Regulacija aktivnosti gena

1. REGULACIJA AKTIVNOSTI GENA

2. Regulacija aktivnosti gena
 Sve ćelije jednog višećelijskog organizma sadrže iste gene.
 Različiti geni u različitim ćelijama aktivni.
 Različiti geni aktivni u različitim periodima ontogeneze.
Regulacija aktivnosti gena

3. Regulacija aktivnosti gena
Ova oblast molekularne biologije se bavi mehanizmima koji regulišu tj. upravljaju
procesima koji dovode do aktivnosti gena.
To je i najteži deo molekularne biologije jer su ti mehanizmi kontrole i regulacije
izuzetno složeni.
Ekspresija gena = sinteza funkcionalnog produkta
Krajnji cilj ekspresije ili aktivnosti gena jeste stvaranje njegovog funkcionalnog
produkta, odnosno, funkcionalnog proteina.
Regulacija aktivnosti gena

4. U svakoj ćeliji jednog organizma postoje geni koji moraju uvek biti
aktivni – to su oni geni čiji su produkti esencijalni za život jedne ćelije,
tj. koji su neophodni svakoj ćeliji u svakom trenutku housekeeping geni.
• aktivni geni u skoro svim ćelijama:
proteini citoskeleta, histoni, nehistonski
proteini hromatina, proteini retikuluma
ribozomalni proteini, enzimi glavnih
metaboličkih puteva
Medjutim, veliki broj proteina je potreban samo u specifičnom trenutku
ili pod specifičnim okolnostima i zato aktivnost gena koji kodiraju takve
proteine mora biti regulisana i uskladjena sa potrebama.
Regulacija aktivnosti gena
Regulacija aktivnosti gena

5. Kod eukariota postoji veći broj nivoa na kojima se može vršiti regulacija genske aktivnosti, i to su :
1. kondenzacija hromatina
2. transkripcija
3. obrada pre-iRNK
4. transport u citoplazmu
5. degradacija iRNK
6. translacija
7. posttranslaciona obrada
8. degradacija proteina
Regulacija aktivnosti gena
kondenzacija
hromatina
regulacija
transkripcije
obrada primarnog
transkripta
Regulacija aktivnosti gena

6. Regulacija aktivnosti gena
4. transport u citoplazmu
5. degradacija iRNK
6. translacija
7. posttranslaciona obrada
proteina
8. degradacija proteina
transport zrele
iR.N.K. u citoplazmu
i degradacija
iR.N.K.
kontrola
translacije
posttranslaciona
obrada proteina
degradacija proteina
Regulacija aktivnosti gena

7. 1. REGULACIJA NIVOA KONDENZACIJE HROMATINA
Regulacija aktivnosti gena
Struktura hromatina igra važnu ulogu u regulaciji ekspresije eukariotskih gena. Nivoi organizacije
hromatina , kao što su nukleozomalno vlakno i hromatinsko vlakno, ne ometaju transkripciju ali svi viši
nivoi ‘’pakovanja’’ hromatina je sprečavaju.
Transkripciono aktivniji regioni
hromatina imaju manje kondezovanu
strukturu koja omogućuje pristup
R.N.K. polimerazi i drugim
regulatornim molekulima.
Kondezovani hromatin
Nekondezovani hromatin
Regulacija aktivnosti gena

8. Euhromatin
nekondezovani
hromatin
Heterohromatin
kondezovani
hromatin
Jedarce
Jedarova
opna
Regulacija aktivnosti gena
Heterohromatin je kondenzovan (spiralni
navoji DNK su zbijeni) pa je zbog toga
tamnije obojen i lako se uočava u jedru.
Euhromatin je difuzan (rasplinut – manje
su zbijeni navoji DNK) pa je usled toga
svetlije obojen.
Ćelije koje intenzivno sintetišu neki
protein imaju malo heterohromatina, a
dosta euhromatina – njihova jedra su
svetlija, jer je
HETEROHROMATIN NAJVEĆIM
DELOM NEAKTIVAN U
TRANSKRIPCIJI, DOK JE
EUHROMATIN AKTIVAN.
Regulacija aktivnosti gena

