Galleria mappe mentale Capitolo 5 Mappa mentale della regolazione dell'espressione genica nei procarioti
Biologia molecolare Regolazione dell'espressione genica procariotica, comprese le caratteristiche dell'espressione genica, le caratteristiche della regolazione dell'espressione genica, la regolazione del livello trascrizionale, ecc.
Modificato alle 2023-11-08 17:37:49Microbiologia medica, Infezioni batteriche e immunità riassume e organizza i punti di conoscenza per aiutare gli studenti a comprendere e ricordare. Studia in modo più efficiente!
La teoria cinetica dei gas rivela la natura microscopica dei fenomeni termici macroscopici e le leggi dei gas trovando la relazione tra quantità macroscopiche e quantità microscopiche. Dal punto di vista del movimento molecolare, vengono utilizzati metodi statistici per studiare le proprietà macroscopiche e modificare i modelli di movimento termico delle molecole di gas.
Este é um mapa mental sobre uma breve história do tempo. "Uma Breve História do Tempo" é um trabalho científico popular com influência de longo alcance. Ele não apenas introduz os conceitos básicos da cosmologia e da relatividade, mas também discute os buracos negros e a expansão. Do universo. questões científicas de ponta, como inflação e teoria das cordas.
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Regolazione dell'espressione genica nei procarioti
Caratteristiche dell'espressione genica
L'espressione genica è condizione-specifica
I livelli di espressione di molti geni (geni inducibili e reprimibili) sono influenzati dallo stato nutrizionale e da fattori ambientali
La trascrizione genica avviene principalmente in unità operoniche
È costituito da un promotore, un gene operatore e un gruppo di geni strutturali funzionalmente correlati controllati da esso.
La specificità della trascrizione genica è determinata dal fattore σ
Trascrizione e accoppiamento traduttivo
Caratteristiche di regolazione dell'espressione genica
L'espressione genica è regolata a più collegamenti
La trascrizione (in particolare l'inizio e l'allungamento della trascrizione) è l'anello più importante nella regolazione dell'espressione genica
I fattori di trascrizione sono proteine che legano il DNA
Gli effetti dei fattori di trascrizione includono la regolazione negativa e la regolazione positiva
Regolazione negativa: proteina repressore
Regolazione positiva: proteine attivanti
I procarioti si basano principalmente sulla regolazione negativa
Esiste un meccanismo di regolamentazione coordinato
Esiste un meccanismo di controllo dell'attenuazione
Esiste un meccanismo di controllo della risposta alle emergenze
Regolazione a livello trascrizionale
Regolazione della sintesi dell'RNA
elementi normativi
Elemento ad azione cis: DNA
promotore, terminatore
Promotore: una sequenza di DNA che può essere riconosciuta, combinata e avviata dalla RNA polimerasi per avviare la trascrizione genica.
Terminatore: sequenza di DNA che fornisce alla RNA polimerasi un segnale per terminare la trascrizione.
gene dell'operatore
Spesso adiacente al promotore o sovrapposto alla sequenza del promotore
è il sito di legame per le proteine repressore
La proteina repressore si lega al gene dell'operatore, impedendo il legame della RNA polimerasi al promotore, inibendo così la trascrizione dei geni strutturali.
sito di legame dell’attivina
Spesso situato a monte del promotore
è il sito di legame per le proteine attivatrici
Quando le proteine attivanti si legano a questo sito, migliorano l'attività di inizio della trascrizione della RNA polimerasi.
elemento trans-agente - proteina regolatrice
proteina repressore
repressore, regolatore negativo
Combinata con il gene operatore, la RNA polimerasi non può legarsi al promotore o non può iniziare la trascrizione dopo il legame.
Media la regolazione negativa
proteina attivatrice
attivatore, regolatore positivo
Si lega al sito di legame della proteina attivatrice per migliorare l'attività di inizio della trascrizione della RNA polimerasi
Media la regolazione positiva
effettore
induttore
effettore che provoca l'espressione dell'operone
Proteina repressore passivata → induzione regolatoria negativa
proteina attivante → induzione di regolazione positiva
corepressore
effettore che spegne l'operone
Proteina repressore attivata → repressione regolatoria negativa
Attivatore passivato → repressione normativa positiva
Controllo dell'inizio (controllo del promotore)
Regolazione dell'inizio della trascrizione a livello dell'operone
sistema regolatorio negativo repressore
Operone inducibile (operone del lattosio, catabolismo)
Con il lattosio, la proteina repressore codificata dal gene regolatore è attiva, si lega al gene operatore e il gene viene disattivato.
Senza lattosio, la proteina repressore codificata dal gene regolatore perde attività e non può legarsi al gene manipolato, causando l’espressione genica
Operone repressore (operone triptofano, anabolismo)
Senza trp, la proteina repressore è inattiva, non può legarsi al gene operatore e il gene è attivato.
Un gran numero di trp, trp si lega alla proteina repressore e quindi si lega al gene dell'operatore, disattivando il gene
Sistema regolatorio positivo cAMP-CAP
concetti chiave
CAP: la proteina di attivazione del gene catabolico, nota anche come CRP (proteina del recettore CAMP), è un regolatore positivo necessario ad alcuni promotori per avviare la trascrizione.
