Reglarea expresiei genelor / biologie pentru Majors i

definiți termenul de reglementare așa cum se aplică genelor

pentru ca o celulă să funcționeze corect, proteinele necesare trebuie sintetizate la momentul potrivit. Toate celulele controlează sau reglează sinteza proteinelor din informațiile codificate în ADN-ul lor. Procesul de activare a unei gene pentru a produce ARN și proteine se numește expresie genetică. Fie într-un organism unicelular simplu, fie într-un organism multi-celular complex, fiecare celulă controlează când și cum sunt exprimate genele sale., Pentru ca acest lucru să se întâmple, trebuie să existe un mecanism de control atunci când o genă este exprimată pentru a face ARN și proteine, cât de mult din proteină este făcută și când este timpul să nu mai faceți acea proteină, deoarece nu mai este necesară.reglarea expresiei genelor conservă energia și spațiul. Ar fi nevoie de o cantitate semnificativă de energie pentru ca un organism să exprime fiecare genă în orice moment, deci este mai eficient din punct de vedere energetic să activezi genele numai atunci când sunt necesare., În plus, doar exprimarea unui subset de gene în fiecare celulă economisește spațiu, deoarece ADN-ul trebuie să se desprindă de structura sa strâns înfășurată pentru a transcrie și traduce ADN-ul. Celulele ar trebui să fie enorme dacă fiecare proteină ar fi exprimată în fiecare celulă tot timpul.controlul expresiei genelor este extrem de complex. Defecțiunile în acest proces sunt în detrimentul celulei și pot duce la dezvoltarea multor boli, inclusiv a cancerului.,

obiective de învățare

discutați de ce fiecare celulă nu își exprimă toate genele
comparați reglarea genelor procariote și eucariote

expresia genelor

pentru ca o celulă să funcționeze corect, proteinele necesare trebuie sintetizate la momentul potrivit. Toate celulele controlează sau reglează sinteza proteinelor din informațiile codificate în ADN-ul lor. Procesul de activare a unei gene pentru a produce ARN și proteine se numește expresie genetică., Fie într-un organism unicelular simplu, fie într-un organism multi-celular complex, fiecare celulă controlează când și cum sunt exprimate genele sale. Pentru ca acest lucru să se întâmple, trebuie să existe un mecanism de control atunci când o genă este exprimată pentru a face ARN și proteine, cât de mult din proteină este făcută și când este timpul să nu mai faceți acea proteină, deoarece nu mai este necesară.reglarea expresiei genelor conservă energia și spațiul., Ar fi nevoie de o cantitate semnificativă de energie pentru ca un organism să exprime fiecare genă în orice moment, deci este mai eficient din punct de vedere energetic să activezi genele numai atunci când sunt necesare. În plus, doar exprimarea unui subset de gene în fiecare celulă economisește spațiu, deoarece ADN-ul trebuie să se desprindă de structura sa strâns înfășurată pentru a transcrie și traduce ADN-ul. Celulele ar trebui să fie enorme dacă fiecare proteină ar fi exprimată în fiecare celulă tot timpul.controlul expresiei genelor este extrem de complex., Defecțiunile în acest proces sunt în detrimentul celulei și pot duce la dezvoltarea multor boli, inclusiv a cancerului.

reglarea genelor face celulele diferite

reglarea genelor este modul în care o celulă controlează care gene, dintre numeroasele gene din genomul său, sunt „activate” (exprimate). Datorită reglării genelor, fiecare tip de celulă din corpul dvs. are un set diferit de gene active—în ciuda faptului că aproape toate celulele corpului dvs. conțin exact același ADN., Aceste modele diferite de expresie a genelor determină diferitele tipuri de celule să aibă seturi diferite de proteine, ceea ce face ca fiecare tip de celulă să fie unic specializat pentru a-și face treaba.de exemplu, una dintre sarcinile ficatului este eliminarea substanțelor toxice precum alcoolul din sânge. Pentru a face acest lucru, celulele hepatice exprimă gene care codifică subunități (bucăți) ale unei enzime numite alcool dehidrogenază. Această enzimă descompune alcoolul într-o moleculă netoxică. Neuronii din creierul unei persoane nu elimină toxinele din organism, așa că păstrează aceste gene neexprimate sau „oprite”.,”În mod similar, celulele ficatului nu trimit semnale folosind neurotransmițători, așa că mențin genele neurotransmițătorilor oprite (Figura 1).