9. TRANSKRIPCIONO
NEAKTIVNI REGIONI
TRANSKRIPCIONO
AKTIVNI REGIONI
DNK metilacija deacetilacija
DNK demetilacija acetilacija
Metilacija DNK povećava stepen kondenzovanosti hromatina i samim tim smanjuje transkripcijsku
aktivnost. Demetilacija DNK dovodi do dekondenzacije hromatina i čini regione transkripcijski aktivnim.
Acetilacija histona dovodi do dekondezacija i povećanja transkripcijske aktivnosti a deacetilacija histona
ima suprotan efekat.
Faktori koji utiču na ekspresiju gena a pri tom nisu odredjeni sekvencom nukleotida na DNK (što znači da
nisu genetski faktori), nazivaju se EPIGENETSKI FAKTORI.
Najvažniji epigenetski faktori su metilacija DNK i acetilacija histona.
Regulacija aktivnosti gena
Regulacija aktivnosti gena

10. Regulacija aktivnosti gena
Acetilacija
D.N.K. Dostupna za
transkripciju
Bez Acetilacije
Kondezovani
nukleozomski paketi
Acetilacija histona
Regulacija aktivnosti gena

11. 2. REGULACIJA NA NIVOU TRANSKRIPCIJE
Regulacija aktivnosti gena
Predstavlja najvažniji nivo regulacije genske aktivnosti i on se odnosi na to da li će se neki gen uopšte
transkribovati ili ne.
Kontrola transkripcije kod eukariota podrazumeva kako kontrolu početka, tako i kontrolu brzine odvijanja
transkripcije.
Osnovna regulatorna sekvenca svakog gena je njegov PROMOTOR, a za promotor se vezuju
regulatorni proteini koji se nazivaju OPŠTI TRANSKRIPCIONI FAKTORI.
Bez opštih transkripcionih faktora nema transkripcije kod eukariota jer bez njihove pomoći enzim
RNK polimeraza, koji vrši transkripciju, ne ume da prepozna promotor i da se za njega veže.
To znači da promotor i opšti transkripcioni faktori zajedno odredjuju da li će se neki gen uopšte
transkribovati ili ne.
Regulacija aktivnosti gena

12. OPŠTI TRANSKRIPCIONI FAKTORI
(proteini)
TRANSKRIPTAZA
(RNK POLIMERAZA
II)
Regulacija aktivnosti gena
PROMOTOR
Regulacija aktivnosti gena

13. Regulacija aktivnosti gena
Stimulatorski nizovi nukleotida u DNK (enhenseri – pojačivači) predstavljaju DNK sekvence koje nakon
vezivanja regulatornih proteina dovode do naglog porasta aktivnosti gena.
Ovi nizovi nukleotida mogu se nalaziti blizu operona ili na hiljade baznih parova (do 50 000) uzvodno ili
nizvodno od gena čiju aktivnost povećavaju.
Mogu pojačati stopu transkripcije i do 200 puta.
Utišivači imaju suprotan efekat od pojačivača, smanjuju stopu transkripcije.
Pojačivač
Transkriptaza
Promotor
Regulacija aktivnosti gena

14. Regulacija aktivnosti gena
Pojačivači
Rnk
polimeraza
II
specifični
transkripcioni
faktori.
Za pojačivače i utišivače se vezuju regulatorni proteini koji se nazivaju specifični transkripcioni faktori.
Pojačivači ili utišivači i za njih vezani specifični transkripcioni faktori, zajedno mogu da utiču na nivo
transkripcije, tj. da ga povećavaju ili smanjuju.
specifični
transkripcioni
faktori.
specifični
transkripcioni
faktori.
Regulacija aktivnosti gena