Sito CAP: sito di legame della CAP
cAMP: AMP ciclico, secondo messaggero intracellulare, induttore
Effetto glucosio: i batteri utilizzano preferenzialmente il glucosio come fonte di carbonio
Il complesso CAP-cAMP promuove la trascrizione
I livelli di cAMP sono inversamente correlati ai livelli di glucosio
controllo
Ridurre l'attività del cAMP e la CAP è inattiva
Solo quando cAMP-CAP si lega al sito CAP sul DNA l'operone del lattosio può essere aperto e i geni possono essere espressi.
Il glucosio inibisce l'attività dell'adenilato ciclasi attraverso i metaboliti, riducendo così il contenuto di cAMP, rendendo la CAP incapace di legarsi al DNA, l'operone del lattosio è chiuso, i geni non sono espressi, il contenuto di β-galattosidasi è basso e il lattosio non viene utilizzato.
Doppia regolazione dell'operone del lattosio: è regolato contemporaneamente da entrambi i sistemi positivo e negativo. Solo quando cAMP-CAP si lega al sito di legame CAP e la proteina repressore si stacca dall'operatore può iniziare l'espressione dei geni strutturali.
Regolazione della terminazione (regolazione dell'attenuatore)
L'accoppiamento di trascrizione e traduzione è la base della regolazione dell'attenuazione
concetto
Attenuazione: meccanismo di regolazione negativo ottenuto da un attenuatore nella regione leader di un operone che interrompe la trascrizione in corso. Esiste solo nei procarioti
Attenuatore: una sequenza nucleotidica nel DNA che può causare l'interruzione prematura della trascrizione (regione 123-150)
Peptide leader: è un polipeptide composto da 14 aminoacidi, che contiene due triptofano trp
controllo
Basse concentrazioni di triptofano → Ulteriori informazioni
Alta concentrazione di triptofano → attenuazione
Carenza di altri/tutti gli aminoacidi → attenuazione
Doppia regolazione negativa dell'operone del triptofano: la regolazione repressiva e la regolazione dell'attenuazione si completano a vicenda
Collegamento: il primo agisce sul collegamento di inizio della trascrizione e il secondo agisce sul collegamento di allungamento della trascrizione.
Segnale: il primo è il livello del triptofano; il secondo è il livello del triptofanil tRNA;
Caratteristiche: Il primo è efficace ed economico; il secondo è sottile e rapido
operone arabo
geni strutturali
araBAD
elementi normativi
due promotori
araBAD promotore araPBAD
promotore araC araPC
Altri quattro elementi regolatori araO2, araO1, araI1, araI2
meccanismo di controllo
Nessun arabinosio: la proteina regolatrice si lega a I1 e O2, bloccando la trascrizione del gene dell'arabinosio e producendo un effetto regolatore negativo.
Con arabinosio: la proteina regolatrice viene convertita in un attivatore che si lega a I1 e I2, attivando la trascrizione del gene dell'arabinosio. L'inizio della trascrizione richiede anche la partecipazione congiunta di CAMP-CRP. produrre effetti regolatori positivi
Caratteristiche
AraC ha una duplice funzione, è sia una proteina repressore che una proteina attivatrice
Può svolgere ruoli normativi sia negativi che positivi
Anche lo stesso AraC è soggetto a regolamentazione autologa
Controllo rigoroso
risposta all’emergenza batterica
condizione scatenante
I batteri a volte incontrano emergenze come la carenza di aminoacidi, una totale mancanza di aminoacidi.
risposta all'emergenza
Arresta quasi tutte le reazioni biochimiche che producono vari RNA, zuccheri, grassi e proteine
meccanismo di controllo
Induttore: tRNA vuoto
Segnale di emergenza: nucleotide del punto magico
Meccanismo: il tRNA vuoto regola il tasso di sintesi delle proteine e dell'RNA
Controllo del livello di traduzione
Effetti della stabilità dell'mRNA sulla traduzione
Il ciclo di riproduzione batterica dura 20-30 minuti e richiede una rapida sintesi o degradazione dell'mRNA per adattarsi ai cambiamenti ambientali.
La maggior parte degli mRNA batterici hanno vita breve
La durata dell'mRNA è regolata da proteine che legano l'RNA
5‘L’impatto dell’UTR sulla traduzione
Sequenza SD: una sequenza ricca di nucleotidi purinici (9-12bp) prima del codone di inizio dell'mRNA
Riboswitch: un elemento strutturale dell'RNA sull'mRNA che può legarsi a metaboliti liberi o altri ligandi di piccole molecole per causare cambiamenti conformazionali nell'mRNA, regolando così l'espressione genica.
