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regulación de la expresión genética
Molecular Biology, Human Health 9.ª edición, el proceso de transcripción y traducción de genes es también el proceso en el que la información genética transportada por los genes se expresa como fenotipos, incluida la transcripción de genes en secuencias de ARN complementarias, la traducción de ARNm en cadenas polipeptídicas y el ensamblaje de cadenas polipeptídicas en productos proteicos finales.
2024-02-08 16:55:42에 편집됨
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- 개요
regulación de la expresión genética
Conceptos y características básicos.
Expresión genética: el proceso de transcripción y traducción de genes es también el proceso en el que la información genética transportada por los genes se expresa como fenotipos, incluida la transcripción de genes en secuencias de ARN complementarias, la traducción de ARNm en cadenas polipeptídicas y el ensamblaje de cadenas polipeptídicas en proteínas finales. productos.
Especificidad temporal de la expresión genética.
Según las necesidades funcionales, la expresión estricta de un gen específico se produce en una secuencia temporal determinada.
Especificidad temporal de la expresión génica en organismos multicelulares, también conocida como especificidad de etapa Especificidad temporal de la expresión génica en organismos multicelulares, también conocida como especificidad de etapa
Especificidad espacial de la expresión genética.
Durante el crecimiento y desarrollo de un individuo, el mismo producto genético puede expresarse de manera diferente en diferentes tejidos u órganos del individuo.
La base de las diferencias en los mismos órganos internos, tejidos y células es la expresión genética específica o la expresión genética diferencial.
Diversidad en la forma en que se expresan los genes.
Genes de mantenimiento (genes básicos): genes que se expresan continuamente en casi todas las células de un organismo y no se ven afectados fácilmente por las condiciones ambientales.
Genes inducibles: bajo la estimulación de señales ambientales específicas, los genes correspondientes se activan y aumentan los productos de expresión génica.
Genes reprimibles: bajo la estimulación de señales ambientales específicas, los genes correspondientes se reprimen y los productos de expresión génica se reducen.
Expresión coordinada: bajo el control de un determinado mecanismo, un grupo de genes funcionalmente relacionados, independientemente de su modo de expresión, deben coordinarse y expresarse juntos.
La expresión génica está regulada por secuencias reguladoras y moléculas reguladoras.
Elemento que actúa en cis: una secuencia reguladora ubicada en la misma cadena de ADN que la secuencia codificante que se está regulando.
Factores de acción trans: algunas secuencias reguladoras que están lejos de la secuencia codificante regulada producen productos de expresión que regulan los genes codificantes, incluidas las proteínas y el ADN.
La regulación de la expresión genética presenta múltiples niveles y complejidad.
La regulación de la expresión génica se refleja en todo el proceso de expresión génica, en el que la regulación a nivel de transcripción juega un papel crucial. El inicio de la transcripción es el punto de control básico de la expresión génica.
Regulación de la expresión de genes procarióticos.
Características del genoma procariótico.
①El genoma procariótico es una molécula de ADN circular cerrada con una estructura superhelicoidal.
②Hay pocas secuencias repetitivas en el genoma.
③ Los genes estructurales que codifican proteínas son genes continuos y la mayoría de ellos son genes de copia única, pero los genes que codifican ARNr siguen siendo genes de copias múltiples.
④La proporción de genes estructurales en el genoma (alrededor del 50%) es mucho mayor que la del genoma eucariota.
⑤Muchos genes estructurales están dispuestos en unidades de operón en el genoma.
⑥La transcripción y traducción se realizan en el mismo espacio y no hay mucha diferencia en el tiempo.
El operón es la unidad básica de regulación transcripcional de genes procarióticos.
Policistrónico: ARNm que transporta información que codifica múltiples cadenas polipeptídicas.
Monocistrónico: ARNm que transporta la información codificante de una única cadena polipeptídica.
Las secuencias reguladoras incluyen promotores y elementos operadores.
El promotor es el sitio donde se une la ARN polimerasa y es un componente clave que determina la eficiencia de la expresión génica.
Secuencia de consenso: algunas secuencias similares se encuentran en regiones específicas de varias secuencias promotoras de genes procarióticos, generalmente en las regiones -10 y -35 aguas arriba del punto de inicio de la transcripción.
La secuencia consenso determina la actividad transcripcional del promotor.
Los genes reguladores codifican proteínas represoras que pueden unirse a elementos operativos. Las proteínas represoras pueden reconocer y unirse a elementos operativos específicos para inhibir la transcripción de genes. Todas las proteínas represoras median la regulación negativa.
El operón lactosa es un regulador inducible típico.
Características de expresión de los genes de las enzimas del metabolismo de la lactosa: cuando no hay lactosa en el medio ambiente, estos genes están en un estado cerrado, solo cuando hay lactosa en el medio ambiente, estos genes son inducidos a abrirse.
Estructura del operador de lactosa.
Gen estructural Z: codifica la β-galactosidasa
Gen estructural Y: codifica la permeasa
Gen estructural A: codifica la acetiltransferasa
Secuencia del operador O: proteína represora de unión
Promotor P (tiene un sitio de unión CAP aguas arriba)
Gen regulador I: tiene un promotor independiente (PI) y codifica una proteína represora
La secuencia P, la secuencia O y el sitio de unión CAP constituyen juntas la región reguladora del operón lactosa.
