- základní buň.fce realizovány genovými produkty – proteiny
-pro uskutečnění určité biologické reakce či metabolické dráhy musí být vlastní reakční komponenty nejen vytvořeny, ale aby byla reakce efektivní, musí být přítomny v určité koncentraci, čase a na určitém místě
- u jednobuněčných org je požadavek přesné odpovědi na měnící se podmínky okolí
- u mnohobuněčných org potřeba selektivní genové exprese pro dosažení určitého diferenciačního stavu
- realizace a regulace exprese genet. informace: transkripce → posttranskripční modifikace → translace → posttranslační úpravy
- základní význam v regulaci genové exprese připadá kontrole transkripce
Regulace genové exprese u eukaryot
- exprese kontrolována nejen na úrovni vlastní transkripce, ale i na úrovních dalších
- u eukaryot je mnohem vyšší počet regulačních proteinů než u prokaryot (vážou se přímo či nepřímo s molekulami DNA)
- uložením eukaryotního genomu (přesahuje velikost prokaryotního genomu o 2-3 řády) v jaderném obalu je oddělena transkripce od translace jak časově, tak i prostorově → další možnosti kontroly obou procesů (histonové a nehistonové proteiny)
- odlišnost eukaryotních chromozomů - chemická i strukturální
- složité prostorové uspořádání
- eukaryota nemají operony
- životnost mRNA: prokaryota průměrně 3 minuty x eukaryota až hodiny
- prokaryontní buňky se musí rychle přizpůsobovat stále se měnícím zevním faktorům
(teplota, výživa) x eukaryontní buňky žijí ve stálejších podmínkách
- zpúsob degragace proteinů: prokaryota – mají sice proteolytické enzymy,ale nepotřebných enzymů se zbavují spíše zředěním do dceřinných buněk
eukaryota – často se nedělí vůbec (např. nervové buňky), odstraňují proteiny jen hydrolýzou
genová exprese u eukaryot je regulována na několika úrovních:
1. na úrovni genomu
2. na úrovni transkripce
3. modifikace RNA a její transport z jádra
4. translační proces
5. posttranslační děje
6. degradace mRNA a nasyntetizovaných proteinů
1) Regulace na úrovni genomu
- před zahájením transkripce genu - příslušná část DNA molekuly rozvinuta, aby byl
umožněn přístup RNA polymeráze a regulačním proteinům
- regulace:
a) metylace DNA - geny, jejichž DNA je metylována nejsou exprimovány (nekódují
úseky) zatím co DNA genů aktivně transkribovaných metylován není
- metyluje se cytozin, který je v sousedství guaninu (C*G)
- reakci provádí enzym metyláza (rozezná pouze nemetylovaný cytozin v sousedstvá guaninu (GC)- tato dvojice se však musí současně párovat s metylovaným C*G na komplementárním řetězci
- metylované cytoziny jsou často na nekódujících částech na 5´konci genu
- metylace je reverzibilní (všechny metylace alel se v dospělosti ztrácejí)
- dalším dokladem podílu metylace je regulace genové exprese (DNA z různě diferencovaných tkání má různý vzorek metylace)
- nemá přímý vztak k transkripční aktivitě a asi bude spíše kooperovat s jinými regulačními mechanismy
b) čleňování transpozonů – typický příklad je kontrola párovacího typu u kvasinek:
- máme kvasinky typu a a α, genová výbava obou je naprosto stejná (mají lokus MAT a na stejném chromozomu další dva lokusy s alelymi HMLα a HMRa). Fenotyp párovacího typu a se objeví tak, že se zkopíruje alela HMRa a jako transpozon se vloží do lokusu MAT, který má nyní podobu MATa. Za určitých podmínek se zase může zkopírovat HMLα a jeho kopie se vloží jako transpozon do lokusu MAT- po excisi MATa – ten má nyní podobu MATα. Transkripcí MATa a MATα se spouští odlišné defirenciační programy, které vedou k sexuálnímu chování kvasinek.
