expresie genica

5/23/2018 Expresie Genica

1/39

1

EXPRESIGENIC


2/39

2

Date generale

dou procese corelate funcional:

transcripiai translaia;

necesit: un sistem de transferal informaiei genetice

din nucleul celulei n citoplasm;

un cod genetic.


3/39

3

Date generale

Replic

are

ARNm

Transcripie

ADN

Translaie

PROTEINE

Expresia genic este supus unui control riguroscare regleaz:

tipul de celul n care are loc sinteza proteinei, momentul, cantitatea si ritmul


4/39

4

Date generale

Transfer general:ADN ADN= replicare;ADN ARNm= transcripie

ARNm

proteine= translaie;

Transferspecial:ARN ARN - replicarea unor virusuri;

ARN ADN(transcripia invers) celule

infectate cu retrovirusuri.


5/39

5

Date generale

Transferul informaiei ADN proteine:

transcripiaformare ARN mesager precursor;

formareaARNm matur;

transportulARNm din nucleu la ribosomi;

translaiasinteza proteine;

procesarea post-translaional;


6/39

6

Transcripia

1. Diferene ADN ARN

2. Formarea ARNm precursor

3. Maturarea ARNm


7/39

7

Transcripia1. Diferene ADN ARN componenta glucidic pentoza - este

r iboza, n loc de deoxiriboz;

n ARN, timina din ADN este nlocuit deuraci l, astfel cele patru baze azotate aleunei molecule de ARN sunt: adenina,guanina, citozina i uracilul;

moleculele de ARN sunt monocatenare.


8/39

8

ARN= polimer de ribonucleotide:[PRN]n

ARN ADN:

riboz, uraciln loc de timin, micropolimer, monocatenar.

ARN: codant= ARNm necodant( gene ARN) cu roluri multiple: - n translaie(ARNr i

ARNt);

- n reglare(ARNmi; ARNsi; ARNa);- n procesareaaltor molecule ARNsn),- parazit(retrovirusuri; retrotranspozoni)


9/39

9

Transcripia2. Mecanismul transcripiei

copierea unui segment limitat din molecula deADN.

transcripia se face pe o singur caten amoleculei de ADN..

catena transcris are ntotdeauna o polaritate 3' 5'.

catena transcris = matri pentru ARNm (TA,GC, CG, AU).

molecula de ARNm polaritate i secvennucleotidic identic cu catena de ADNnetranscris.

catena netranscris= caten sens, catena transcris= caten antisens.


10/39

10

5'...ATGTTACGACGT... 3' catena "sens"

3'...TACAATGCTGCA... 5 catena "antisens"

(transcris)

Transcripie

5'...AUGUUACGACGU... 3' ARNm


11/39

11

U.M.F IAI

FORMAREA ARNm PRECURSOR

Expresia genicpresupune mainti decondensarea regiuniidin ADNcare conine gena /genele ce vor fi transcrise

prin: acetilarea histonelor din

nucleozomice reducecondensarea filamentului cunucleozomi;

repoziionarea nucleozomilor.Ambele mecanisme sunt

implicate n REGLAREAexpresiei genelor


12/39

12

Transcripia3. Formarea preARNm Iniierea transcripiei - regiunea promotor

a genei, prin fixarea factorilor proteici detranscripie.

gene cu exprimare specific tisular fixare TBP(TATA-bind ing pro tein) nregiunea TATA a promotorului atragereaaltor factori proteici complex ADN-proteine fixare ARN-polimeraz IIlaaproximativ 25 pb n aval de situsul TATA


13/39

13

Transcripia3. Formarea preARNm

fixarea ARN-polimerazei II fixare ADN-helicaz

scindare legturi de hidrogen. creterea catenei de ARNm n direcia 5 3

formare de legturi estericentre riboza i acidulfosforic.

copiere exoni + introni t ransc r ipt pr imar saupreARNm. n momentul n care ARNpol ntlnete situsul de

terminare a transcripieiAATAAA(aval de ultimulexon) se semnaleaz clivarea 3 a transcriptului

primar; ARNm precursor va fi secionat(de nite

nucleaze) n dreptul situsului de poliadenilare la18-20 pb n aval (zon bogat n pb GC)


14/39

14

Transcripia3. Maturarea preARNm n regiunea 5 a moleculei este adugat un

rest de 7-metilguanin rezisten laaciunea ribonucleazelor din citoplasm;

o ribonucleaz secioneaz preARNm la11-30 de nucleotide n aval de situsulAAUAAA fixare poliA-polimeraza ataarea mai multor nucleotide cu adenin

(50-250) "coad poliadenilic stabilizare preARNm n timpultransportului din nucleu n citoplasm


15/39

15

Transcripia3. Maturarea preARNm Matisare

secionarea capetelor intronilor + eliminareaintronilor racordarea exonilor;

la nivelul sp l iceosomi lor(organite citoplasmatice)- ribonucleoproteine mici de tipul snRNA fixarepe balizele dinucleotidice ale intronilor: GU iAG;

Secionare enzimatic;

Excludere introni; Racordare exoni.


