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2020_Winter_Bis2a_Facciotti_Lecture_23 - Biologia


Objetivos de aprendizagem associados a 2020_Winter_Bis2a_Facciotti_Lecture_23

  • Dado o dogma central, proponha uma justificativa para a necessidade de regular cada etapa, incluindo a degradação de biomoléculas.
  • Descreva os papéis dos reguladores transcricionais positivos e negativos no controle da expressão gênica.
  • Desenhe modelos que ajudem a explicar como a ligação alostérica de pequenas moléculas a fatores de transcrição de ação positiva e negativa pode, em ambos os casos, explicar sua capacidade de "aumentar" ou "diminuir" a transcrição de uma forma dependente da concentração de moléculas pequenas.
  • Dadas as informações sobre a regulação alostérica de uma proteína de ligação ao DNA, preveja qual efeito a alteração da concentração do regulador alostérico teria na ligação de um fator de transcrição a um elemento regulador.

Introdução à regulação gênica

Regulação tem tudo a ver com a tomada de decisões. tecidos).

Uma vez que o assunto da regulação é um tópico amplo e profundo de estudo em biologia, no Bis2a não cobrimos todos os detalhes - há muitos. Em vez disso, como fizemos para todos os outros tópicos, tentamos nos concentrar em (a) delinear algumas construções lógicas centrais e perguntas que você deve ter ao abordar QUALQUER cenário envolvendo regulamentação, (b) aprender algum vocabulário comum e mecanismos onipresentes e ( c) examinar alguns exemplos concretos que ilustram os pontos feitos em um e

b

.

Expressão genetica

Introdução

Todas as células controlam quando e quanto cada um de seus genes é expresso. Esta declaração simples - que pode ser derivada da observação do comportamento celular - traz muitas questões que podemos decompor usando nossa rubrica Desafio de Design.

Tentando definir "expressão gênica"

A primeira coisa que precisamos fazer, entretanto, é definir o que significa quando dizemos que um gene é "expresso". Se o gene codifica uma proteína, pode-se razoavelmente propor que a "expressão" de um gene significa quanta proteína funcional a célula produz. Mas e se o gene não codificar uma proteína, mas algum RNA funcional. Então, neste caso, "expresso pode significar quanto do RNA funcional a célula produz. Outra pessoa pode razoavelmente sugerir que" expressão "se refere apenas à etapa inicial na criação de uma cópia da informação genômica. Por essa definição, um pode querer contar quantas transcrições completas estão sendo feitas. É o número de produtos finais codificados pela informação genômica ou é o número de leituras das informações importantes para descrever a "expressão" adequadamente. Infelizmente, na prática, nós muitas vezes descobrimos que a definição depende do contexto da discussão. Lembre-se disso. Para ter certeza de que estamos falando sobre a mesma coisa, em Bis2A tentaremos usar o termo "expressão" principalmente para descrever o criação do (s) produto (s) funcional (is) final (is). Dependendo do caso específico, o produto final pode ser uma proteína ou uma espécie de RNA.

O desafio do projeto de regular a expressão gênica

Para conduzir essa discussão a partir de uma perspectiva de desafio de design, podemos estipular formalmente que o "grande problema" que estamos interessados ​​em subestimar é o de regular a abundância de proteínas em uma célula. Problema: a célula deve regular a abundância de cada proteína funcional. Podemos então começar apresentando subproblemas:

Vamos parar um momento, porém, primeiro para recarregar algumas idéias. O processo de expressão do gene requer várias etapas, dependendo de qual será o destino do produto final. Com RNAs estruturais e regulatórios (isto é, tRNA, rRNA, snRNA, etc.), o processo requer que um gene seja transcrito e que qualquer processamento pós-transcricional necessário ocorra. Com um gene codificador de proteína, o transcrito também deve ser traduzido em proteína e, se necessário, modificações na proteína também devem ser feitas. Tanto a transcrição quanto a tradução são processos de várias etapas, e a maioria dessas subetapas também são locais de controle em potencial.