Figura 1. Celulele diferite au gene diferite ” activate.există multe alte gene care sunt exprimate diferit între celulele hepatice și neuroni (sau oricare două tipuri de celule dintr-un organism multicelular ca tine).

cum celulele „decid” ce gene să pornească?

acum există o întrebare dificilă! Mulți factori care pot afecta genele pe care le exprimă o celulă., Diferitele tipuri de celule exprimă seturi diferite de gene, așa cum am văzut mai sus. Cu toate acestea, două celule diferite de același tip pot avea, de asemenea, modele diferite de expresie a genelor în funcție de mediul lor și de starea internă.în linii mari, putem spune că modelul de expresie a genei unei celule este determinat de informații atât din interiorul, cât și din exteriorul celulei.Exemple de informații din interiorul celulei: proteinele pe care le-a moștenit de la celula mamă, dacă ADN-ul său este deteriorat și cât de mult ATP are.,

Exemple de informații din afara celulei: semnale chimice de la alte celule, semnale mecanice din matricea extracelulară și niveluri de nutrienți.

cum aceste indicii ajută o celulă să „decidă” ce gene să exprime? Celulele nu iau decizii în sensul în care tu sau eu am face-o. În schimb, au căi moleculare care transformă informația—cum ar fi legarea unui semnal chimic de receptorul său—într-o schimbare a expresiei genelor.de exemplu, să luăm în considerare modul în care celulele răspund la factorii de creștere., Un factor de creștere este un semnal chimic de la o celulă vecină care instruiește o celulă țintă să crească și să se împartă. Am putea spune că celula ” observă „factorul de creștere și” decide ” să se împartă, dar cum apar aceste procese?

Figura 2. Factorul de creștere care determină diviziunea celulară

celula detectează factorul de creștere prin legarea fizică a factorului de creștere la o proteină receptor de pe suprafața celulei.,legarea factorului de creștere determină schimbarea formei receptorului, declanșând o serie de evenimente chimice în celulă care activează proteinele numite factori de transcripție.
factorii de transcripție se leagă de anumite secvențe de ADN din nucleu și determină transcripția genelor legate de diviziunea celulară.

produsele acestor gene sunt diferite tipuri de proteine care fac diviziunea celulară (determină creșterea celulară și/sau împinge celula înainte în ciclul celular).,acesta este doar un exemplu al modului în care o celulă poate converti o sursă de informații într-o schimbare a expresiei genelor. Există multe altele, iar înțelegerea logicii reglării genelor este un domeniu de cercetare în curs de desfășurare în biologie astăzi.semnalizarea factorului de creștere este complexă și implică activarea unei varietăți de ținte, incluzând atât factorii de transcripție, cât și proteinele factorului de non-transcripție.,

în rezumat: expresia genelor

reglarea genelor este procesul de control al genelor exprimate în ADN-ul unei celule (utilizate pentru a face un produs funcțional, cum ar fi o proteină).
diferite celule dintr-un organism multicelular pot exprima seturi foarte diferite de gene, chiar dacă conțin același ADN.
setul de gene exprimate într-o celulă determină setul de proteine și ARN-uri funcționale pe care le conține, oferindu-i proprietățile sale unice.,
la eucariote ca oamenii, expresia genelor implică mulți pași, iar reglarea genelor poate apărea la oricare dintre acești pași. Cu toate acestea, multe gene sunt reglementate în primul rând la nivelul transcripției.

reglarea genelor procariote și eucariote

pentru a înțelege modul în care este reglementată expresia genelor, trebuie să înțelegem mai întâi modul în care o genă codifică o proteină funcțională într-o celulă. Procesul are loc atât în celulele procariote, cât și în cele eucariote, doar în moduri ușor diferite.,organismele procariote sunt organisme unicelulare care nu au un nucleu celular și, prin urmare, ADN-ul lor plutește liber în citoplasma celulară. Pentru a sintetiza o proteină, procesele de transcriere și traducere apar aproape simultan. Când proteina rezultată nu mai este necesară, transcrierea se oprește. Ca rezultat, metoda principală de a controla ce tip de proteină și cât de mult din fiecare proteină este exprimată într-o celulă procariotă este reglarea transcripției ADN. Toate etapele ulterioare apar automat. Când este necesară mai multă proteină, apare mai multă transcriere., Prin urmare, în celulele procariote, controlul expresiei genelor este în mare parte la nivel transcripțional.celulele eucariote, în schimb, au organele intracelulare care se adaugă complexității lor. În celulele eucariote, ADN-ul este conținut în nucleul celulei și acolo este transcris în ARN. ARN-ul nou sintetizat este apoi transportat din nucleu în citoplasmă, unde ribozomii traduc ARN-ul în proteine., Procesele de transcriere și traducere sunt separate fizic de membrana nucleară; transcrierea are loc numai în interiorul nucleului, iar traducerea are loc numai în afara nucleului din citoplasmă. Reglarea expresiei genelor poate avea loc în toate etapele procesului (Figura 1)., Regulamentul poate apărea atunci când ADN-ul este nerulat și slăbit de nucleosomes pentru a lega factori de transcripție (nivel epigenetic), atunci când ARN este transcrisă (nivel transcripțional), atunci când ARN-ul este procesat și exportate în citoplasmă după ce este transcris (post-transcripțional nivel), atunci când ARN-ul este tradus în proteine (translație nivel), sau după ce proteina a fost făcut (post-translaționale nivel).