Regolazione omeopatica: cambiamenti di auto-forma causati dalla combinazione di dominio aptamero e piccole molecole
Trans-regolazione: il cambiamento nella propria forma causato dalla connessione a frammenti di RNA o DNA antisenso
Effetti regolatori dell'RNA antisenso
I geni che vengono trascritti per produrre RNA antisenso sono chiamati geni antisenso
Questo tipo di RNA complementare che interferisce con la funzione dell'mRNA è chiamato micRNA o RNA antisenso.
Regolazione negativa attraverso il legame di sequenze di RNA complementari a specifici mRNA bersaglio
Effetti di codoni rari sulla traduzione
Le proteine che utilizzano codoni rari con una frequenza più elevata hanno tassi di espressione più bassi
Le proteine che utilizzano codoni rari più frequentemente nelle cellule sono per lo più proteine regolatrici, mentre i geni strutturali utilizzano codoni rari meno frequentemente.
Impatto dei geni sovrapposti sulla traduzione
I codici sovrapposti assicurano che due geni consecutivi siano tradotti dallo stesso ribosoma
La traduzione accoppiata è un mezzo importante per garantire che due prodotti genetici siano uguali in quantità
Altri modi per controllare i livelli di traduzione
Frameshift ribosomiale
Hopping del codice ribosomiale
salvataggio dei ribosomi
Conoscenza comune sulla regolazione dell'espressione genica
concetto di espressione genica
L'espressione genica tipica è il processo in cui i geni producono proteine biologicamente attive attraverso la trascrizione e la traduzione.
Alcuni geni vengono solo trascritti ma non tradotti. Anche il processo di trascrizione e sintesi dell'RNA dai geni che codificano per rRNA e tRNA appartiene all'espressione genica.
modello di espressione genica
espressione costitutiva
Definizione: è raramente influenzato da fattori ambientali interni ed esterni. È influenzato solo dal promotore e dalla RNA polimerasi e può essere espresso continuamente in tutte le cellule in qualsiasi fase dello sviluppo individuale. È necessario nell'intero processo vitale.
Gene: gene delle pulizie
tipo
Alcuni prodotti genici, come tRNA, rRNA, RNA pol
Enzimi coinvolti nel metabolismo basale
Quasi tutti i componenti fondamentali delle cellule
espressione tessuto-specifica
Definizione: si riferisce a un tipo di espressione genica soggetta a cambiamenti nei livelli di espressione dovuti a cambiamenti ambientali.
espressione inducibile
Il fenomeno dell’aumento dei livelli di espressione genica in risposta ai cambiamenti delle condizioni ambientali è chiamato induzione
geni inducibili
espressione inibitoria
Il fenomeno della riduzione dei livelli di espressione genica al variare delle condizioni ambientali è chiamato repressione
geni reprimibili
espressione collaborativa
Definizione: sotto il controllo di un determinato meccanismo, un gruppo di geni funzionalmente correlati deve essere coordinato ed espresso insieme, fenomeno chiamato espressione coordinata.
L'espressione degli operoni e dei regolatori procariotici è un'espressione coordinata
modelli di espressione genica
specificità temporale
Definizione: in base ai requisiti funzionali, l'espressione di un gene specifico avviene rigorosamente in una sequenza temporale specifica, chiamata specificità temporale dell'espressione genica.
La specificità temporale dell'espressione genica negli organismi multicellulari è anche chiamata specificità di stadio
specificità spaziale
Definizione: durante l'intero processo di crescita individuale, un determinato prodotto genetico appare sequenzialmente in diversi spazi tissutali dell'individuo, fenomeno chiamato specificità spaziale dell'espressione genica, nota anche come specificità cellulare o tissutale.
regolazione dell’espressione genica
Definizione: la stessa informazione genetica (stessi geni strutturali) contenuta in varie cellule del corpo esprime selettivamente e programmaticamente un numero specifico di geni specifici in base ai diversi stadi di sviluppo, alle diverse cellule dei tessuti e ai diversi stati funzionali del corpo.
fattori normativi
Sequenza del DNA
proteina
piccolo RNA
Meccanismo normativo
Interazioni tra molecole di acido nucleico
Interazioni tra acidi nucleici e molecole proteiche
Interazioni tra molecole proteiche
elementi normativi
elemento ad azione cis
Non codifica alcuna proteina in sé, ma fornisce solo un sito di azione per interagire con i fattori di transazione.
Le sequenze che esistono nelle sequenze fiancheggianti dei geni che possono influenzare l'espressione genica includono promotori, sequenze regolatrici potenziatrici ed elementi inducibili. Il loro ruolo è partecipare alla regolazione dell'espressione genica.
elemento transattivo
Proteine che possono riconoscere o legarsi direttamente o indirettamente alle sequenze centrali di vari elementi ad azione cis, partecipando così alla regolazione dell'efficienza della trascrizione dei geni bersaglio.
livello di controllo
punto di controllo di base
attivazione strutturale dei geni
Inizio della trascrizione
fase più importante
Elaborazione e trasporto post-trascrizionale
Traduzione ed elaborazione post-traduzione
significato biologico
Adattarsi all'ambiente, mantenere la crescita e la proliferazione (procarioti, eucarioti)
Mantenere l'ontogenesi e la differenziazione (eucariotica)