Alguns subproblemas podem ser:

  1. É razoável postular que deve haver algum mecanismo(s) para regular a primeira etapa deste processo de várias etapas, o início da transcrição (apenas começando as coisas). Portanto, poderíamos afirmar, "precisamos de um mecanismo para regular o início da transcrição." Também poderíamos transformar isso em uma pergunta e perguntar: "como pode o início da transcriçãoSer realizado"?
  2. Podemos usar um pensamento semelhante para afirmar "precisamos de um mecanismo para regular o fim da transcrição" ou para perguntar "como a transcrição termina?"
  3. Usando esta convenção, podemos afirmar, "precisamos regular o início da tradução e a interrupção da tradução".
  4. Falamos apenas sobre a síntese de proteínas e RNA. Também é razoável afirmar que "precisamos de um mecanismo para regular a degradação do RNA e da proteína".

Focando na transcrição

Neste curso, começamos focando principalmente no exame do primeiro par de problemas / questões, regulando a iniciação e a terminação da transcrição - da informação genômica para um RNA funcional, pronto como está (por exemplo, com um RNA funcional) ou pronto para tradução. Isso nos permite examinar alguns conceitos fundamentais sobre a regulação da expressão gênica e examinar alguns exemplos reais desses conceitos em ação.

Subproblemas para a transcrição e a atividade ou RNA polimerase

Vamos considerar um gene codificador de proteína e trabalhar com alguma lógica. Começamos imaginando um caso simples, onde um gene codificador de proteína é codificado por um único trecho contíguo de DNA. Sabemos que, para transcrever esse gene, uma RNA polimerase precisará ser recrutada para o início da região codificadora. A RNA polimerase não é "inteligente" per se. Deve haver algum mecanismo, baseado na lógica química, para ajudar a recrutar a RNA polimerase para o início do gene que codifica a proteína. Da mesma forma, se este processo deve ser regulado, deve haver algum mecanismo, ou mecanismos para ditar quando uma RNA polimerase deve ser recrutada para o início de um gene, quando não deveria, e / ou E se é recrutado para o DNA se deve começar a transcrição e quantas vezes este processo deve acontecer. Observe que a frase anterior tem vários subproblemas / questões distintas (por exemplo, quando a polimerase é recrutada?; Se recrutada, ela deve iniciar a transcrição?; Se ela começa a transcrição, quantas vezes esse processo deve se repetir?). Também podemos inferir razoavelmente que será necessário haver alguns mecanismos para "instruir" (mais antropomorfismos) a polimerase a parar a transcrição. Finalmente, como o papel da transcrição é criar cópias de RNA dos segmentos do genoma, devemos também considerar problemas / questões relacionadas a outros fatores que influenciam a abundância de RNA, como mecanismos de degradação. Deve haver alguns mecanismos, e esses mecanismos provavelmente envolverão a regulação desse processo.

Um esquema que mostra um gene codificador de proteína e algumas perguntas ou problemas que precisamos nos perguntar ou problemas para os quais precisamos saber as soluções se quisermos entender como a regulação da porção transcricional da expressão do gene é regulada. Atribuição: Marc T. Facciotti (obra própria)

Ativação e Repressão da Transcrição

Alguns fundamentos

Vamos considerar um gene codificador de proteína e trabalhar com alguma lógica. É necessário que haja algum mecanismo, baseado na lógica química, para ajudar a recrutar a RNA polimerase para o início do gene que codifica a proteína. Da mesma forma, se esse processo deve ser regulado, é necessário que haja algum mecanismo ou mecanismos para ditar quando uma RNA polimerase deve ser recrutada para o início de um gene, quando não deveria, e / ou se ela é recrutada para o DNA , se deve começar a transcrição e quantas vezes esse processo deve acontecer. quando é que a polimerase é recrutada ?, se recrutada deve iniciar a transcrição ?, se começar a transcrição, quantas vezes este processo deve repetir?). Também podemos inferir razoavelmente que haverá necessidade de alguns mecanismos para "instruir" (mais antropomorfismos) a polimerase para parar a transcrição.

Recrutando RNA polimerase para locais específicos

Para iniciar a transcrição, a RNA polimerase deve ser recrutada para um segmento de DNA próximo ao início de uma região de DNA que codifica um transcrito funcional. A função da RNA polimerase, conforme descrito até agora, não é ligar sequências específicas, mas mover-se ao longo de qualquer segmento de DNA. Recrutar a polimerase para um local específico, portanto, parece contraditório ao seu comportamento usual. Explicar essa contradição exige que invoquemos algo novo. Qualquer uma das transcrições pode começar em qualquer lugar e apenas os eventos que levam a uma transcrição produtiva completa fazem qualquer coisa útil ou algo diferente do que a própria RNA polimerase ajuda a recrutar a enzima para o início de um gene. O último, agora assumimos como certo, é o caso.

