Galerie de cartes mentales Chapitre 5 Carte mentale de la régulation de l'expression des gènes procaryotes
Biologie moléculaire Régulation de l'expression des gènes procaryotes, y compris les caractéristiques de l'expression des gènes, les caractéristiques de régulation de l'expression des gènes, la régulation du niveau transcriptionnel, etc.
Modifié à 2023-11-08 17:37:49Cent ans de solitude est le chef-d'œuvre de Gabriel Garcia Marquez. La lecture de ce livre commence par l'analyse des relations entre les personnages, qui se concentre sur la famille Buendía et raconte l'histoire de la prospérité et du déclin de la famille, de ses relations internes et de ses luttes politiques, de son métissage et de sa renaissance au cours d'une centaine d'années.
Cent ans de solitude est le chef-d'œuvre de Gabriel Garcia Marquez. La lecture de ce livre commence par l'analyse des relations entre les personnages, qui se concentre sur la famille Buendía et raconte l'histoire de la prospérité et du déclin de la famille, de ses relations internes et de ses luttes politiques, de son métissage et de sa renaissance au cours d'une centaine d'années.
La gestion de projet est le processus qui consiste à appliquer des connaissances, des compétences, des outils et des méthodologies spécialisés aux activités du projet afin que celui-ci puisse atteindre ou dépasser les exigences et les attentes fixées dans le cadre de ressources limitées. Ce diagramme fournit une vue d'ensemble des 8 composantes du processus de gestion de projet et peut être utilisé comme modèle générique.
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Régulation de l'expression des gènes procaryotes
Caractéristiques de l'expression des gènes
L'expression des gènes est spécifique à une condition
Les niveaux d'expression de nombreux gènes (gènes inductibles et répressibles) sont affectés par l'état nutritionnel et des facteurs environnementaux.
La transcription des gènes se fait principalement en unités opérons
Il se compose d'un promoteur, d'un gène opérateur et d'un groupe de gènes structurels fonctionnellement liés et contrôlés par celui-ci.
La spécificité de la transcription des gènes est déterminée par le facteur σ
Couplage transcription et traduction
Caractéristiques de régulation de l'expression génique
L'expression des gènes est régulée au niveau de plusieurs liens
La transcription (en particulier l'initiation et l'élongation de la transcription) est le maillon le plus important dans la régulation de l'expression des gènes.
Les facteurs de transcription sont des protéines liant l'ADN
Les effets des facteurs de transcription comprennent une régulation négative et une régulation positive
Régulation négative : protéine répresseur
Régulation positive : protéine activatrice
Les procaryotes s'appuient principalement sur une régulation négative
Il existe un mécanisme de régulation coordonné
Il existe un mécanisme de contrôle d'atténuation
Il existe un mécanisme de contrôle des interventions d'urgence
Régulation au niveau transcriptionnel
Régulation de la synthèse de l'ARN
éléments réglementaires
Élément agissant en cis - ADN
promoteur, terminateur
Promoteur : séquence d'ADN qui peut être reconnue, combinée et initiée par l'ARN polymérase pour initier la transcription génique.
Terminateur : séquence d'ADN qui donne à l'ARN polymérase un signal pour terminer la transcription.
gène opérateur
Souvent adjacent au promoteur ou chevauchant la séquence du promoteur
est le site de liaison des protéines répresseurs
La protéine répresseur se lie au gène opérateur, empêchant la liaison de l'ARN polymérase au promoteur, inhibant ainsi la transcription des gènes de structure.
site de liaison de l'activine
Souvent situé en amont du promoteur
est le site de liaison des protéines activatrices
Lorsque les protéines activatrices se lient à ce site, elles améliorent l’activité d’initiation de la transcription de l’ARN polymérase.
élément à action trans - protéine régulatrice
protéine répresseur
répresseur, régulateur négatif
Combinée au gène opérateur, l'ARN polymérase ne peut pas se lier au promoteur ou ne peut pas initier la transcription après la liaison.
Médiatise la régulation négative
protéine activatrice
activateur, régulateur positif
Se lie au site de liaison de la protéine activatrice pour améliorer l'activité d'initiation de la transcription de l'ARN polymérase
Médiatise la régulation positive
effecteur
inducteur
effecteur qui provoque l'expression de l'opéron
Protéine répresseur passivée → induction régulatrice négative
protéine activatrice → induction de régulation positive
corépresseur
effecteur qui désactive l'opéron
Protéine répresseur activée → répression régulatrice négative
Activateur passivé → répression réglementaire positive
Contrôle d'initiation (contrôle du promoteur)
Régulation de l'initiation de la transcription au niveau de l'opéron
système de régulation négatif répresseur
Opéron inductible (opéron lactose, catabolisme)
Avec le lactose, la protéine répresseur codée par le gène régulateur est active, se lie au gène opérateur et le gène est désactivé.
Sans lactose, la protéine répresseur codée par le gène régulateur perd son activité et ne peut pas se lier au gène manipulé, provoquant ainsi l'expression du gène.
Opéron répresseur (opéron tryptophane, anabolisme)
Sans trp, la protéine répresseur est inactive, ne peut pas se lier au gène opérateur et le gène est activé.
