Upload
ancuta-ciocan
View
52
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
curs
Citation preview
5/23/2018 Expresie Genica
1/39
1
EXPRESIGENIC
5/23/2018 Expresie Genica
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.
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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.
5/23/2018 Expresie Genica
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;
5/23/2018 Expresie Genica
6/39
6
Transcripia
1. Diferene ADN ARN
2. Formarea ARNm precursor
3. Maturarea ARNm
5/23/2018 Expresie Genica
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.
5/23/2018 Expresie Genica
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)
5/23/2018 Expresie Genica
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.
5/23/2018 Expresie Genica
10/39
10
5'...ATGTTACGACGT... 3' catena "sens"
3'...TACAATGCTGCA... 5 catena "antisens"
(transcris)
Transcripie
5'...AUGUUACGACGU... 3' ARNm
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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)
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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.
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
17/39
17
Translaia
1. Aparatul de translaie
2. Codul genetic
3. Etapele translaiei
5/23/2018 Expresie Genica
18/39
18
paratul de translaie1. ARNm matur
2. Ribosomii
3. ARN transfer
4. Proteine
5. Surse energetice
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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,
5/23/2018 Expresie Genica
23/39
23
paratul de translaie5. Surse energetice
acidul adenozin-trifosforic (ATP)
acidul guanozin-trifosforic (GTP)
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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
5/23/2018 Expresie Genica
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