O recrutamento da RNA polimerase é mediado por proteínas chamadas fatores gerais de transcrição. Nas bactérias, eles têm um nome especial: fatores sigma. Em archaea, eles são chamados de proteína de ligação a TATA e fator de transcrição IIB. Em eucariotos, os parentes das proteínas archaeal funcionam com muitas outras para recrutar a RNA polimerase. Os fatores gerais de transcrição têm pelo menos duas funções básicas: (1) Eles podem reconhecer quimicamente uma sequência específica de DNA e (2) eles podem se ligar à RNA polimerase. Juntas, essas duas funções dos fatores gerais de transcrição resolvem o problema de recrutar uma enzima que, de outra forma, não é capaz de se ligar a um sítio específico do DNA. Em alguns textos, os fatores gerais de transcrição (e particularmente as variedades do fator sigma) são considerados parte da RNA polimerase. Embora façam parte do complexo quando ajudam a direcionar a RNA polimerase, eles não continuam com a RNA polimerase após o início da transcrição.

O sítio de DNA que recruta uma RNA polimerase tem um nome especial. Nós o chamamos de promotor. Embora as sequências de DNA de diferentes promotores não precisem ser exatamente iguais, diferentes sequências de promotores normalmente têm algumas propriedades químicas especiais em comum. Obviamente, uma propriedade é que eles podem se associar a uma RNA polimerase. Além disso, o promotor geralmente tem uma sequência de DNA que facilita a dissociação do DNA de fita dupla, de modo que a polimerase pode começar a ler e transcrever a região codificadora. (Observação: tecnicamente, poderíamos ter dividido as propriedades do promotor em subproblemas de desafio de design. Aqui nós pulamos, mas você ainda deve ser capaz de retroceder e criar as declarações de problemas e / ou perguntas relevantes assim que descobrir sobre os promotores).

Em quase todos os casos, mas particularmente em sistemas eucarióticos, o complexo de proteínas que se monta com a RNA polimerase nos promotores (normalmente chamado de complexo de pré-iniciação) pode chegar a dezenas de proteínas. Cada uma dessas outras proteínas tem uma função específica, mas isso é muito detalhe para mergulhar no Bis2A.

Um modelo do complexo de pré-iniciação de E. coli. O fator sigma é colorido em vermelho. O DNA é representado como tubos laranja e estruturas em anel opostas. O resto do complexo de pré-iniciação é rosa. Observe que o DNA possui regiões da dupla hélice e uma estrutura aberta dentro do PIC. Atribuição: Estrutura derivada das coordenadas PDB (4YLN) Marc T. Facciotti (trabalho próprio)

Um modelo abstrato de uma unidade de transcrição genérica mostrada acima com a adição de um promotor e PIC. As questões observadas anteriormente que provavelmente não serão abordadas no Bis2a foram desativadas. Facciotti (trabalho próprio)

Estados de um promotor regulamentado

Uma vez que os promotores recrutam uma RNA polimerase, esses locais e a montagem do complexo de pré-iniciação são locais óbvios para regular as primeiras etapas da expressão gênica. No nível de iniciação da transcrição, frequentemente classificamos o promotor em uma de três classes. Nós chamamos o primeiro constitutivo. Os promotores constitutivos geralmente não são regulados com muita força. Seu estado básico é "ligado". Quando a transcrição constitutiva de um promotor é muito alta (em relação à maioria dos outros promotores), chamaremos coloquialmente esse promotor de promotor "constitutivo forte". Se a quantidade de transcrição de um promotor constitutivo é baixa (em relação à maioria dos outros promotores), chamamos esse promotor de promotor "constitutivo fraco".

