Funcția genelor
Subiecte din această pagină:
- Transcripție
- Translație
- Rezumat al funcției genice
Cromozomii din celulele noastre conțin o cantitate enormă de informații. Se estimează că oamenii au undeva în jur de 30.000 de gene. Fiecare genă codifică pentru o moleculă de ARN care este fie folosită direct, fie folosită ca ghid pentru formarea unei proteine, cum ar fi insulina prezentată mai devreme. Informațiile din celulele noastre curg, în general, într-o ordine previzibilă, de la forma de stocare a informațiilor (ADN), prin forma de lucru (ARN), până la produsul final (proteina). Informații suplimentare despre subiectele de pe această pagină pot fi găsite, de asemenea, în majoritatea manualelor introductive de biologie, recomandăm Campbell Biology, ediția a 11-a.1 Această cale este folosită de toate organismele și este schematizată mai jos.
După cum se arată, ADN-ul este utilizat ca un ghid sau șablon pentru producerea de mai mult ADN. Acest proces, cunoscut sub numele de replicare, este abordat aici.
Procesul în care anumite secțiuni de ADN (gene) sunt folosite pentru a produce ARN este cunoscut sub numele de transcripție. Vom aborda transcripția în detaliu, deoarece alterările în transcripția anumitor gene sunt foarte importante în dezvoltarea cancerului.
Setul de gene care sunt „activate” la un moment dat este esențial. Mediul variabil în care trăim înseamnă că diferite gene trebuie să fie „pornite” în momente diferite. De exemplu, dacă o masă conține cantități mari de lactoză, un zahăr care se găsește în lapte, atunci corpul nostru răspunde prin activarea (transcrierea) genelor care duc la producerea de enzime care descompun lactoza. Dacă este prezent un alt zahăr sau nutrient, trebuie activate genele corecte pentru a-l procesa.
Transcripția
Obiectivul transcripției este de a realiza o copie ARN a unei gene. Acest ARN poate dirija formarea unei proteine sau poate fi utilizat direct în celulă. Toate celulele cu un nucleu conțin exact aceeași informație genetică. După cum s-a discutat, doar un mic procent din gene este utilizat efectiv pentru a produce ARN la un moment dat într-o anumită celulă. Procesul de transcriere este foarte strâns reglementat în celulele normale.
- Genele trebuie să fie transcrise la momentul potrivit.
- ARN-ul produs de o genă trebuie să fie fabricat în cantitatea corectă.
- Doar genele necesare trebuie să fie transcrise.
- Închiderea transcripției este la fel de importantă ca și pornirea ei.
Vă puteți imagina acest lucru ca pe o linie de producție sofisticată, așa cum ați putea găsi într-o fabrică. Ați dori ca linia de asamblare să funcționeze atunci când aveți nevoie de produs și să se oprească atunci când nu mai aveți nevoie de el.
Cromozomii umani conțin o cantitate enormă de informații. Fiecare cromozom este compus dintr-o singură bucată extrem de lungă de ADN formată din milioane de nucleotide. O genă individuală ocupă doar o mică porțiune dintr-un cromozom.
În animația de mai jos este prezentată organizarea ADN-ului într-un cromozom. ADN-ul este strâns înfășurat și înfășurat în buclă pentru a ocupa mai puțin spațiu, la fel ca înfășurarea firului pe o bobină. Cromozomul prezentat mai jos a fost copiat sau replicat și are o formă caracteristică de X. Cromozomii arată astfel înainte de diviziunea celulară.
Etapele transcripției
Pentru ca transcripția să funcționeze, trebuie să existe o modalitate de a identifica unde trebuie să înceapă și să se oprească procesul. Acest lucru este realizat de proteine speciale, care se leagă la începutul genelor care urmează să fie transcrise. Aceste proteine se numesc factori de transcripție.