Un grand nombre de trp, trp se lie à la protéine répresseur, puis se lie au gène opérateur, désactivant le gène
Système de régulation positif cAMP-CAP
concepts clés
CAP : La protéine activatrice du gène catabolique, également connue sous le nom de CRP (protéine du récepteur CAMP), est un régulateur positif nécessaire à certains promoteurs pour initier la transcription.
Site CAP : site de liaison CAP
AMPc : AMP cyclique, second messager intracellulaire, inducteur
Effet glucose : les bactéries utilisent préférentiellement le glucose comme source de carbone
Le complexe CAP-AMPc favorise la transcription
Les niveaux d'AMPc sont inversement liés aux niveaux de glucose
contrôle
Réduisez l’activité de l’AMPc et le CAP est inactif
Ce n'est que lorsque l'AMPc-CAP se lie au site CAP de l'ADN que l'opéron lactose peut être ouvert et que les gènes peuvent être exprimés.
Le glucose inhibe l'activité de l'adénylyl cyclase par l'intermédiaire des métabolites, réduisant ainsi la teneur en AMPc, rendant le CAP incapable de se lier à l'ADN, l'opéron lactose est fermé, les gènes ne sont pas exprimés, la teneur en β-galactosidase est faible et le lactose n'est pas utilisé.
Double régulation de l'opéron lactose : il est régulé à la fois par des systèmes positifs et négatifs. Ce n'est que lorsque l'AMPc-CAP se lie au site de liaison CAP et que la protéine répresseur se détache de l'opérateur que l'expression des gènes structurels peut commencer.
Régulation de terminaison (régulation d'atténuateur)
Le couplage de la transcription et de la traduction est à la base de la régulation de l'atténuation
concept
Atténuation : mécanisme de régulation négatif obtenu par un atténuateur dans la région leader d'un opéron qui arrête la transcription en cours. N'existe que chez les procaryotes
Atténuateur : séquence nucléotidique de l'ADN pouvant provoquer l'arrêt prématuré de la transcription (région 123-150).
Peptide leader : C'est un polypeptide composé de 14 acides aminés, qui contient deux tryptophane trp
contrôle
Faibles concentrations de tryptophane → Lire la suite
Concentration élevée de tryptophane → atténuation
Pénurie d’autres/tous les acides aminés → atténuation
Double régulation négative de l'opéron tryptophane : régulation répressive et régulation d'atténuation se complètent
Lien : Le premier agit sur le lien d’initiation de la transcription, et le second agit sur le lien d’élongation de la transcription.
Signal : le premier est le niveau de tryptophane ; le second est le niveau d'ARNt du tryptophanyl.
Caractéristiques : Le premier est efficace et économique, le second est subtil et rapide ;
opéron arabe
gènes structurels
araMAUVAIS
éléments réglementaires
deux promoteurs
araBAD promoteur araPBAD
araC promoteur araPC
Quatre autres éléments régulateurs araO2, araO1, araI1, araI2
mécanisme de contrôle
Pas d'arabinose : La protéine régulatrice se lie à I1 et O2, bloquant la transcription du gène de l'arabinose et produisant un effet régulateur négatif.
Avec l'arabinose : la protéine régulatrice est transformée en un activateur qui se lie à I1 et I2, activant la transcription du gène de l'arabinose. L’initiation de la transcription nécessite également la participation conjointe du CAMP-CRP. produire des effets réglementaires positifs
Caractéristiques
AraC a une double fonction, c'est à la fois une protéine répressive et une protéine activatrice
Peut jouer des rôles réglementaires à la fois négatifs et positifs
L'AraC elle-même est également soumise à une régulation autologue
Contrôle strict
intervention d'urgence bactérienne
condition de déclenchement
Les bactéries sont parfois confrontées à des situations d’urgence telles qu’un manque d’acides aminés, soit un manque total d’acides aminés.
réponse d'urgence
Arrête presque toutes les réactions biochimiques qui produisent divers ARN, sucres, graisses et protéines
mécanisme de contrôle
Inducteur : ARNt vide
Signal d'urgence : Nucléotide de point magique
Mécanisme : l'ARNt vide régule le taux de synthèse des protéines et de l'ARN
Contrôle du niveau de traduction
Effets de la stabilité de l'ARNm sur la traduction
Le cycle de reproduction bactérienne dure de 20 à 30 minutes et nécessite une synthèse ou une dégradation rapide de l'ARNm pour s'adapter aux changements environnementaux.
La plupart des ARNm bactériens ont une durée de vie courte
La durée de vie de l'ARNm est régulée par les protéines de liaison à l'ARN
5‘L’impact de l’UTR sur la traduction
Séquence SD : une séquence riche en nucléotides puriques (9-12 pb) avant le codon d'initiation de l'ARNm
Riboswitch : un élément structurel d'ARN sur l'ARNm qui peut se lier à des métabolites libres ou à d'autres ligands de petites molécules pour provoquer des changements conformationnels dans l'ARNm, régulant ainsi l'expression des gènes.