Uma segunda maneira de classificar promotores pelo uso do termo ativado ou equivalente induzido. Esses termos intercambiáveis ​​são usados ​​para descrever promotores sensíveis a algum estímulo externo e responder a esse estímulo aumentando a transcrição. Os promotores ativados têm um estado de base que exibe pouca ou nenhuma transcrição. A transcrição é então "ativada" em resposta a um estímulo - o estímulo "liga" o promotor.

Finalmente, o terceiro termo usado para classificar promotores é pelo uso do termo reprimido. Esses promotores também respondem a estímulos, mas o fazem diminuindo a transcrição. O estado básico para esses promotores é algum nível basal de transcrição, e o estímulo atua para diminuir ou reprimir a transcrição. A transcrição é "reprimida" em resposta a um estímulo - o estímulo "desliga" o promotor.

Os exemplos dados acima assumiram que um único estímulo atua para regular os promotores. Embora este seja o caso mais simples, muitos promotores podem integrar informações diferentes e podem ser alternadamente ativados por alguns estímulos e reprimidos por outros estímulos.


Possível NB Discussão Apontar

No Bis2A, você aprendeu como é importante para a célula ser capaz de regular sua biologia, com vários exemplos de mecanismos regulatórios. Diante disso, você pode explicar por que é vantajoso ainda ter promotores constitutivos que geralmente não são regulamentados com muita força? Que tipos de genes você esperaria que tivessem um promotor constitutivo forte? Que tal um promotor constitutivo fraco?


Fatores de transcrição ajudam a regular o comportamento de um promotor

Como os promotores são sensíveis a estímulos externos? Mecanisticamente, tanto a ativação quanto a repressão requerem proteínas regulatórias para alterar a saída transcricional do gene que está sendo observado. As proteínas responsáveis ​​por ajudar a regular a expressão são geralmente chamadas fatores de transcrição. As sequências específicas de DNA ligadas por fatores de transcrição são freqüentemente chamadas de operadores e, na maioria das vezes, os operadores estão muito próximos das sequências promotoras.

É aqui que a nomenclatura se torna potencialmente confusa - particularmente quando se compara pesquisas bacterianas e eucarióticas. No

pesquisa bacteriana

, se o fator de transcrição atua ligando-se ao DNA e à RNA polimerase de uma forma que aumenta a transcrição, é normalmente chamado de ativador. Se, por outro lado, o fator de transcrição atua ligando-se ao DNA para reprimir ou diminuir a transcrição do gene, então é chamado de repressor.

Por que as classificações de ativador e repressor são potencialmente problemáticas? Esses termos descrevem as proteínas com funções únicas idealizadas. Embora isso possa ser verdade com alguns fatores de transcrição, na realidade outros fatores de transcrição podem atuar para ativar a expressão do gene em algumas condições, enquanto reprimem em outras condições. Alguns fatores de transcrição atuarão para modular a expressão para cima ou para baixo, dependendo do contexto, em vez de desligar a transcrição ou ativá-la completamente. Para contornar parte dessa confusão, alguns de seus instrutores preferem evitar o uso dos termos ativador e repressor e, em vez disso, preferem discutir a atividade de transcrição de vários fatores de transcrição como uma influência positiva ou negativa na expressão gênica em casos específicos. Se usarmos esses termos, você poderá ouvir seu instrutor dizer que o fator de transcrição em questão ATUA COMO / COMO um repressor ou que ATUA COMO / COMO um ativador, tomando cuidado para não chamá-lo simplesmente de ativador ou repressor. É mais provável, entretanto, que você os ouça dizer que um fator de transcrição está agindo para influenciar positiva ou negativamente a transcrição.

CUIDADO: Dependendo do seu instrutor, você pode cobrir alguns exemplos biológicos reais de mecanismos regulatórios positivos e negativos. Esses exemplos específicos usarão os nomes comuns dos fatores de transcrição - uma vez que os exemplos serão normalmente extraídos da literatura bacteriana, os nomes dos fatores de transcrição podem incluir os termos "repressor" ou "ativador". Esses nomes são relíquias de quando foram descobertos pela primeira vez. Tente passar mais tempo examinando a lógica de como o sistema funciona do que tentando guardar na memória quaisquer propriedades especiais daquela proteína específica para todos os outros casos com o mesmo rótulo. Só porque rotulamos uma proteína como repressora não significa que ela só atue como regulador negativo em todos os casos ou que interaja com sinais externos no mesmo foi como o exemplo.