Procesul de transcripție este împărțit în mai multe etape:
-
Un factor de transcripție recunoaște locul de start (promotor) al unei gene care urmează să fie transcrisă.
-
Enzima care produce ARN-ul (ARN polimeraza) se leagă de factorul de transcripție și recunoaște regiunea de start.
-
Enzima continuă să coboare pe ADN făcând o copie până când se ajunge la capătul genei.
-
Enzima se desprinde și ARN-ul este eliberat. Acest proces de copiere se poate repeta de numeroase ori.
-
Dacă ARN-ul este unul care codifică pentru o proteină, acesta va părăsi nucleul și va intra în citosol.
Rețineți că gena reprezentată mai sus este de fapt o porțiune de nucleotide de-a lungul unei molecule de ADN (cromozomul).
Activitatea necorespunzătoare a factorilor de transcripție a fost identificată în aproape toate tipurile de cancer cunoscute. Deoarece acești factori sunt esențiali pentru activitățile ordonate ale unei celule, o componentă care se comportă greșit poate avea efecte importante pentru toate celelalte părți ale celulei. Revenind la analogia cu linia de producție, un factor de transcripție care se comportă greșit ar putea duce la pornirea liniei de asamblare atunci când nu ar trebui să o facă, creând prea mult produs. Alternativ, linia de asamblare ar putea să nu fie pornită atunci când este necesar, ducând la un deficit al unui anumit produs.
Factori de transcripție
Câteva exemple de factori de transcripție care funcționează greșit în cancerele umane sunt:
- p53 (TP53)- Gena care codifică factorul de transcripție (proteina) p53 este mutantă în peste jumătate din toate cancerele de orice tip. Proteina pentru care codifică gena p53 este importantă deoarece controlează transcrierea genelor care sunt implicate în determinarea diviziunii celulelor. Mai multe informații despre gena p53 pot fi găsite în secțiunea privind supresorii tumorali.
- Rb – Produsul proteic al acestei gene este un factor de transcripție cu o funcție interesantă. De fapt, funcționează prin blocarea altor factori de transcripție. În acest fel, Rb împiedică transcrierea unor gene cheie necesare pentru ca diviziunea celulară să progreseze. Descrisă inițial ca o genă care a suferit mutații în retinoblastom, un cancer al ochiului de la care gena își trage numele, proteina Rb este acum cunoscută ca jucând un rol în multe tipuri diferite de cancer. Mai multe informații despre gena Rb pot fi găsite în secțiunea privind supresorii tumorali.
- Receptorul de estrogen (ER) – Această proteină se leagă de estrogenul care intră în celulă. Estrogenul este un hormon steroid (lipidic) produs de ovare. Combinația dintre proteină și hormon acționează apoi ca un factor de transcripție pentru a activa genele care permit celulelor țintă să se dividă. Receptorul este activ în celulele organelor reproductive feminine, cum ar fi sânii și ovarele. Din acest motiv, estrogenul este recunoscut ca fiind un factor care favorizează creșterea anumitor tipuri de cancer care apar în aceste țesuturi.
Mecanismul de acțiune al estrogenului este prezentat mai jos.
Bila mică verde reprezintă estrogenul. Este o mică moleculă hidrofobă și pătrunde în celule prin traversarea membranei lipidice. Odată ajuns în celulă, estrogenul se leagă de receptorul său (colorat în portocaliu), iar complexul se leagă de ADN în nucleu, determinând transcrierea genelor.
Au fost dezvoltate mai multe medicamente pentru a încerca să blocheze funcția de activare a genelor de către estrogen. Un exemplu prescris în mod obișnuit este tamoxifenul, un medicament care inhibă parțial activitatea estrogenului. Tamoxifenul este colorat în roz în animația de mai jos.
Aceste medicamente ar trebui să încetinească creșterea cancerelor care se dezvoltă ca răspuns la prezența estrogenului și a receptorului său. Mai multe informații despre receptorii de estrogen și cancer pot fi găsite în secțiunea privind tratamentele pentru cancer.
