvențe în amonte de promotor, dincolo de –35 secvențe. Astfel de secvențe se pot prezenta la –65 până la –60 sau pot fi prezente la –200 sau pot fi prezente la –1000 bp în amonte sau se pot prezenta în regiunile din aval.

Secvențele de la –65 la –60, poziționează anumiți factori, a căror legare duce la activarea polimerazei, care până acum a rămas inactivă, chiar dacă este obligată să corecteze elementele promotorului. Acest proces este denumit activare și elementul ca elemente activatoare.

• Cealaltă secvență la –200 sau & # 82121000, se numește amplificator, deoarece crește rata de transcriere de 100 până la 200 de ori. Acest lucru se realizează prin anumite proteine ​​care se leagă de elementele de amplificare și apoi de contacte ARN Holoenzima prin interacțiuni proteină-proteină, prin îndoirea sau îndoirea ADN-ului și îmbunătățește eficiența enzimei.

Unele proteine, după ce se leagă de secvențele lor de ADN, interacționează cu aparatul transcripțional și activează enzima.

• Totuși, tipul de secvențe și poziția secvențelor variază de la o genă la alta.

Este important să ne dăm seama că proteinele care se leagă au motive specifice numite motive de legare a ADN-ului și posedă, de asemenea, domenii de interacțiune proteină-proteină.

• ADN-ul oferă și un motiv structural sub formă de secvență.

Înțelegerea contextului secvenței ADN și a organizării structurale 3-D a proteinei de legare a ADN-ului este de o mare importanță pentru a aprecia procesele de reglementare.

Procesul de sterilizare

• Genele care sunt reglementate ca răspuns la nevoi, au în esență componentele promotorului. În plus, aceștia au operatori, activatori și amplificatori în poziții diferite, care necesită proteine ​​regulatoare specifice pentru funcționare.

Regiunea terminală a genei:

La sfârșitul regiunii de codificare care este regiunea terminală dincolo de codonul sau codonii terminatori, există anumite secvențe poziționate din codonul TER care oferă o secvență pentru transcriere pentru a genera o structură secundară care facilitează terminarea transcripției.

• Unul dintre motivele structurale pe care le oferă secvența este formarea tulpinii cu secvență bogată în GC și buclă deschisă și se termină în 2 până la 4 secvențe U.

În unele dintre secvențele terminatorii transcripționale, există secvențe specifice bogate în Cs, acestea sunt puțin mai lungi și departe de codonul TER.


Fundal

Ecranele de mutageneză pentru modificatorii variației efectului de poziție în Drosophila au jucat un rol definitoriu în dezvoltarea domeniului epigeneticii [1]. Ecranele foloseau o tulpină de muște care arăta o expresie pestriță a alb (w) locus, rezultând pete roșii și albe în ochi, ca urmare a stabilirii stochastice a stării epigenetice. Genele identificate prin aceste ecrane s-au dovedit a avea roluri esențiale în reducerea silențierii genelor [2-4]. Am proiectat un ecran similar la șoarece, folosind o transgenă de proteină fluorescentă verde (GFP) care arată o expresie pestriță în celulele roșii din sânge. Descendenții masculilor tratați cu N-etil-N-nitrozourea (ENU) sunt examinați pentru modificări ale procentului de eritrocite care exprimă GFP, acesta este un ecran pentru efectele dominante. Fiecare linie mutantă este numită a Modificator al epiallele murine metastabile Dominant, MommeD[5]. Mutațiile subiacente au fost identificate și publicate pentru nouă linii, iar mutațiile apar în metiltransferazele ADN (Dnmt1 și Dnmt3b), remodelatoare de cromatină (Smarca5 și Baz1b), o histonă deacetilază (Hdac1), un co-represor transcripțional (Trim28), un factor de inițiere a traducerii eucariote (eIF3h) [6-10] și o genă necunoscută anterior, Smchd1, acum se arată că este necesar pentru inactivarea X la mouse [11, 12]. Recent, Smchd1 s-a dovedit că acționează ca un supresor tumoral [13], iar mutațiile din SMCHD1 s-au dovedit a fi strâns asociate cu boala umană distrofia facioscapulohumerală de tip 2 (FSHD2) [14].


