3.cvičenie Regulačné mechanizmy
3.cv.Regulačné mechanizmy
Regulačné mechanizmy
•v určitom časovom úseku sa realizuje iba 10% genetickej informácie
•činnosť génov pod kontrolou regulačných génov – autoregulačná schopnosť nukleových kyselín
Regulačné gény
•regulátor: kóduje syntézu regulačnej bielkoviny represor
•operátor: väzbové miesto bielkoviny represor
•promótor: väzbové miesto RNA-polymerázy
o miesto začiatku transkripcie
o určuje vlákno a smer transkripcie
Regulačný mechanizmus prokaryí
•Operón (Jacob-Monad 1961)
- komplex génov pre syntézu jedného typu bielkoviny
Øregulačný úsek- pozostáva z regulačných génov: regulátor, operátor, promótor
Øúsek štruktúrnych génov
o rad za sebou nasledujúcich štruktúrnych génov bez koncových 5´ a 3´regulačných úsekov
o riadenie niekoľkých génov jedným spoločným regulačným úsekom
Indukčno-represná regulácia
•indukcia:
–aktívny represor sa viaže na operátor
–RNA-polymeráza sa nemôže naviazať na promótor
–blokovanie činnosti RNA-polymerázy a blokovanie iniciácie transkripcie
•represia:
–represor sa viaže s nízkomolekulovou látkou
–blokovanie činnosti represora
–operátor ostáva voľný
–väzba RNA-polymerázy na promótor, iniciácia transkripcie
•Príklad: laktózový operón
–škrob ako substrát sa viaže na represor
–blokovanie činnosti represora
–väzba RNA-polymerázy na promótor, iniciácia transkripicie a syntéza enzýmu ß-galaktozidáza
–rozklad laktózy v bunke, nakoniec ß-galaktozidáza rozloží laktózu viazanú na represor
–aktívny represor sa viaže na operátor, blokovanie činnosti RNA-polymerázy, zastavenie syntézy ß-galaktozidázy
Regulačný mechanizmus eukaryí
•každý štruktúrny gén = transkripčná jednotka
o začína v mieste CAP
o končí 20 nukleotidov za polyA
•štruktúru génu tvorí reťazec DNA zahŕňajúci transkripčnú jednotku:
o sekvencia nukleotidov s exón-intrónovou štruktúrou
o s regulačnými oblasťami na 3´a 5´konci.
•Regulačná oblasť 5´ konca:
ØTATA box
§25-30 nukl. v protismere od začiatku transkripcie
§nasmerováva RNA –polymerázu
§ bohatý na AT páry
ØCAT box
§70-80 nukleotidov od miesta začiatku transkripcie
§typická CNCAAT sekvencia
§neobjasnená funkcia
•Regulačná oblasť 3´konca
Ø sekvencia AATAAA
§signál pre pripojenie polyA konca a pre nukleázu štiepaciu reťazec RNA o 10-15 nukleotidov ďalej
§za signálom pre poly A pokračuje transkripcia
Regulácia na úrovni transkripcie
•transkripčné faktory
•silancery a enhancery
•hormóny
Transkripčné faktory
•špecifické regulačné proteíny
•schopnosť väzby na regulačný úsek 5´
•pozitívna resp. negatívna regulácia:
o väzba na regulačný úsek génu
o vzájomná interakcia a interakcia s RNA-polymerázou
•regulácia aktivity transkripčného faktora vonkajšími stimulmi
Enhancery, silancery- regulačné sekvencie:
–regulujú množstvo syntetizovanej mRNA
–pracujú na princípe tvorby šmyčiek
•Enhancer (zosilovač)
Ø repetetívna sekvencia (72 bp)
Ø lokalizovaná pred CAAT boxom
Ø stimulácia transkripcie promótora s ktorým je v asociácií, vzájomnou interakciou s transkripčným faktorom
Ø tkanvivo špecifický
o podmienené závislosťou enhancera od transkripčného faktora syntetiz. v špecifickom tkanive
•Silancer (zoslabovač)
Ø inhibuje transkripciu
Ø závisí od silancerových proteínov:
o väzbou na silancer inhibujú transkripciu okolitých génov
o presný mechanizmus neobjasnený
Regulácia transkripcie hormónmi
Regulácia steroidnými hormónmi
•väzba hormónu na receptor v cytoplazme
•väzba hormónu na membránu cieľovej bunky
A: Väzba hormónu na receptor v cytoplazme
•prechod steroidného hormónu do bunky
•väzba hormónu s proteínovým receptorom: komplex hormón – receptor:
- komplex aktivuje enzým proteínkináza, fosforylácia histónových bielkovín chromatínu proteínkinázou -> aktivácia génov
- komplex sa priamo viaže na DNA -> aktivácia génov
B: Väzba hormónu na membránu cieľovej bunky
•hormón prechádza cez bunkovú membránu
•hormón aktivuje enzým adenylátcykláza
•adenylátcykláza katalyzuje premenu ATP na cyklickú AMP (cAMP):
Ø nízka koncentrácia cAMP:
§odbúranie cAMP na AMP
§zapojenie AMP do metabolizmu bunky
Ø vysoká koncentrácia cAMP:
§pôsobí na enzým proteínkináza
§rozdelenie enzýmu na dve podjednotky:
o regulačná – blokovaná cAMP
o katalytická – prechod do jadra, fosforylácia histónových bielkovín, aktivácia génov
•Vlastnosti cAMP:
Ø syntetizuje sa z ATP v každej bunke
Ø nie je metabolitom hlavnej dráhy
Ø obsahuje dostatok funkčných skupín pre väzbu s receptorom
Ø prenos informácie z hormónu aktiváciou proteínkinázy, ktorá fosforyláciou aktivuje proteíny
Regulácia na úrovni translácie
•kontrola iniciácie translácie:
o účinnosť translácie závislá od interakčnej energie medzi antikodónom a kodónom
o prenos aminokyseliny tRNA s interakčnou energiou najvhodnejšiou pre rýchle vytvorenie a následné odpojenie komplexu
•dostatok potrebných komponentov:
o vplyv na rýchlosť translácie
•regulácia degradácie mRNA:
o pri krátkej životnosti mRNA rýchlosť translácie závislá od rýchlosti transkripcie
Regulácia biosyntézy proteínov
•Gény:
Ø konštitutívne:
§nepretržitá transkripcia a translácia bez ohľadu na potrebu bunky
§génový produkt sústavne prítomný v bunke
Ø induktívne:
§transkripcia a translácia podľa potrieb bunky
§génový produkt v bunke len v prípade potreby
Regulácia syntézy enzýmov
•enzýmová indukcia
•enzýmová represia
o pôsobením korepresora sa zastavuje syntéza enzýmov
o korepresor = posledný produkt metabolickej dráhy (tkz. represia konečným produktom)
•katabolická represia
o prednostné metabolizovanie výhodnejšieho substrátu, t.j. syntéza enzýmu metabolizujúceho prednostný produkt