Importanța factorilor de transcripție pentru diviziunea celulelor a fost subliniată de mai multe ori. Cancerul rezultă din diviziunea celulară necontrolată, astfel că următorul proces discutat este diviziunea celulară. Este important să înțelegem cum funcționează în mod normal acest proces, astfel încât să putem aprecia ce se întâmplă atunci când lucrurile merg prost.
Traducerea
După ce ARN mesager (ARNm) este produs prin procesul de transcripție tocmai descris, ARNm este procesat în nucleu și apoi eliberat în citosol.
ARNm este apoi recunoscut de subunitățile ribozomiale prezente în citosol, iar mesajul este „citit” de ribozom pentru a produce o proteină. Informația pentru direcția de formare a proteinei este codificată în secvența de nucleotide care alcătuiesc ARNm. Grupuri de trei nucleotide (numite codoni) sunt „citite” de către ribozom și conduc la adăugarea unui anumit aminoacid în polipeptidul (proteina) în creștere. Procesul este descris schematic în animația de mai jos.
După ce proteina este formată, ea dobândește starea de pliere activă și este capabilă să își îndeplinească funcțiile în celulă. Plierea corectă, transportul, activitatea și eventuala distrugere a proteinelor sunt toate procese foarte bine reglementate.
Genele care controlează aceste procese sunt adesea deteriorate și nu funcționează corect în celulele canceroase.
Mai multe informații despre acest subiect pot fi găsite în capitolul 1 din The Biology of Cancer de Robert A. Weinberg.
Rezumatul funcției genelor
Codul central
- ADN-ul din cromozomii noștri conține gene care sunt transcrise în ARN.
- Există mai multe tipuri diferite de ARN (ARNt, ARNm, ARNr, etc.). Acestea sunt compuse din aceleași blocuri de construcție, dar au funcții, locații și structuri diferite.
- ARN-ul mesager (ARNm) poate fi tradus într-o proteină. Fluxul standard de informații este:
- ADN→ARN→Proteină
- Setul de gene care sunt „pornite” la un moment dat este critic. Diferite gene trebuie să fie „pornite” în momente diferite, în funcție de nevoile și funcțiile unei anumite celule.
Transcripția
- Obiectivul transcripției este de a face o copie ARN a unei gene.
- Factorii de transcripție se leagă de punctul de plecare al genelor pentru a identifica locul unde începe transcripția.
- p53, Rb, receptorul de estrogen sunt toți factori de transcripție care funcționează defectuos în cancere.
- Procesul de transcripție este împărțit în mai multe etape distincte:
- Factorul de transcripție recunoaște și se leagă de locul de start al unei gene (promotor).
- O enzimă producătoare de ARN (ARN polimeraza) se leagă de factorul de transcripție.
- Enzima realizează o copie ARN a genei.
- Enzima se desprinde și ARN-ul este eliberat.
- ARN-ul va rămâne în nucleu sau va ieși în citosol.
Traducerea
- Obiectivul traducerii este de a realiza o proteină folosind informația codificată în ARNm.
- Procesul de traducere este împărțit în mai multe etape:
- ARNm părăsește nucleul și este recunoscut și legat de subunitățile ribozomale din citosol.
- Ribosomul „citește” ARN-ul trei nucleotide (un codon) la un moment dat.
- Ribosomul inserează aminoacidul corespunzător codonului în proteina în creștere.
- Ribosomul întâlnește un codon de oprire și termină sinteza proteică.
- Proteina intră într-un proces de pliere foarte reglementat și obține o structură complet pliată.
- Genele care controlează plierea corectă, transportul, activitatea și eventuala distrugere a proteinelor sunt adesea deteriorate sau funcționează defectuos în cancer.
- 1. Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., & Reece, J. B. (2017). Campbell Biology (11th ed.). Pearson.
.
Leave a Reply