14.9: Reglarea genelor în procariote - Biologie

Este necesar un abonament la J o VE pentru a vizualiza acest conținut. Veți putea vedea numai primele 20 de secunde.

Playerul video JoVE este compatibil cu HTML5 și Adobe Flash. Browserele mai vechi care nu acceptă HTML5 și codecul video H.264 vor folosi în continuare un player video bazat pe Flash. Vă recomandăm să descărcați cea mai nouă versiune de Flash aici, dar acceptăm toate versiunile 10 și mai mari.

Dacă acest lucru nu ajută, vă rugăm să ne anunțați.

La fel ca organismele mai complexe, procariotele folosesc ADN dublu catenar ca material genetic. Cu toate acestea, aceste organisme unicelulare organizează și stochează ADN-ul diferit.

Celula procariotă nu are un nucleu adevărat legat de membrană. În schimb, o zonă a citoplasmei, nucleoidul, găzduiește întregul genom într-un cromozom buclat și dublu catenar. ADN-ul aici este strâns înfășurat, super-înfășurat pentru stocare eficientă.

În plus față de genomul complet, în citoplasmă există molecule de ADN dublu catenar mai mici, plasmide. Se replică independent de celulă și pot conține gene care conferă supraviețuirea celulelor, cum ar fi rezistența la antibiotice dacă sunt expuse la un antibiotic precum ampicilina.

10.2: ADN genomic în procariote

Genomul majorității organismelor procariote este format din ADN dublu catenar organizat într-un singur cromozom circular într-o regiune a citoplasmei numită nucleoid. Cromozomul este strâns înfășurat sau supraînfășurat, pentru o depozitare eficientă. Procariotele conțin și alte bucăți circulare de ADN numite plasmide. Aceste plasmide sunt mai mici decât cromozomul și adesea poartă gene care conferă funcții adaptative, cum ar fi rezistența la antibiotice.

Diversitatea genomică în bacterii

Deși genomii bacterieni sunt mult mai mici decât genomurile eucariote, acestea variază considerabil ca mărime și conținut de gene. Unul dintre cele mai mici genome bacteriene cunoscute este cel al Mycoplasma genitalium, un agent patogen cu transmitere sexuală care provoacă infecții urinare și ale tractului genital la om. The M. genitalium genomul are o lungime de 580.076 perechi de baze și este alcătuit din 559 de gene (476 codificatoare și 83 necodificate). La celălalt capăt al spectrului se află o anumită tulpină de Sorangium cellulosum, o bacterie care locuiește în sol. The S. cellulosum genomul este enorm pentru o bacterie cu o lungime de 14.782.125 perechi de baze, codificând 11.599 de gene.

Bacteriile pot câștiga rezistență la antibiotice de la plasmide

Înainte de descoperirea antibioticelor, leziunile minore ar putea deveni mortale din cauza incapacității de a opri infecțiile bacteriene simple. Descoperirea penicilinei în 1928 a inaugurat era antibioticelor, caracterizată prin revoluționarea tratamentelor medicale și creșterea speranței de viață. Cu toate acestea, utilizarea excesivă a antibioticelor la oameni și animale agricole a determinat unele bacterii să evolueze rezistența la antibiotice, făcându-le mai puțin eficiente sau ineficiente. Genele de rezistență la antibiotice pot fi transportate pe plasmide, ceea ce este problematic, deoarece multe bacterii pot schimba plasmide cu specii înrudite la distanță printr-un proces numit conjugare bacteriană. Prin urmare, rezistența la antibiotice se poate răspândi rapid prin populațiile bacteriene, subliniind nevoia urgentă de a dezvolta noi antibiotice.


Priveste filmarea: La regolazione dellespressione genica (Ianuarie 2022).