Cum se exprimă un gen pentru a produce o proteină

Expresia genetică este un proces celular prin care informația codificată într-o anumită genă este utilizată pentru a produce o proteină funcțională sau o moleculă de ARN. Apare în toate formele de viață cunoscute, inclusiv eucariote, procariote, precum și viruși. Transcrierea unei gene într-o moleculă ARNm și traducerea ARNm într-un lanț polinucleotidic al unei proteine ​​funcționale sunt cunoscute sub numele de dogma centrală a biologiei moleculare. Expresia genetică poate fi reglată în diferite etape ale procesului, cum ar fi transcripția, modificările post-transcripționale, traducerea și modificările post-translaționale. Expresia diferențială a genelor permite celulei să producă cantitatea necesară de proteine ​​pentru funcționarea celulei.

Domenii cheie acoperite

1. Ce este Gene Expression
     - Definiție, transcriere, traducere
2. Cum este reglementată expresia genică
     - Definiție, regulament în eucariote și procariote

Termeni cheie: Eucariote, Expresie genetică, ARNm, Procarioti, Proteină, Transcriere, Traducere

Ce este Gene Expression

Expresia genetică este procesul prin care instrucțiunile genetice sunt utilizate pentru sinteza produselor genetice. În general, informația curge de la ADN la ARNm la proteină. Cei doi pași principali ai expresiei genei sunt transcripția și traducerea. Dogma centrală a biologiei moleculare este prezentată în figura 1.

Figura 1: Dogma centrală a biologiei moleculare

Transcriere

Transcrierea se referă la procesul de copiere a informațiilor unei gene într-o nouă moleculă de ARN. Este primul pas al expresiei genei atât în ​​eucariote, cât și în procarioti. ARN polimeraza este enzima implicată în transcripție. Trei tipuri diferite de ARN sunt produse în timpul transcrierii: ARN-ul mesager (ARNm messenger), ARN-ul de transfer (tRNA) și ARN-ul ribozomal (rRNA). ARNm transportă informația genetică de la nucleu la citoplasmă. ARNr este un adaptor ARN care servește drept legătura fizică între ARNm și aminoacizi. ARNm formează părțile integrale ale ribozomului. Procesul de transcriere este prezentat în figura 2.

Figura 2: Transcriere

Cu toate acestea, la unii viruși, materialul genetic este ARN negativ. Aici, polimeraza ARN dependentă de ARN transcrie ARN-ul sensibil negativ într-un ARNm.  

Modificări post-transcripționale

Modificările post-transcripționale se referă la procesul de transformare a transcripției ARN primare într-o moleculă de ARNm matur. Acestea apar în principal în expresia genei eucariote. Molecula ARNm produsă prin transcripție este cunoscută ca transcripția primară a ARN sau pre-mRNA. Acesta este procesat pentru a produce molecula de ARNm matur pe parcursul a patru etape: acoperirea cu 5 ', poliadenilarea și splicingul alternativ. 5 'plafonare este adăugarea unui GTP la capătul 5 'al moleculei pre-mARN. poliadenilare este adăugarea unei coadă poli-A la capătul 3 'al moleculei pre-mARN. Atât capacul de 5 'și coada poli-A împiedică degradarea moleculei mRNA. Grupele genifiante constau din introni și exoni. Doar intronurile sunt codificate pentru secvența de aminoacizi a unei gene. Prin urmare, exonii sunt îndepărtați în timpul îmbinării ARN. Îmbinare alternativă este producerea de secvențe de codificare a mai multor lanțuri de polipeptide prin combinarea diferitelor modele de introni. Modificarea post-transcripțională în ARNm eucariot este prezentată în figura 3.

Figura 3: Modificări post-transcripționale

Cele mai multe gene procariote apar în grupuri cunoscute sub numele de operoni. Operonii constau din mai multe genuri funcționale legate de un singur promotor. Ei transcriu pentru a produce o moleculă polinistronic mRNA care sintetizează mai multe proteine ​​legate în mod funcțional.

Traducere

Traducerea se referă la procesul în care codul genetic purtat de o moleculă ARNm este decodificat, producând un lanț polipeptidic al unei proteine ​​particulare. Apare în citoplasmă de ribozomi. Un sistem de trei aminoacizi este implicat în determinarea fiecărui aminoacid din lanțul polipeptidic. Cele trei nucleotide din ARNm care reprezintă un aminoacid sunt cunoscute ca un codon. Sistemul complet de codoni este cunoscut sub numele de cod genetic. Diferitele molecule de ARNc conțin anticodone care se fixează cu fiecare codon din ARNm. Prin urmare, aceștia poartă aminoacidul corespunzător pentru sinteza lanțului polipeptidic. Traducerea este afișată în figura 4.

Figura 4: Traducerea

Modificări post-translaționale

Modificările post-translaționale sunt modificarea covalentă și enzimatică a lanțului polipeptidic al unei proteine ​​funcționale. Diferite grupuri de polizaharide, lipide sau anorganice sunt adăugate pentru a produce o proteină funcțională. Aceste modificări sunt cunoscute sub numele de glicozilare, fosforilare, sulfatare etc. Pot fi de asemenea adăugați diferiți cofactori pentru a regla funcția proteinei. Modificările post-translaționale ale proteinei de insulină sunt prezentate în figura 5.

Figura 5: Modificări post-translaționale

Cum este reglementată expresia genică

Celula reglează expresia genei fie pentru a crește sau a scădea numărul de proteine ​​produse în interiorul celulei. În eucariote, aceasta poate fi realizată prin diferitele etape ale expresiei genelor, cum ar fi transcripția, modificările post-transcripționale, traducerea și modificările post-translaționale. Cu toate acestea, în prokaryotes, reglarea exprimării genei este realizată în timpul inițierii expresiei genei.

Concluzie

Producția de proteine ​​funcționale în interiorul celulei se realizează prin exprimarea genelor în genom. Cei doi pași principali ai expresiei genelor sunt transcripția și translația în toate tipurile de organisme vii, inclusiv eucariote, procariote și viruși. Transcripția este producerea unei molecule mRNA bazată pe secvența nucleotidică a genei. Traducerea este producția unui lanț polipeptidic pe baza secvenței codonice a moleculei mRNA. În eucariote, expresia genei poate fi reglată atât la niveluri transcripționale, cât și la nivel translațional. Cu toate acestea, expresia genică în prokaryotes este reglată în timpul inițierii transcripției.

Referinţă:

1. "10.3.1 Exprimarea genei și sinteza proteinelor." Plantele în acțiune, Disponibil aici.

Datorită fotografiei:

1. "Dogma centrală a biochimiei moleculare cu enzime" de Dhorspool la en.wikipedia (CC BY-SA 3.0) prin Wikimedia Commons
2. "Procesul de transcriere (13080846733)" Prin programul de educație genomică - Procesul de transcriere (CC BY 2.0) prin Wikimedia Commons
3. "Figura 15 03 02" Prin CNX OpenStax - (CC BY 4.0) prin Wikimedia Commons
4. "Traducere și codoni ADN 0324" Prin OpenStax - (CC BY 4.0) prin Wikimedia Commons
5. "Calea de insulină" Prin încărcat de Fred the Oyster (CC BY-SA 4.0) prin Wikimedia Commons