El operón lactosa está doblemente regulado por la proteína represora y la CAP.
Regulación negativa de la proteína represora Lac.
Regulación positiva de la PAC
corregulación
El operón triptófano inhibe la expresión genética mediante represión y atenuación.
El operador triptófano de E. coli es un operón represor. Cuando no hay triptófano en la célula, la proteína represora no puede unirse a la secuencia operadora, por lo que el operón triptófano está en un estado abierto y los genes estructurales pueden expresarse. Por el contrario, el triptófano actúa como correpresor para formar un complejo con. la proteína represora y se une a En la secuencia operadora, cierra el operón triptófano y detiene la expresión de la enzima utilizada para sintetizar triptófano.
Atenuación transcripcional: potencia el cierre del operón triptófano favoreciendo la terminación de la síntesis del ARNm que ya ha comenzado a transcribirse
La expresión de genes procarióticos está finamente regulada a nivel de traducción.
Las moléculas de proteínas se unen a los promotores o alrededor de ellos para regularse a sí mismas.
La represión de la traducción utiliza la unión de proteínas a su propio ARNm para regular el inicio de la traducción.
El ARN antisentido modula el inicio de la traducción utilizando secuencias complementarias que se unen al sitio de inicio de la traducción del ARNm.
La frecuencia de codificación de los codones de ARNm afecta la velocidad de traducción.
Regulación de la expresión de genes eucariotas.
Características de los genomas eucariotas.
①Moléculas de ADN lineales de doble hebra con estructura superhelicoidal
②El genoma eucariota es mucho más grande que el genoma procariota.
③El genoma eucariota contiene una gran cantidad de secuencias repetitivas.
④Los genes estructurales de los eucariotas son genes de ruptura.
⑤Los eucariotas no tienen operones y el ARNm producido por transcripción es monocistrónico.
⑥Existencia de la estructura de la cromatina.
⑦La información genética no sólo existe en el ADN nuclear, sino también en el ADN mitocondrial.
Regulación a nivel de la estructura de la cromatina.
La cromatina activada transcripcionalmente es extremadamente sensible a las nucleasas.
Cambios de histonas en la cromatina activada transcripcionalmente.
Niveles reducidos de metilación de islas CpG
Regulación del inicio de la transcripción.
Los elementos que actúan en cis son sitios reguladores clave para el inicio de la transcripción
1. El promotor proporciona la señal de inicio de la transcripción.
Un promotor es una secuencia de una molécula de ADN que media la unión de la ARN polimerasa y la formación de un complejo de iniciación de la transcripción.
(1) Promotor de clase I [caja GC]: inicia principalmente genes que codifican el ARNr, incluido el promotor central y los elementos promotores ascendentes
(2) Promotor de clase II [cuadro TATA]: comienza principalmente a codificar ARNm y ARNsn
(3) Promotor de clase III: comienza principalmente a codificar 5S rRNA, tRNA, U6snRNA, etc.
2. Los potenciadores mejoran los genes vecinos.
Los potenciadores son elementos homeopáticos que pueden mejorar la eficiencia de trabajo de los promotores eucariotas. Son las secuencias reguladoras más importantes de los genes eucariotas y determinan el nivel de expresión de cada gen en la célula. Funciona independientemente de la orientación de su posición.
3. Los silenciadores son elementos reguladores negativos
Los silenciadores son secuencias de ADN específicas que pueden inhibir la transcripción genética. Cuando se combinan con algunos factores de acción trans, inhiben la transcripción genética y silencian el gen.
4. Los aislantes dificultan la acción de los potenciadores.
Los aislantes son elementos del genoma que desempeñan un papel importante en la regulación transcripcional. Pueden bloquear el efecto de los potenciadores sobre los promotores o proteger los genes de la influencia del entorno de cromatina cercano.
El ensamblaje del complejo de iniciación de la transcripción es el principal medio de regulación transcripcional.
La regulación postranscripcional afecta principalmente la estructura y función del ARNm eucariota.
La estabilidad del ARNm afecta la expresión de genes eucariotas.
La estructura de la tapa del extremo 5' puede aumentar la estabilidad del ARNm
La cola poli(A) del extremo 3' previene la degradación del ARNm
Algunos ARN pequeños no codificantes pueden provocar el silenciamiento génico postranscripcional
El empalme alternativo de pre-ARNm puede regular la expresión de genes eucariotas
La expresión de genes eucariotas aún puede regularse durante y después de la traducción
La regulación de la actividad del factor de iniciación de la traducción se produce principalmente mediante la modificación de la fosforilación.
Las proteínas de unión a ARN participan en la regulación del inicio de la traducción.
La regulación de los niveles y actividades de los productos de traducción puede regular rápidamente la expresión genética.
La regulación de la expresión génica por ARN pequeños es muy compleja
No se puede ignorar el papel del ARN largo no codificante en la regulación de la expresión genética.