Ekspresja i
regulacja
genów

Ekspresja

Ekspresja genu (ang. gene expression) – proces, w

którym informacja genetyczna zawarta w genie zostaje

odczytana i przepisana na jego produkty, które są

białkami lub różnymi formami RNA.

Przebieg tego procesu różni się nieco pomiędzy

bakteriami i eukariotami. U bakterii geny są zwykle

zorganizowane w grupy genów zwane operonami (np.

operon laktozowy), które są regulowane jako grupa i

przepisywane na zawierający kilka genów mRNA.

U eukariotów regulacja oraz przepisywanie na mRNA

odnosi się do pojedynczego genu. Proces ten zachodzi w

kilku etapach

Regulacja genu

to złożony wieloczynnikowy proces. Na każdym z

etapów ekspresja genu może być regulowana za

pomocą różnych mechanizmów. Ekspresja genów

zależy od rodzaju komórki, fazy rozwoju

organizmu, metaboliczno- fizjologicznego stanu

komórki. Regulacja ekspresji genów stwarza

możliwość szybkiego reagowania na zmieniające

się warunki środowiska, w którym żyje komórka.

Np. nagłe zwiększenie temperatury spowoduje

uaktywnienie ekspresji genów kodujących

odpowiednie białka opiekuńcze chroniące inne

białka przed denaturacją cieplną.

Operon

Zbiór wspólnie

transkrybowanych i

regulowanych genów. U bakterii

zwykle geny danego szlaku

metabolicznego są położone

obok siebie i wspólnie ulegają

transkrypcji-tworzy się jeden

mRNA, na którym powstają

kolejne produkty translacji

Oprócz genów , które kodują
białka(tzw. genami struktury)w skład
pojedynczego operonu wchodzą też
dwa odcinki DNA niekodujące białka:



Promotor-to miejsce przyłączenia
polimerazy RNA



Operator-miejsce przyłączania białka-
regulatora , czyli reguluje operon.

Mechanizm regulacji polega na
włączaniu lub wyłączaniu transkrypcji.

OPERON LAKTOZOWY

Komórki prokariotyczne dostosowują ekspresję swoich
genów do zapotrzebowania ,aby nie tracić energii na
biosyntezę białka, wtedy gdy nie jest ono potrzebne.
Operon laktozowy E.coli zawiera geny:



lacZ kodujący enzym β-galaktozydazę hydrolizującą
laktozę do glukozy i galaktozy



lacY kodujący permeazę laktozową, odpowiedzialną
za transport laktozy do komórki;



lacA kodujący transacetylazę β-galaktozydazową
zaangażowaną w transport laktozy wewnątrz komórki

Z których dwa zaangażowane są w hydrolizę laktozy do
glukozy i galaktozy , a jeden za jej transport do
komórek.

Gdy brak laktozy w pożywce , enzymy są
„bezrobotne” i bakteria wstrzymuje
transkrypcje operonu poprzez białko zwane
represorem. Wiąże się ono ze strukturą DNA
leżącą w pobliżu promotora operonu , zwaną
operatorem. W ten sposób uniemożliwia
polimerazie RNA przyłączenie się do
promotora.
Pojawiające się w środowisku cząsteczki
laktozy tak zmieniają konformację
repsresora, że traci dopasowanie do
sekwencji operatora. W tej sytuacji
polimeraza RNA znów może przyłączyć się
do promotora

Operon Tryptofanowy

Koduje enzymy potrzebne do syntezy
aminokwasu-tryptofanu. Składa się także z



Operatora



Promotora



Kilku genów struktury

Jednak dla bakterii obecność tryptofanu ma inne
znaczenie niż obecność laktozy. Aminokwas ten
jest stale potrzebny i normalnie geny operony
tryptofanowego są włączone (ulegają transkrypcji ,
ponieważ białko represora tego operonu jest
nieaktywnie i nie blokuje polimerazie możliwości
przeprowadzenia transkrypcji).

Dopiero gdy stężenie tryptofanu w
komórce wzrasta , jego cząsteczki
łączą się z nieaktywnym represorem.
Następuje wówczas modyfikacja
represora i staje się on aktywny
(tryptofan jest tu korepresorem ).
Aktywny represor blokuje operator i
następuje „wyłączenie” genów
operonu tryptofanowego (jest to więc
system reprymowalny). Stan taki
utrzymuje się tak długo , aż stężenie
tryptofanu się zmniejszy.

Organizmy

prokariotyczne

Organizmy

eukariotyczne

Nie są

Translacja i transkrypcja

Rozdzielone w czasie i przestrzeni

Są

Nie występuje

DNA w połączeniu z histonami

Występuje

Jest jednym replikonem

Genom

Składa się z wielu

replikonów

Występuje jedna

polimeraza

Występują trzy

polimerazy

Nie występują

W genach introny

Występują

mRNA nie podlega

obróbce

mRNA podlega

obróbce

70S

W cytoplazmie występują rybosomy

80S

Kodonami inicjacyjnymi

są AUG i GUG

Kodonem

inicjacyjnym jest AUG

jest

Postawowym systemem regulacji

działania genów

operon

Nie jest