Structura genei - Gene structure
Structura genei este organizarea de elemente de secvență specializate în cadrul unei gene . Genele conțin informațiile necesare pentru ca celulele vii să supraviețuiască și să se reproducă. În majoritatea organismelor, genele sunt formate din ADN, unde secvența specifică de ADN determină funcția genei. O genă este transcrisă (copiată) din ADN în ARN , care poate fi fie necodificator ( ARNc ) cu funcție directă, fie un mesager intermediar ( ARNm ) care este apoi tradus în proteină . Fiecare dintre acești pași este controlat de anumite elemente de secvență sau regiuni din cadrul genei. Prin urmare, fiecare genă necesită mai multe elemente de secvență pentru a fi funcționale. Aceasta include secvența care de fapt codifică funcțională proteină sau ncRNA, precum și mai multe secvențe de reglementare regiuni. Aceste regiuni pot fi la fel de scurte ca câteva perechi de baze , până la multe mii de perechi de baze.
O mare parte din structura genică este în general similară între eucariote și procariote . Aceste elemente comune rezultă în mare parte din ascendența comună a vieții celulare în organisme cu peste 2 miliarde de ani în urmă. Diferențele cheie în structura genelor dintre eucariote și procariote reflectă transcrierea divergentă și mecanismul de traducere. Înțelegerea structurii genetice este fundamentul înțelegerii adnotării , expresiei și funcției genetice .
Aspecte comune
Structurile genelor eucariote și procariote implică mai multe elemente de secvență cuibărite. Fiecare element are o funcție specifică în procesul de expresie genetică în mai multe etape . Secvențele și lungimile acestor elemente variază, dar aceleași funcții generale sunt prezente în majoritatea genelor. Deși ADN-ul este o moleculă cu catenă dublă, de obicei doar una dintre catenele codifică informații pe care ARN polimeraza le citește pentru a produce ARNm sau ARN necodificator care codifică proteinele. Acest fir „sens” sau „codare”, rulează în direcția 5 „până la 3” , unde numerele se referă la atomii de carbon ai zahărului ribozei coloanei vertebrale . Cadrul de citire deschis (ORF) al unei gene este, prin urmare, de obicei reprezentat ca o săgeată care indică direcția în care se citește catena de sens.
Secvențele de reglare sunt localizate la extremitățile genelor. Aceste regiuni de secvență pot fi fie lângă regiunea transcrisă ( promotorul ), fie separate prin multe kilobaze ( amplificatoare și amortizoare de zgomot ). Promotorul este situat la capătul 5 'al genei și este compus dintr-o secvență de promotor de bază și o secvență de promotor proximal. Promotorul de bază marchează locul de pornire pentru transcriere prin legarea ARN polimerazei și a altor proteine necesare copierii ADN-ului la ARN. Regiunea promotorului proximal leagă factorii de transcripție care modifică afinitatea promotorului central pentru ARN polimeraza. Genele pot fi reglate de mai multe secvențe amplificatoare și amortizoare care modifică în continuare activitatea promotorilor prin legarea proteinelor activatoare sau represoare . Amplificatorii și amortizoarele de zgomot pot fi situate la distanță de genă, la multe mii de perechi de baze distanță. Prin urmare, legarea diferiților factori de transcripție reglează rata inițierii transcripției în momente diferite și în celule diferite.
Elementele de reglementare se pot suprapune, cu o secțiune de ADN capabilă să interacționeze cu mulți activatori și represori concurenți, precum și cu ARN polimeraza. De exemplu, unele proteine represoare se pot lega de promotorul central pentru a preveni legarea polimerazei. Pentru gene cu mai multe secvențe reglatoare, rata transcripției este produsul tuturor elementelor combinate. Legarea activatorilor și a represorilor la mai multe secvențe reglatoare are un efect cooperativ asupra inițierii transcripției.