Possível NB Discussão Apontar

Que tipo de interação você acha que acontece entre os aminoácidos do fator de transcrição e a dupla hélice do DNA? Como os fatores de transcrição reconhecem seu sítio de ligação no DNA?


Moduladores alostéricos de proteínas reguladoras

A atividade de muitas proteínas, incluindo proteínas regulatórias e vários fatores de transcrição, pode

seralostericamentemodulado

vários fatores, inclusive pela abundância relativa de pequenas moléculas na célula. Freqüentemente nos referimos a essas pequenas moléculas como indutores ou co-repressores

ou

co-ativadores e são frequentemente metabólitos, como lactose ou triptofano ou pequenas moléculas reguladoras, como

acampamento

ou GTP. Essas interações permitem que o FT responda às condições ambientais e module sua função de acordo. Ajuda a decidir se transcrever um gene dependendo da abundância do sinal ambiental.

Vamos imaginar um regulador transcricional negativo. No caso mais simples que consideramos até agora, a transcrição de um gene com um sítio de ligação para esse fator de transcrição seria baixa quando o FT está presente e alta quando o FT está ausente. Agora podemos adicionar uma pequena molécula a este modelo. Aqui, a pequena molécula pode se ligar ao regulador transcricional negativo por meio de conjuntos de ligações complementares de hidrogênio e iônicas. Neste primeiro exemplo, consideraremos o caso em que a ligação da pequena molécula ao FT induz uma mudança conformacional ao FT que reduz severamente sua capacidade de se ligar ao DNA. Se for esse o caso, o regulador negativo - uma vez ligado por sua pequena molécula - seria liberado do DNA. Isso seria

deste modo

aliviar a influência negativa e levar ao aumento da transcrição. Essa lógica regulatória pode ser apropriada para ter evoluído no seguinte cenário: uma pequena molécula de alimento está normalmente ausente do ambiente. Portanto, genes que codificam enzimas que degradam / usam esse

comida deve ser mantida

"off" na maioria das vezes para preservar a energia celular que sua síntese usaria. Um regulador negativo poderia fazer isso. Quando o alimento aparece no meio ambiente, seria apropriado que as enzimas responsáveis ​​por seu processamento

ser expresso

. O alimento poderia então agir ligando-se ao regulador negativo, mudando a conformação do FT, causando sua liberação do DNA e ativando a transcrição das enzimas de processamento.

Um modelo abstrato de uma unidade transcricional genérica regulada por um regulador negativo cuja atividadeé moduladopor uma pequena molécula (representada por uma estrela). Aqui, a ligação da pequena molécula faz com que o FT seja liberado do DNA. Atribuição:Marc T. Facciotti (trabalho próprio)

Podemos considerar um segundo modelo de como um FT de ação negativa pode interagir com uma pequena molécula. Aqui, o FT sozinho não consegue ligar seu sítio regulatório ao DNA. No entanto, quando uma pequena molécula se liga aoTFocorre uma mudança conformacional que reorienta os aminoácidos de ligação ao DNA na orientação "correta" para a ligação ao DNA. O complexo TF-molécula pequena agora se liga ao DNA e age para influenciar negativamente a transcrição.

Um modelo abstrato de uma unidade transcricional genérica regulada por um regulador negativo cuja atividadeé moduladopor uma pequena molécula (representada por uma estrela). Aqui, a ligação da pequena molécula faz com que o TF se ligue ao DNA. Atribuição:Marc T. Facciotti (trabalho próprio)

Observe como a atividade do TF pode

ser modulado

de maneiras distintas por uma pequena molécula. Dependendo da proteína, a ligação desse sinal externo pode causar a ligação do complexo TF-molécula pequena ao DNA OU a ligação da molécula pequena pode causar a liberação do complexo TF-molécula pequena do DNA. Podemos trabalhar os mesmos tipos de exemplos para um regulador positivo.

Em ambos os casos propostos acima, a ligação de uma pequena molécula a um TF

dependerá

sobre a intensidade com que o TF interage com a pequena molécula. Isso dependerá dos tipos e da orientação espacial dos grupos funcionais químicos da proteína, de seus estados de protonação (se aplicável) e dos grupos funcionais complementares na pequena molécula. Não deve ser surpreendente, portanto, saber que a ligação da molécula pequena ao TF dependerá de vários fatores, incluindo, mas não se limitando às concentrações relativas de molécula pequena e TF e pH.