Régulation homéopathique : changements de forme provoqués par la combinaison du domaine aptamère et des petites molécules
Trans-régulation : le changement de sa propre forme provoqué par la connexion à des fragments d'ARN ou d'ADN antisens
Effets régulateurs de l'ARN antisens
Les gènes transcrits pour produire de l'ARN antisens sont appelés gènes antisens.
Ce type d’ARN complémentaire qui interfère avec la fonction de l’ARNm est appelé micARN, ou ARN antisens.
Régulation négative par liaison de séquences d'ARN complémentaires à des ARNm cibles spécifiques
Effets des codons rares sur la traduction
Les protéines qui utilisent des codons rares avec une fréquence plus élevée ont des taux d'expression plus faibles
Les protéines qui utilisent plus fréquemment des codons rares dans les cellules sont pour la plupart des protéines régulatrices, tandis que les gènes structurels utilisent moins fréquemment des codons rares.
Impact des gènes qui se chevauchent sur la traduction
Les codes qui se chevauchent garantissent que deux gènes consécutifs sont traduits par le même ribosome
La traduction couplée est un moyen important de garantir que deux produits génétiques sont égaux en quantité
Autres moyens de contrôler les niveaux de traduction
Changement de cadre ribosomal
Saut de code ribosomique
sauvetage des ribosomes
Connaissances communes sur la régulation de l’expression des gènes
concept d'expression génique
L'expression génique typique est le processus par lequel les gènes produisent des protéines biologiquement actives par transcription et traduction.
Certains gènes sont uniquement transcrits mais non traduits. Le processus de transcription et de synthèse de l’ARN à partir de gènes codant pour l’ARNr et l’ARNt appartient également à l’expression des gènes.
modèle d'expression génique
expression constitutive
Définition : Il est rarement affecté par des facteurs environnementaux internes et externes. Il est uniquement affecté par le promoteur et l'ARN polymérase et peut être exprimé en continu dans toutes les cellules à n'importe quel stade du développement individuel.
Gène : Gène de ménage
taper
Certains produits génétiques, tels que l'ARNt, l'ARNr, l'ARN pol
Enzymes impliquées dans le métabolisme de base
Presque tous les composants de base des cellules
expression spécifique au tissu
Définition : fait référence à un type d'expression génique sujette à des changements dans les niveaux d'expression en raison de changements environnementaux.
expression inductible
Le phénomène d’augmentation des niveaux d’expression des gènes en réponse à des changements dans les conditions environnementales est appelé induction.
gènes inductibles
expression inhibitrice
Le phénomène de réduction des niveaux d’expression des gènes à mesure que les conditions environnementales changent est appelé répression.
gènes répressibles
expression collaborative
Définition : Sous le contrôle d'un certain mécanisme, un groupe de gènes fonctionnellement liés doivent être coordonnés et exprimés ensemble, ce qu'on appelle l'expression coordonnée.
L'expression des opérons et des régulateurs procaryotes est une expression coordonnée
modèles d'expression génique
spécificité temporelle
Définition : Selon les exigences fonctionnelles, l’expression d’un gène spécifique se produit strictement dans une séquence temporelle spécifique, appelée spécificité temporelle de l’expression génique.
La spécificité temporelle de l'expression des gènes dans les organismes multicellulaires est également appelée spécificité de stade.
spécificité spatiale
Définition : Pendant tout le processus de croissance individuelle, un certain produit génique apparaît séquentiellement dans différents espaces tissulaires de l'individu, ce que l'on appelle la spécificité spatiale de l'expression génique, également connue sous le nom de spécificité cellulaire ou tissulaire.
régulation de l'expression des gènes
Définition : La même information génétique (mêmes gènes structurels) contenue dans diverses cellules du corps exprime de manière sélective et programmatique un nombre spécifique de gènes spécifiques selon différents stades de développement, différentes cellules tissulaires et différents états fonctionnels du corps.
facteurs réglementaires
Séquence d'ADN
protéine
petit ARN
Mécanisme de régulation
interactions entre les molécules d'acide nucléique
Interactions entre les acides nucléiques et les molécules protéiques
interactions entre molécules de protéines
éléments réglementaires
élément agissant en cis
Il ne code lui-même pour aucune protéine, mais fournit uniquement un site d'action pour interagir avec les facteurs agissant en trans.
Les séquences qui existent dans les séquences flanquantes des gènes et qui peuvent affecter l'expression des gènes comprennent des promoteurs, des séquences régulatrices amplificatrices et des éléments inductibles. Leur rôle est de participer à la régulation de l'expression des gènes.
élément agissant en transaction
Protéines capables de reconnaître ou de se lier directement ou indirectement aux séquences centrales de divers éléments agissant en cis, participant ainsi à la régulation de l'efficacité de la transcription des gènes cibles.
niveau de contrôle
point de contrôle de base
activation structurelle des gènes
Initiation à la transcription
étape la plus importante
Traitement post-transcriptionnel et transport
Traitement de la traduction et post-traduction
signification biologique
S'adapter à l'environnement, maintenir la croissance et la prolifération (procaryote, eucaryote)
Maintenir l'ontogenèse et la différenciation (eucaryote)