2) Regulace transkripce
- transkripční faktory: zastoupení transkripčních faktorů se různí podle typu RNA
polymerázy
promotor pro RNA polymerázu II se skládá z:
1) krátké iniciační sekvence inr
2) sekvence TATAbox
3) další bloky - proximální kontrolní elementy (jsou umístěny v blízkosti startu
transpozonu)
- na TATAbox se váže proteinový transkripční faktor TFIID(pro polymerázu II), ke kterému se ak přikládá TFIIB a teprve pak se připojuje RNA polymeráza
- iniciační komplex ještě doplněn faktory TFIIH a TFIIE ....takto sestavený iniciační komplex je nastaven na „basální“ rychlost transkripce
- ovlivnění rychlosti transkripce (většina genů kódujících proteiny má promotorové sekvence delší nebo kratší, na které se vážou faktory, které snižují či zvyšují rychlost transkripce:
1) proximální kontrolní elementy (v blízkosti startu)
2) distální kontrolní elementy (dál od příslušného genu) → na tyto elementy se váží další
faktory → ovlivnění rychlosti
entrancery - zesilovače transkripce
silencery - tlumiče transkripce
3) Modifikace RNA
- další mechanismus kontroly na posttranskripční úrovni: alternativní sestřih RNA
př.: kontrola tvorby protilátek typu IgM - zda budou secernovány z buňky (sestřih)
nebo zůstanou zakotveny v plazmatické membráně - ovlivňuje to počet exonů
mRNA ze čtyř exonů (3,4,5,6) → membránová forma
mRNA ze dvou exonů( 3, 4) → secernovaná forma
Proteiny regulace transkripce - dvě funkční místa (domény)
1) doména pro regulaci transkripce
2) doména pro vazbu s DNA - mají charakteristickou terciární strukturu → velká
specifita – nejčastější strukturní motivy:
helix - otáčka - helix
zinkový prst
leucinový zip
helix - klička - helix
4) Translace
- kontrola především iniciace
- ovlivnění - hladinou iniciačních faktorů
dostupností komponent translace
rychlostí odbourávání mRNA
5) Posttranslační kontrola
- procesy, které modelují proteolýzu, glykozylaci, fosforylaci + další chemické modifikace proteinové molekuly + začleňování hotového proteinu do finálního kompartmentu (např. do plazm.membr.)
Součásti posttranlační kontroly:
- obrat (turnover) bílkovin
- dlouhá životnost proteinů - stavební proteiny, bílkoviny řasinek a bičíků, bílkoviny buň.stěn
x
- krátká životnost proteinů - signální proteiny, transkripční faktory, proteiny regulující dělení
- nesprávné proteiny - rychlé odbourání
- degenerace pomocí proteasomů (komplexy proteáz) + pomoc ATP → degradace
proteinů na peptidy → hydroláza peptidů na aminokyseliny
- proteasom rozezná špatnou bílkovinu díky ubikvitinu (byl na špatnou bílkovinu dán
určitým komplexem v místě lyzinu)
- ubikvitin = molekulární značka
Koordinace regulace
- aktivace většího počtu genů (u prokaryot jsou geny uspořádány do operonů) u eukaryot
jsou roztroušeny po genomu → jiná regulace
př.: bílkoviny tepelného šoku Hsp minimalizují poškození buňky při tepelné denaturaci,
geny pro tyto proteiny obsahují specifickou regulační sekvenci „heat shock
element“, při zvýšení teploty se aktivuje regulační protein - aktivace transkripce →
geny rozmístěné na různých místech mohou být aktivovány stejným signálem
- homeogeny = geny, které kontrolují embryonální vývoj určité části těla, každý z nich
obsahuje homeotor - sekvenci)
kódují rodinu regulačních proteinů → vývoj určité části těla
regulační proteiny (produkty homeogenů) se váží na DNA
homeodoménou (terciární struktura)
Žádné komentáře:
Okomentovat