É uma regulação positiva ou negativa?

Resolvendo um ponto comum de confusão

Não é incomum para muitos alunos Bis2a

estar um pouco confuso

sobre como determinar se um fator de transcrição está agindo como um regulador positivo ou negativo. Essa confusão geralmente surge após uma discussão sobre os modos pelos quais o estímulo (ou seja, molécula pequena) pode influenciar a atividade de um fator de transcrição. Isso não é muito surpreendente. Nos exemplos acima, a ligação de uma molécula efetora a um fator de transcrição pode ter um de dois efeitos diferentes: (1) a ligação da molécula efetora pode induzir um fator de transcrição ligado ao DNA a ser liberado de seu local de ligação,

desreprimir

um promotor e "ativando" a expressão do gene. (2) a ligação da molécula efetora ao fator de transcrição poderia induzir o TF a se ligar ao seu sítio de ligação ao DNA, reprimindo a transcrição e "desligando" a expressão do gene. No primeiro caso, pode parecer que o TF

está agindo

para regular a expressão positivamente, enquanto no segundo exemplo pode parecer que o FT atua negativamente.

No entanto, em ambos os exemplos acima, o TF

está agindo

como um regulador negativo. Para determinar isso, observamos o que acontece quando o TF se liga ao DNA (se uma pequena molécula

está ligado

ao TF ou não). Em ambos os casos, a ligação do FT ao DNA reprime a transcrição. O TF está, portanto, atuando como um regulador negativo. Podemos realizar uma análise semelhante para TFs de ação positiva.

Observe que às vezes um TF pode atuar como um regulador positivo em um promotor e um regulador negativo em um promotor diferente, portanto, descrever o comportamento do TF em uma base por caso é muitas vezes importante (ler muito do nome que tem

foi atribuído

pode enganar às vezes). Outras proteínas TF podem atuar alternadamente como reguladores positivos ou negativos do mesmo promotor, dependendo das condições. Novamente, descrevendo o comportamento do TF especificamente para cada caso

é aconselhado

.

Um teste genético para função regulatória positiva ou negativa de um TF

Como determinar se uma proteína reguladora funciona de maneira positiva ou negativa? Um teste genético simples é perguntar "o que acontece com a expressão se a proteína reguladora estiver ausente?" Isso podeSer realizadoremovendo o gene codificador do fator de transcrição do genoma. Se um fator de transcrição atua positivamente, entãosua presença é necessáriapara ativar a transcrição. Na sua ausência, não há proteína reguladora, portanto, não há ativação, e o resultado são níveis mais baixos de transcrição de um gene alvo. O oposto é verdadeiro para um fator de transcrição que age negativamente. Em seuausênciaexpressão deveriaser aumentado, porque o gene que mantém a expressão baixa não está mais por perto.

Término da transcrição e degradação do RNA

Término da transcrição em bactérias

Uma vez que um gene

é transcrito

, a polimerase bacteriana precisa

ser instruído

para se dissociar do molde de DNA e liberar o recém-feito

mRNA

. Dependendo do gene que está sendo transcrito, existem dois tipos de sinais de terminação. Um é

proteína

-Sediada

e

o outro é baseado em RNA. Rescisão dependente de Rho

é controlado

pelo

rho

proteína, que segue atrás da polimerase no crescimento

mRNA

cadeia. Perto do final do gene, a polimerase encontra uma sequência de nucleotídeos G no molde de DNA e ele para. Como resultado, o

rho

a proteína colide com a polimerase. A interação com rho libera o

mRNA

da bolha de transcrição.

Terminação independente de Rho

é controlado

por sequências específicas na cadeia molde do DNA. À medida que a polimerase se aproxima do final do gene que está sendo transcrito, ela encontra uma região rica em nucleotídeos C – G. o

mRNA

se dobra sobre si mesmo, e os nucleotídeos C – G complementares se ligam

juntos

. O resultado é um estável grampo isso faz com que a polimerase pare assim que ela transcrever uma região rica em nucleotídeos A – T. A região U-A complementar do

mRNA

a transcrição forma apenas uma interação fraca com o DNA molde. Isso, juntamente com a polimerase paralisada, induz instabilidade suficiente para a enzima do núcleo se separar e liberar o novo

mRNA

transcrição.

