Espressione genica

L’espressione genica è il processo mediante il quale il codice genetico – la sequenza nucleotidica – di un gene viene utilizzato per dirigere la sintesi proteica e produrre le strutture della cellula. I geni che codificano per le sequenze di amminoacidi sono noti come “geni strutturali”.

Il processo di espressione genica coinvolge due fasi principali:

Trascrizione: la produzione di RNA messaggero (mRNA) da parte dell’enzima RNA polimerasi e l’elaborazione della molecola mRNA risultante.,

Traduzione: l’uso dell’mRNA per dirigere la sintesi proteica e la successiva elaborazione post-traslazionale della molecola proteica.

Alcuni geni sono responsabili della produzione di altre forme di RNA che svolgono un ruolo nella traduzione, tra cui l’RNA di trasferimento (tRNA) e l’RNA ribosomiale (rRNA).

Un gene strutturale coinvolge un numero di componenti diversi:

• Esoni. Gli esoni codificano per gli amminoacidi e determinano collettivamente la sequenza aminoacidica del prodotto proteico., Sono queste porzioni del gene che sono rappresentate nella molecola mRNA matura finale.
• Introni. Gli introni sono porzioni del gene che non codificano per gli amminoacidi e vengono rimossi (impiombati) dalla molecola di mRNA prima della traduzione.

Regioni di controllo genico

• Sito di avvio. Un sito di partenza per la trascrizione.
• Un promotore. Una regione a poche centinaia di nucleotidi ‘a monte’ del gene (verso il 5 ‘ fine). Non è trascritto in mRNA, ma svolge un ruolo nel controllo della trascrizione del gene., I fattori di trascrizione si legano a specifiche sequenze nucleotidiche nella regione del promotore e aiutano nel legame delle RNA polimerasi.
• Potenziatori. Alcuni fattori di trascrizione (chiamati attivatori) si legano a regioni chiamate “enhancers” che aumentano il tasso di trascrizione. Questi siti possono essere migliaia di nucleotidi dalle sequenze codificanti o all’interno di un introne. Alcuni esaltatori sono condizionali e funzionano solo in presenza di altri fattori e fattori di trascrizione.
• Silenziatori., Alcuni fattori di trascrizione (chiamati repressori) si legano a regioni chiamate “silenziatori” che deprimono il tasso di trascrizione.

Nota: Il termine “espressione genica” è talvolta usato per riferirsi alla sola fase di trascrizione.

Trascrizione

La trascrizione è il processo di sintesi dell’RNA, controllato dall’interazione di promotori e potenziatori., Vengono prodotti diversi tipi di RNA, tra cui l’RNA messaggero (mRNA), che specifica la sequenza di aminoacidi nel prodotto proteico, oltre all’RNA di trasferimento (tRNA) e all’RNA ribosomiale (rRNA), che svolgono un ruolo nel processo di traduzione.

La trascrizione prevede quattro passaggi:

1. Iniziazione. La molecola di DNA si svolge e si separa per formare un piccolo complesso aperto. L’RNA polimerasi si lega al promotore del filamento del modello.
2. Allungamento. La RNA polimerasi si muove lungo il filamento del modello, sintetizzando una molecola di mRNA., Nei procarioti l’RNA polimerasi è un oloenzima costituito da un numero di subunità, incluso un fattore sigma (fattore di trascrizione) che riconosce il promotore. Negli eucarioti ci sono tre RNA polimerasi: I, II e III. Il processo include un meccanismo di correzione delle bozze.
3. Terminazione. Nei procarioti ci sono due modi in cui la trascrizione è terminata. Nella terminazione Rho-dipendente, un fattore proteico chiamato ” Rho ” è responsabile dell’interruzione del complesso che coinvolge il filamento del modello, la RNA polimerasi e la molecola di RNA., Nella terminazione indipendente da Rho, un anello si forma all’estremità della molecola di RNA, causandone il distacco. La terminazione negli eucarioti è più complicata, coinvolgendo l’aggiunta di ulteriori nucleotidi di adenina al 3′ della trascrizione dell’RNA (un processo denominato poliadenilazione).
4. Elaborazione. Dopo la trascrizione la molecola di RNA viene elaborata in diversi modi: gli introni vengono rimossi e gli esoni vengono uniti insieme per formare una molecola di mRNA matura costituita da una singola sequenza di codifica delle proteine., La sintesi dell’RNA comporta le normali regole di accoppiamento della base, ma la timina di base viene sostituita con l’uracile di base.

Traduzione

Nella traduzione la molecola di mRNA matura viene utilizzata come modello per assemblare una serie di aminoacidi per produrre un polipeptide con una sequenza aminoacidica specifica. Il complesso nel citoplasma in cui ciò si verifica è chiamato ribosoma. I ribosomi sono una miscela di proteine ribosomiali e RNA ribosomiale (rRNA) e consistono in una grande subunità e una piccola subunità.,

La traduzione prevede quattro passaggi:

1. Iniziazione. La piccola subunità del ribosoma si lega all’estremità 5′ della molecola di mRNA e si muove in una direzione 3 ‘ fino a quando non incontra un codone iniziale (AUG). Forma quindi un complesso con la grande unità del complesso ribosoma e una molecola di tRNA di iniziazione.
2. Allungamento. I codoni successivi sulla molecola di mRNA determinano quale molecola di tRNA legata ad un amminoacido si lega all’mRNA. Un enzima peptidil transferasi collega gli amminoacidi insieme usando legami peptidici., Il processo continua, producendo una catena di aminoacidi mentre il ribosoma si muove lungo la molecola di mRNA.
3. Terminazione. La traduzione è terminata quando il complesso ribosomiale ha raggiunto uno o più codoni di stop (UAA, UAG, UGA). Il complesso ribosomiale negli eucarioti è più grande e più complicato rispetto ai procarioti. Inoltre, i processi di trascrizione e traduzione sono divisi in eucarioti tra il nucleo (trascrizione) e il citoplasma (traduzione), che offre maggiori opportunità per la regolazione dell’espressione genica.,
4. Elaborazione post-traduzione della proteina

Regolazione genica

La regolazione genica è un’etichetta per i processi cellulari che controllano la velocità e il modo di espressione genica. Un complesso insieme di interazioni tra geni, molecole di RNA, proteine (compresi i fattori di trascrizione) e altri componenti del sistema di espressione determinano quando e dove vengono attivati specifici geni e la quantità di proteine o RNA prodotto prodotto.,

Alcuni geni sono espressi continuamente, in quanto producono proteine coinvolte nelle funzioni metaboliche di base; alcuni geni sono espressi come parte del processo di differenziazione cellulare; e alcuni geni sono espressi come risultato della differenziazione cellulare.

I meccanismi di regolazione genica includono:

• Che regolano il tasso di trascrizione. Questo è il metodo di regolazione più economico.
• Che regola l’elaborazione delle molecole del RNA, compreso splicing alternativo per produrre più di un prodotto della proteina da un singolo gene.
• Regolazione della stabilità delle molecole di mRNA.,
• Regolazione del tasso di traduzione.

I fattori di trascrizione sono proteine che svolgono un ruolo nella regolazione della trascrizione dei geni legandosi a specifiche sequenze nucleotidiche regolatrici.

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