Figura 1., Transcrierea și traducerea procariotică apar simultan în citoplasmă, iar reglarea are loc la nivel transcripțional. Expresia genelor eucariote este reglată în timpul transcripției și procesării ARN, care au loc în nucleu și în timpul traducerii proteinelor, care are loc în citoplasmă. Reglarea ulterioară poate apărea prin modificări post-translaționale ale proteinelor.diferențele în reglarea expresiei genice între procariote și eucariote sunt rezumate în tabelul 1., Reglarea expresiei genelor este discutată în detaliu în modulele ulterioare.

Tabelul 1., Diferențele în reglarea Expresiei Genice dintre Procariote și Eucariote Organisme
organisme Procariote,	organisme Eucariote
Lipsa nucleu	Conține nucleul
ADN-ul se găsește în citoplasmă	ADN-ul este limitat la nuclear compartiment
transcriere ARN și formarea de proteine apar aproape simultan	RNA transcrierea are loc înainte de formarea de proteine, și aceasta are loc în nucleu., Traducerea ARN la proteine are loc în citoplasmă.
expresia Genelor este reglementată în primul rând la nivel transcripțional	expresia Genelor este reglementată la mai multe niveluri (epigenetice, transcripțional, nucleare shuttling, post-transcripție, translație, și post-translaționale)

Evoluția de Gene Regulament

celule Procariote pot reglementa doar expresia genelor prin controlarea cantității de transcriere., Pe măsură ce celulele eucariote au evoluat, complexitatea controlului expresiei genelor a crescut. De exemplu, odată cu evoluția celulelor eucariote a apărut compartimentarea componentelor celulare importante și a proceselor celulare. S-a format o regiune nucleară care conține ADN-ul. Transcrierea și traducerea au fost separate fizic în două compartimente celulare diferite. Prin urmare, a devenit posibilă controlul expresiei genelor prin reglarea transcripției în nucleu și, de asemenea, prin controlul nivelurilor de ARN și a translației proteinelor prezente în afara nucleului.,unele procese celulare au apărut din nevoia organismului de a se apăra. Procesele celulare, cum ar fi tăcerea genelor, s-au dezvoltat pentru a proteja celula de infecțiile virale sau parazitare. Dacă celula ar putea opri rapid expresia genelor pentru o perioadă scurtă de timp, ar fi capabilă să supraviețuiască unei infecții atunci când alte organisme nu ar putea. Prin urmare, organismul a dezvoltat un nou proces care la ajutat să supraviețuiască și a reușit să treacă această nouă dezvoltare la descendenți.

întrebări Practice

controlul expresiei genelor în celulele eucariote are loc la ce nivel(e)?,

only the transcriptional level
epigenetic and transcriptional levels
epigenetic, transcriptional, and translational levels
epigenetic, transcriptional, post-transcriptional, translational, and post-translational levels

Show Answer

Post-translaționale control se referă la:

reglarea expresiei genice după transcriere
reglarea expresiei genice după traducere
controlul epigenetic de activare
perioada de transcriere și traducere

Arată Răspunsul

verificați înțelegerea

răspundeți la întrebările de mai jos pentru a vedea cât de bine înțelegeți subiectele abordate în secțiunea anterioară. Acest test scurt nu contează pentru gradul dvs. în clasă și îl puteți relua de nenumărate ori.

utilizați acest test pentru a verifica înțelegerea dvs. și decideți dacă (1) studiați secțiunea anterioară mai departe sau (2) Treceți la secțiunea următoare.

Yakaranda

biologie pentru Majors i (Română)