Partea a VIII-a: Exprimarea genică

Reglarea exprimării genelor la eucariote pe durata și după terminarea traducerii

După ce ARN-ul a fost transportat în citoplasmă, acesta este tradus într-o proteină. Controlul acestui proces depinde în mare măsură de molecula de ARN. Stabilitatea ARN-ului va avea o influență foarte mare asupra felului în care se desfașoară traducerea. Modificarea stabilității are ca efect modificarea perioadei de timp cât ARN-ul este disponibil pentru traducere.

Complexul de inițiere și rata de traducere

Similar transcrierii, traducerea este controlată de proteine care se leagă și inițiază procesul. Pentru a demara acest proces se formează un complex proteic numit complexul de inițiere a traducerii.

La eucariote, traducerea este inițiată prin legarea de ribozomul 40S a inițiatorului met-ARNt. Acest ARNt este adus la ribozomul 40S de către un factor de inițiere proteic numit factorul de inițiere eucariotic-2 (eIF-2). Proteina eIF-2 se leagă de molecula de înaltă energie trifosfat de guanozină (GTP). Complexul ARNt–eIF2-GTP se leagă apoi de ribozomul 40S. Un al doilea complex de inițiere se formează pe molecula de ARNm. Mai mulți factori de inițiere recunosc capătul 5’ al catenei de ARNm și proteinele se leagă de coada poly-A a catenei, închizând ARNm-ul într-o buclă. Proteina de legatură cu capetele eIF4F aduce împreună complexul ARNm și complexul ribozomului 40S. Ribozomul scanează apoi catena de ARNm până când găsește un codon de început AUG. Când anticodonul inițiatorului ARNt și codonul de început sunt aliniați, molecula de GTP este hidrolizată, factorii de inițiere sunt eliberați și subunitatea ribozomală mare 60S se leagă pentru a forma complexul de traducere.

Legarea eIF-2 de ARN este controlată prin fosforilare. Dacă eIF-2 este fosforilată, ea suferă o schimbare conformațională și nu se mai poate lega de GTP. În consecință, complexul de inițiere nu se poate forma corect și traducerea este împiedicată (Figura 8.10). Când eIF-2 rămâne nefosforilată, complexul de inițiere se poate forma normal și traducerea poate continua.

Modificările chimice, activitatea proteică și longevitatea

Proteinele pot fi modificate chimic prin adăugarea de grupări cum sunt grupările metil, fosfat, acetil și ubicuitină. Adăugarea sau îndepărtarea acestor grupări din proteine reglează activitatea lor sau perioada de timp în care acestea există în celulă. Uneori, aceste modificări pot regla locul în care se găsește o proteină în celulă – de exemplu, în nucleu, în citoplasmă sau atașată de membrana plasmatică.

Modificările chimice apar ca răspuns la stimuli externi precum stresul, lipsa nutrienților, căldura sau expunerea la lumină ultravioletă. Aceste modificări afectează accesibilitatea epigenetică, transcrierea, stabilitatea ARNm-ului sau traducerea, toate acestea ducând la schimbări în exprimarea unor gene. Schimbarea rapidă a nivelului anumitor proteine este o modalitate eficientă a celulei de a răspunde la factorii de mediu. Deoarece proteinele sunt implicate în fiecare etapă a reglării genelor, fosforilarea unei proteine poate avea, în funcție de proteină, următoarele efecte: modifică accesibilitatea la cromozom; afectează traducerea prin modificarea locului de contact sau a funcției factorului de transcriere; modifică transferul nuclear prin influențarea unor schimbări în complexul de pori nucleari; modifică stabilitatea ARN-ului prin legarea sau nelegarea sa (a proteinei) de acesta cu scopul de a-i regla stabilitatea; modifică traducerea crescând-o sau scăzând-o; afectează modificările post-translaționale prin adăugare sau eliminare de fosfați sau alte modificări chimice.

O proteină căreia îi este adăugat un grup de ubicuitină este marcată pentru degradare. Ubicuitina acționează ca un fanion care indică faptul că durata de viață a proteinei este completă. Aceste proteine sunt apoi mutate în proteazom, un organit al cărui rol este de a elimina proteinele, pentru a fi degradate (Figura 8.11). Prin urmare, o modalitate de a regla exprimarea genelor este modificarea longevității unei proteine.

1. Exonucleazele sunt o clasă de enzime care funcționează prin scindarea, una câte una, a nucleotidelor de la capătul 5′ sau capătul 3′ al unui lanț polinucleotidic. Aceste enzime hidrolizează legătura fosfodiesterică dintre nucleotide, rupând lanțul.

Referințe:

1. Fowler, Samantha, et al. Concepts of Biology. OpenStax College, Rice University, 2013. Download for free at: https://openstax.org/details/books/concepts-biology.
2. Clark, Mary, Jung Choi, and Matthew Douglas. Biology 2E. 2018. Access for free at https://openstax.org/details/books/biology-2e.