16/39

16

TRANSCRIPIA INVERS

ADN ARN

transcripie invers

T. Invers = transcrierea unei molecule de ARNmonocatenarntr-o caten de ADNc, care va deveni apoibicatenar (prin sinteza unei catene complementare).

Realizat de ctre transcriptaza invers / reverstranscriptaz (H. Temin i D. Baltimore, Pr. Nobel, 1975).

Utilizatde: virusurile ARN; retrotransposoni, telomerazprecum i n tehnologiile ADN, pentru obinerea de gene

U.M.F IAI


17/39

17

Translaia

1. Aparatul de translaie

2. Codul genetic

3. Etapele translaiei


18/39

18

paratul de translaie1. ARNm matur

2. Ribosomii

3. ARN transfer

4. Proteine

5. Surse energetice


19/39

19

paratul de translaie1. ARNm matur 2 zone netranslate laterale

1 regiune central translat

5UTR Secvena translat 3UTR

7-CH3-G AUGUAA---AAAAA


20/39

20

paratul de translaie2. Ribosomi

(Palade, Pr. Nobel, 1974) = platformele de asamblarea AA n Pr;

complexe macromoleculare (ARNr + proteine)

asamblare la debutul translaiei

subunitate mic (30S) + subunitate mare (50S) ribosom activ (70S): situs de fixare ARNm;

situs aminoacil situs peptidil

situs de ieire


21/39

21

paratul de translaie3. ARNt 40 de tipuri,

80 de nucleotide,

dou funcii:

fixare specific aminoacid

recunoate codonul corespunztor aminoacidului

dou situsuri funcionale: aminoaci li

ant icodon


22/39

22

paratul de translaie4. proteine

Factori reglatori:

factori de iniiere specifici(IFinitiation factor),

factori de elongaie(EFelongation factor)

factori de eliberare (RFrelease factor).

Enzime:

aminoacil-ARNt-sintetaze, peptidil transferaza

translocaza,


23/39

23

paratul de translaie5. Surse energetice

acidul adenozin-trifosforic (ATP)

acidul guanozin-trifosforic (GTP)


24/39

24

Codul genetic

sistem de coresponden ntre oanumit succesiune de nucleotide dinstructura unei molecule de ARNm i unanumit aminoacid din structura peptideisintetizat pe baza informaiei geneticea moleculei de ARNm


25/39

25

Codul genetic Proprieti:

t r iplet ;

fr echivoc

degenerat

are o serie de codoni special i : AUG; UAA, UAG, UGA

lipsit de semne de punctuaie nesuperpozabil universal


26/39

26

U.M.F IAICunoaterea codului genetic nelegerea mecanismelor mutaiilorSubstituia unui nucleotid

AUG UGU AAA CCAMet cis lys pro

MUTAIE SILENTIOAS(silent m.) MUTAIE CU SENS GRESIT(missens m .) MUTATIE NONSENS(nonsens m.)

AUG UGC AAA CCAMet cis lys pro

AUG UGG AAA CCAMet trp lys pro

AUG UGA AAA CCAMet Stop................

Inseria sau deleia unui nucleotidAUG UUU AAA GUU UCGMetPheLysVal Ser

Mutaii f rameshi f t(mutaii cu decalarea cadrului)

AUG UUU GAA AGU UUC GMetPhe GluSerPhe

AUG UUU AAG UUU CGAMetPhe LysLeuArg


27/39

27

Mecanismul translaiei Iniiere

aminoaci l -ARNt-sin tetaza + ATP

act ivarea complexelor am inoacid -ARNt;

f ixarea com plex metion i l -ARNt la

subunitatea mic a ribosomului (40S);

deplasare spre captul 3 al ARNm

codonul iniiator AUG

ataare subunitate mare ribosom (60S) situsuri funcionale: aminoacil, peptidil i

de ieire


28/39

28

Mecanismul translaiei Elongaie

fixarea n situsul peptidil, a complexuluiaminoacid2-ARNt;

Peptidiltransferaza transfer metionin pe

aminoacid2 formare dipeptid ataat lasitusul peptidil;

Translocaza deplasare ribosom activ treinucleotide, n direcia 53:

Dipeptid situs aminoacil; Situs peptidil liber fixare aminoacid3

Repetare ciclu de elongaie


29/39

29

Mecanismul translaiei ncheiere

situs peptidil codon stop fixarefacto r de el iberare;

desprindere complexul peptidil-ARNt

trecere n citoplasm dezasamblare eliberare peptid;

Dezasamblare ribosom 40S + 60S

Distrugere ARNm

U M F IAI


30/39

30

U.M.F IAI

AMPLIFICAREA SINTEZEI DE PROTEINE

O celul poate produce cantiti mari dintr-o anumit proteinpebaza informaiei unei singure gene.