Término da transcrição em eucariotos

O término da transcrição é diferente para as diferentes polimerases. Ao contrário dos procariontes, ocorre o alongamento pela RNA polimerase II em eucariotos1,000–2.000 nucleotídeos além do final do gene que está sendo transcrito. Este pré-mRNAcaudaé posteriormente removidopor clivagem durantemRNAem processamento.Por outro lado, RNAas polimerases I e III requerem sinais de terminação. Os genes transcritos pela RNA polimerase I contêm uma sequência específica de 18 nucleotídeos queé reconhecidopor uma proteína de terminação. O processo de terminação em RNA polimerase III envolveummRNAgrampo de cabelo semelhante arho- terminação independente da transcrição em procariotos.

Término da transcrição em arquéias

O término da transcrição nas arquéias é muito menos estudado do que nos outros dois domínios da vida eainda não é bem entendido. Embora os detalhes funcionais provavelmente se assemelhem a mecanismos que têmfoi vistonos outros domínios devidaos detalhes estão alémo escopo deeste curso.

Degradação de RNA

O tempo de vida de diferentes espécies de RNA na célula pode variar dramaticamente, de segundos a horas. A vida média demRNAtambém pode variar drasticamente dependendo do organismo. Por exemplo, a vida média paramRNAno E. coli é de aproximadamente 5 minutos. A meia-vida demRNAem levedura é de ~ 20 minutos e 600 minutos para células humanas. Alguma degradação é "direcionada". Algumas transcrições incluem uma sequência curta que as direciona para enzimas degradantes de RNA, acelerando a taxa de degradação. Não é preciso muita imaginação para inferir que esse processo também podeestar evolutivamente sintonizadopara genes diferentes. Perceber que a degradação - e o ajuste da degradação - também pode ser um fator no controle da expressão de um gene é suficiente para o Bis2a.

Término do ajuste

Como todos os outros processos biológicos, o término da transcrição não é perfeito. Às vezes, a RNA polimerase pode ler sequências terminadoras e transcrever genes adjacentes. Isto éparticularmenteverdadeiro em genomas bacterianos e arqueanos, onde a densidade de genes codificadores é alta. Esta leitura transcricional pode ter vários efeitos, mas os dois resultados mais comuns são: (1) Se os genes adjacentessão codificadosna mesma fita de DNA do gene transcrito ativamente, os genes adjacentes também podemser transcrito. (2) Seos genes adjacentes são transcritosna fita oposta dos genes ativamente transcritos, a leitura da RNA polimerase interfere nas polimerases que transcrevem ativamente o gene vizinho.Não surpreendentemente, biologiaàs vezes desenvolveu mecanismos que agem para minimizar a influência da leitura e para tirar proveito dela. Portanto, a "força" de um terminador - e sua eficácia determinandotranscrição em uma direção específica - são "sintonizados" pela Natureza e "usado"(observe o antropomorfismo entre aspas) para regular a expressão dos genes.

Um modelo abstrato de uma unidade transcricional básica completa e as várias "partes" codificadas no DNA que podem influenciar a expressão do gene. Esperamos que os alunos do Bis2Aser capaz derecriar uma figura conceitual semelhante de memória. Atribuição:Marc T. Facciotti (trabalho próprio)

Resumo da regulação gênica

No texto anterior, examinamos várias maneiras de resolver alguns desafios de design associados à regulação da quantidade detranscriçãonaquelaé criadopara uma única região de codificação do genoma. Vimos em termos abstratos alguns processos responsáveis ​​por controlar o início da transcrição, como eles podemser feitosensível a fatores ambientais, emuitobrevemente nos processos queterminartranscrição e lidar com a degradação ativa do RNA. Também discutimos como a natureza pode ajustar quantitativamente cada um desses processos para ser "mais forte" ou "mais fracoe que este ajuste de "força" (por exemplo, força do promotor, taxas de degradação, etc.)Influênciao comportamento do processo geral de maneiras potencialmente importantes do ponto de vista funcional.