Regulacja biosyntezy bia łek-w chromosomach można wyróżnić kilka rodzajów genów:

-gen regulator wytwarzający swoiste białko-represor,

-gen operator kierujący biosyntezą białka,

-geny struktury odpowiedzialny za syntezę białek wyznaczających cechy organizmów (np.enzymów).

Gen operator i geny struktury tworzą tzw. operon (zbiór wspólnie transkrybowanych i regulowanych genów)

Mechanizm indukcji: Gen regulator wytwarza represor, który blokuje gen operator i uniemożliwia transkrypcję genów struktury. Mechanizm indukcji dotyczy głównie enzymów procesów katabolicznych.

Mechanizm represji: Gen regulator wytwarza represor nieczynny, kty nie blokuje genu operatora,co powoduje swobodne zachodzenie transkrypcji.Gdy represor połączy się z substancją zwaną korepresorem (korepresor, cząsteczka, której obecność jest niezbędna, by nieaktywna cząsteczka → represora stała się aktywnym czynnikiem hamującym charakterystyczny dla niego proces lub reakcję.)to zaczyna blokować gen operator i uniemożliwia transkrypcję gen struktury. Mechanizm reprsji dotyczy głnie enzym proces anabolicznych. Korepresorem jest na og�ł produkt działania enzymu,ktego synteza jest regulowana.

Organizm nie syntetyzuje przez cały czas wszystkich białek. Byłoby to niekorzystne, ponieważ część białek byłaby niepotrzebna i organizm musiałby je wydalać, co powodowałoby olbrzymie straty energii i “surowców”. Liczne geny są nieczynne, a funkcjonują tylko potrzebne w danej chwili. Proces regulacji tworzenia białek nazywamy ekspresją genetyczną, czyli ujawnianiem się cechy warunkowej określonym genem.

Przedstawili ten proces w 1961 roku Jacob i Monod jako tzw. teorię operonu laktozowego. Poznali oni mechanizm regulacji dodatniego i ujemnego działania genu u bakterii okrężnicy (Escherichia coli) w tzw. systemie indukcyjnym. Stwierdzili, że w chromosomie występuje jednostka funkcjonalna nazywana operonem będąca zespołem genów strukturalnych i regulatorowych. Geny strukturalne odpowiedzialne są za syntezę enzymów (białek), a geny regulatorowe kontrolują i regulują pracę genów strukturalnych.

Do genów regulatorowych zaliczamy:

Gen regulator (R) – odpowiedzialny za syntezę białka nazywanego represorem.

Gen operator (O) – kontroluje pracę genów strukturalnych umożliwiając lub blokując proces transkrypcji.

W regulacji ekspresji genetycznej istnieją dwa typy regulacji działania genu.

Pierwszy nazywany dodatnim, umożliwia proces transkrypcji oraz syntezę białka. Bakterie okrężnicy hodowane są na pożywce, w której znajduje się laktoza. W ich komórkach gen regulator (R) wytwarza aktywne białko zwane represorem, które łączy się z obecnym w pożywce induktorem – laktozą, powodując jego inaktywację. Operator nie jest zablokowany, rozpoczyna się proces transkrypcji mRNA oraz synteza potrzebnych enzymów do rozkładu laktozy.

Drugi typ regulacji ujemny występuje wówczas, gdy w pożywce zabraknie laktozy, wówczas gen regulator (R) wytwarza aktywne białko – represor (ponieważ w podłożu nie ma induktora, którym jest laktoza), który łączy się z poeratorem, blokując proces transkrypcji. Enzymy nie są produkowane.

+Uczestniczą w tej regulacji hormony białkowe i sterydowe.

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 (Eukariota, w uproszczeniu, dla genu kodującego białko):

zainicjowanie transkrypcji genu przez czynniki transkrypcyjne

synteza pre-mRNA przez polimerazę RNA

obrka posttranskrypcyjna, dzięki ktej powstaje dojrzały mRNA

transport mRNA z jądra komkowego do cytoplazmy

rozpoznanie mRNA przez rybosom i translacja białka

degradacja mRNA

fałdowanie białka (nabywanie struktury trzeciorzędowej białka)

modyfikacje posttranslacyjne, np. glikozylacja, fosforylacja

przemieszczenie białka do właściwej pozycji (np. błony komkowej, mitochondrium, etc.) (może poprzedzać poprzedni proces)

funkcjonowanie białka �często najbardziej długotrwały i praktycznie jedyny etap w ktym uwidacznia się biologicznie, fenotypowo, informacja genu.

degradacja białka

Ekspresja RNA jest w etapach podobna do białkowej. Nie występuje translacja. Nie dla każdego rodzaju nieinformatycznego-RNA obejmuje wszystkie etapy. Występuje inicjalizacja, transport, splicing, modyfikacje, samoporządkowanie cząsteczki, funkcjonowanie i degradacja.

Regulacja ekspresji genu to złożony wieloczynnikowy proces. Na każdym z etapów ekspresja genu może być regulowana za pomocą różnych mechanizmów. Ekspresja genu zależy od rodzaju komórki, fazy rozwoju organizmu, metabolicznego/fizjologicznego stanu komórki.

KONTROLA EKSPRESJI GENU

PRZEKAZYWANIE INFORMACJI GENETYCZNEJ

Informacja genetyczna - instrukcje kierujące wszystkimi funkcjami komórki lub organizmu

zapisane jako określone, swoiste sekwencje nukleotydów w kwasach nukleinowych w postaci

kodu genetycznego.

Kod genetyczny: zasady zapisu informacji genetycznej zawartej w DNA

Fragment cząsteczki DNA stanowiący matrycę dla syntezy cząsteczki lub podjednostki białka

nazywamy GENEM

Ujawnienie się funkcji genu pod wpływem różnych czynników wewnątrz i

zewnątrzkomórkowych nazywa się ekspresją genu.

Kontrola wytwarzania białek może następować przez:

kontrolowanie, kiedy i jak często dany gen ulega transkrypcji

kontrolowanie procesów składania i dojrzewania pierwotnego

transkryptu RNA

selekcjonowanie mRNA i decydowanie, który z nich ma ulegać

translacji na rybosomach

wybiórczą aktywację lub inaktywację białek po tym, jak już

zostały wytworzone

Najważniejsza kontrola działania wiekszości genów odbywa się na poziomie

TRANSKRYPCJI.