Un plasmocit 2000 molecule identice de anticorpi pe secund

Explicaiileamplificrii:

Prin transcripie se pot produce copii multiple a unui ARNm; Fiecare ARNm poate fixa zeci de ribozomi copii multiple protein

Aceste procese presupun o reciclarerapid a materialelor folosite:ARN, ribozomi, enzime etc


31/39

31

Reglare expresie genic Proces complex > niveluri de reglare:

Reglare global: semnalizarea localizat dependent de poziia celulei,

amprentarea genetic,

recombinrile somatice

competiia pentru activator/inhibitor

Reglare transcripional; Reglare posttranscripional:

Uniti transcripionale multigenice;

Matisarea i poliadenilarea alternativ;

Modificarea secvenei nucleotidice a ARNm;

Reglare translaional Reglare posttranslaional:

Modificri chimice posttranslaionale;

Clivarea posttranslaional a peptidelor

U M F IAI


32/39

32

U.M.F IAI

REGLAREA EXPRESIEI GENELOR

Toate celulelecorpuluiposed aceeai informaiegenetic(rezult prin mitoze succesive din zigot).

Expresia genelor este ns diferit, datorit unor

mecanisme complexe de reglare a expresiei genice. Unele gene (constitutive) exprimate continuu, n toate tipurile

celulare produc proteine permanent necesare metabolismuluicelular.

Alte gene (autorizate) au o expresie limitatla anumite esuturispecifice difereniere celular. Expresia genelor autorizates se exprime poate fi limitat temporal

(stadii diferite ale dezvoltrii) i adaptat la stimulii extracelulari(ex).

Multe alte gene sunt complet i permanent inactivate.

U M F IAI


33/39

33

U.M.F IAI

REGLAREA PRE-TRASNCRIPIONAL(EPIGENETIC)

A EXPRESIEI GENELOR

Vizeaz expresia spaiala anumitor genen anumiteesuturi i tipuri celulare: selecia unor genen celulele embrionare nedifereniatei

meninerea expresiei lorla celulele descendente (difereniate).

Se realizeaz prin modificarea configuraiei cromatinei(despiralizare) care permite accesul ARN pol + factorilor

de transcripie la promotorulgenelor transcripie.

U M F IAI


34/39

34

U.M.F IAI

Modificrile conformaiei cromatinei

NU intereseaz secvena denucleotide(informaia genetic) ise numesc modificri epigenetice: Acetilarea histonelor

decondensareacromatinei

expresiegenic; Dezacetilarea histonelor

condensareacromatinei represiegenic;

Metilarea ADN condensarea

cromatinei represiegenic; ex.Amprentarea genomic una din

genele alele de pe o pereche de

cromozomi omologi este represat

Inactivarea unui cromozom X

U M F IAI


35/39

35

U.M.F IAI

REGLAREA TRASNCRIPIONALA EXPRESIEI GENELOR

Vizeaz reglarea activitii ARN polimerazei II(transcriptaza).

Se realizeaz prin interaciunea

unor FACTORI DE TRANSCRIPIE

cu anumite SECVENE ALE PROMOTORULUI

determin transcripiaanumitor gene n anumiteesuturi, ntr-un anumit momenti cu o anumitintensitate.

U M F IAI


36/39

36

U.M.F IAI

REGLAREA POST-TRASNCRIPIONALA EXPRESIEI GENELOR

Vizeaz moleculele de ARN sintetizate printranscripie.

Mai multe mecanisme din care importante sunt:Matisarea alternativ o gen produce mai multe

molecule de ARNm diferite (prin selecia exonilor) maimulte proteine diferite; de ex, calcitonina i neuropeptidul

nrudit cu calcitonina (v. cursul precedent);

Interferena ARN (RNAi)A. Fire i C.Mello Pr. Nobel2006

U.M.F IAI


37/39

37

U.M.F IAI

INTERFERENA ARN

ARNimecanismul prin care se inhib expresiagenic cu ajutorul unor molecule mici de ARNcomplementar intei: Genomul ARN al unor virusuri (HIV, polio, hepatita C etc)

sau ARNm produs de genele virale Gene din genomul ADN al celulei.

Rolul cheie n acest proces l au: ARNsi (small interfering RNA)acioneaz n citoplasm

unde recunosc i cliveaz enzimatic moleculele de ARN

int (virale); ARNmi (microRNAs) produs prin transcripia unor gene

ADN reglatoriiacioneaz n nucleu i prin metilareblocheaz transcripia altor gene (n special n procesul dedifereniere celular)

U.M.F IAI


38/39

38

U.M.F IAI

MODIFICRILE POST-TRANSLAIONALEALE PROTEINELOR

Determin funcia proteinelor Dup sintez se produc:

Configuraia spaial,tridimensional specific;

Modificri reversibile: fosforilareaserinei sau acetilarea lyzinei;

Modificri permanente: Structurale: puni disulfidice;

clivare enzimatic a unuiprecursor inactiv (pro-hormon;

pro-ferment); Adiia unor grupri funcionale;

ex., glicozilare, adugare de lipideetc

Adugarea altor proteine

U.M.F IAI


39/39

39

REGLAREA EXPRESIEI GENICE: CONCLUZII

Proces foarte complex care se realizeaza in fiecareetapa a fluxului informational:

ADNARNmPROTEINA

Regleaza expresia anumitor gene in anumite tesuturi; Genele autorizate se exprima in anumite momente

ale dezvoltarii si in anumite etape ale ciclului celular ,

cu o anumita intensitate, determinata de stimulii

extracelulari

expresie genica

Documents