15. Regulacija aktivnosti gena
DNK
Pojačivač Promotor Gen
Specifični
transkripcioni
faktori
Opšti transkripcioni
faktori
Opšti transkripcioni
faktori
Transkriptaza
Početak transkripcije
1
2
3
Kada se specifični transkripcioni faktori
vežu za, na primer, pojačivač, dolazi do
savijanja molekula DNK usled čega taj
pojačivač dolazi u blizinu promotora
gena na koji deluje. Tada će pojačivač
početi da ‘’privlači’’ u tu regiju opšte
transkripcione faktore a kada se njihov
nivo poveća, oni će se češće vezivati za
promotor tog gena i tako će se povećati
nivo njegove transkripcije.
Ako se radi o utišivačima, efekat će biti
suprotan, tj. doći će do smanjenja nivoa
opštih transkripcionih faktora u tom
regionu a samim tim će se smanjiti i nivo
transkripcije gena koji je mesta
delovanja ovog regulacionog mehanizma.
Regulacija aktivnosti gena

16. Gen - DNK
Transkripcija
Obrada primarnog
transkipta
Translacija
Intron
Egzon
IRNK1 IRNK2 IRNK3
Protein 1 Protein 2 Protein 3
Primarni transkipt
Egzon Intron
Regulacija aktivnosti gena
Kontrolna obrada primarnih transkripta obuhvata regulaciju stvaranja zrelih iRNK kao i njegovu alternativnu
obradu
3.REGULACIJA NA NIVOU OBRADE pre-iRNK
Regulacija aktivnosti gena

17. Regulacija aktivnosti gena
I nakon formiranja zrele iRNK, postoje mogućnosti regulacije genske aktivnosti.
Zrela iRNK mora da napusti jedro i ode u citoplazmu gde jedino može biti translatovana. Ako
nešto spreči njen prelazak u citoplazmu, ona neće moći da se prevede u polipeptid.
Važno je i koliko dugo iRNK ostaje živa u citoplazmi (jer što duže živi, više će puta moći da se
translatuje i tako će dati više svog produkta).
Prema tome, sve što može da utiče na dužinu života iRNK u citoplazmi, uticaće i na to koliko će
se produkta te iRNK dobiti.
4. transport u citoplazmu 5. degradacija iRNK
Regulacija aktivnosti gena

18. Regulacija aktivnosti gena
6. translacija
Bez hema Enzim
Fosforilacija proteina koji
započinje sintezu globinskih
lanaca
Neaktivan protein i
translacija prekinuta
Hem prisutan
Deaktivacija
enzima
Aktivan protein koji
započinje sintezu globinskih
lanaca
Translacija i sinteza
globinskih lanaca
Sinteza hemoglobina u eritrocitima kontrolisana je količinom neproteinskog dela hemoglobina (hem).
U odsustvu hema nema ni translacije proteinskog dela hemoglobina (globina).
Na ovaj način eritrociti usklađuju translaciju trenutnim potrebama ćelije.
Regulacija aktivnosti gena

19. Regulacija aktivnosti gena
Osnovni ciljevi post-translacionih modifikacija:
a) stvaranje funkcionalno aktivnog proteina
b) usmeravanje sintetisanog proteina na njegovo mesto delovanja
Proteolitičko razlaganje
1) uklanjanje metionina
2) ograničena proteoliza, obrada neaktivnih proteina tzv. proproteina
( tripsinogen tripsin , himotripsinogen himotripsin )
3) Obrada poliproteina (jedan polipeptidni lanac koji sadrži više proteina,
proopiomelanokortin-obradom nastaje najmanje 8 različitih polipeptidnih hormona)
Kovalentne modifikacije – više od 150 različitih modifikacija amino-kis. u sastavu
proteina
1.fosforilacija – katalizuje je proteinske kinaze koja sa ATP_a fosfatnu grupu prenose na
serinske, tirozinske i treoninske ostatke u proteinu. Fosforilacija može stimulisati ili
smanjiti biološku aktivnost proteina.
2. glikozilacija
3. acetilacija
Regulacija aktivnosti gena
7,8. posttranslaciona obrada proteina i degradacija proteina