Deși toate organismele folosesc atât activatori transcripționali, cât și represori, se spune că genele eucariote sunt „oprite implicit”, în timp ce genele procariote sunt „implicite”. Promotorul principal al genelor eucariote necesită în mod obișnuit activarea suplimentară de către elementele promotor pentru ca expresia să aibă loc. Din păcate, promotorul principal al genelor procariote este suficient pentru o expresie puternică și este reglementat de represori.
 |
Un strat suplimentar de reglare apare pentru genele care codifică proteinele după ce ARNm a fost procesat pentru a-l pregăti pentru translație în proteine. Doar regiunea dintre codonii start și stop codifică produsul proteic final. Flanchează netranslatate (UTR) conțin secvențe suplimentare de reglementare. UTR 3 conține un terminator secvență, care marchează puncte finale pentru transcriere și eliberează ARN polimerază. 5' UTR leaga ribozomului , ceea ce se traduce regiunea de codificare a proteinei într - un șir de aminoacizi care se pliază pentru a forma produsul proteic final. În cazul genelor pentru ARN-uri necodificatoare, ARN-ul nu este tradus, ci se pliază pentru a fi direct funcțional.
Eucariote
Structura genelor eucariote include trăsături care nu se regăsesc în procariote. Cele mai multe dintre acestea se referă la modificarea post-transcripțională a pre-ARNm pentru a produce ARNm matur gata pentru traducere în proteină. Genele eucariote au de obicei mai multe elemente de reglare pentru a controla expresia genelor în comparație cu procariotele. Acest lucru este valabil mai ales la eucariotele multicelulare , de exemplu la oameni, unde expresia genelor variază foarte mult între diferite țesuturi .
O caracteristică cheie a structurii genelor eucariote este că transcrierile lor sunt de obicei subdivizate în regiuni de exoni și introni . Regiunile exon sunt reținute în molecula finală de ARNm matur , în timp ce regiunile intronice sunt despicate (excizate) în timpul procesării post-transcripționale. Într-adevăr, regiunile intronice ale unei gene pot fi considerabil mai lungi decât regiunile exonului. Odată îmbinate împreună, exonii formează o singură regiune continuă de codificare a proteinelor, iar limitele de îmbinare nu sunt detectabile. Procesarea post-transcripțională eucariotă adaugă, de asemenea, un capac de 5 ' la începutul ARNm și o coadă de poli-adenozină la sfârșitul ARNm. Aceste adăugări stabilizează ARNm și direcționează transportul acestuia din nucleu către citoplasmă , deși niciuna dintre aceste caracteristici nu este codificată direct în structura unei gene.
Procariote
|
|
Organizarea generală a genelor procariote este semnificativ diferită de cea a eucariotelor. Cea mai evidentă diferență este că ORF procariote sunt adesea grupate într-un operon policistronic sub controlul unui set comun de secvențe reglatoare. Aceste ORF sunt toate transcrise pe același mARN și deci sunt co-reglementate și deseori îndeplinesc funcții conexe. Fiecare ORF are de obicei propriul său situs de legare a ribozomilor (RBS), astfel încât ribozomii traduc simultan ORF-uri pe același mARN. Unii operoni afișează, de asemenea, cuplarea translațională, în care sunt legate ratele de traducere a mai multor ORF dintr-un operon. Acest lucru poate apărea atunci când ribozomul rămâne atașat la sfârșitul unui ORF și pur și simplu se translocă de-a lungul următorului fără a fi nevoie de un nou RBS. Cuplarea translațională este, de asemenea, observată atunci când traducerea unui ORF afectează accesibilitatea următorului RBS prin modificări în structura secundară a ARN. Având mai multe ORF-uri pe un singur ARNm este posibil doar la procariote, deoarece transcrierea și traducerea lor au loc în același timp și în aceeași locație subcelulară.
Operatorul Secvența de lângă promotorul este elementul principal de reglementare în procariote. Proteinele represoare legate de secvența operatorului obstrucționează fizic enzima ARN polimerază, prevenind transcripția. Riboswitch-urile sunt o altă secvență reglatoare importantă prezentă în mod obișnuit în UTR procariote. Aceste secvențe comută între structurile secundare alternative din ARN în funcție de concentrația metaboliților cheie . Structurile secundare atunci fie blochează, fie dezvăluie regiuni importante de secvență, cum ar fi RBS. Intronii sunt extrem de rare la procariote și, prin urmare, nu joacă un rol semnificativ în reglarea genelor procariote.
Referințe
Acest articol a fost adaptat din următoarea sursă sub o licență CC BY 4.0 ( 2017 ) ( rapoarte de recenzie ):
Thomas Shafee; Rohan Lowe (17 ianuarie 2017). „Structura genelor eucariote și procariote”. WikiJournal of Medicine . 4 (1). doi : 10.15347 / WJM / 2017.002 . ISSN 2002-4436 . Wikidata Q28867140 .
linkuri externe
- GSDS - Server de afișare a structurii genei