Una guía a la expresión génica de comprensión

El poder analizar configuraciones de la expresión génica es esencial para la función de comprensión de la proteína, los caminos biológicos y las reacciones celulares a los estímulos externos e internos. Este artículo apunta ofrecer una reseña abreviada de los procesos que apuntalan la expresión génica y las técnicas que se pueden utilizar para cuantificar la expresión de genes específicos.

Hay varias preguntas claves que son la base de este tema:

Este diagrama ofrece una reseña visual de la expresión génica, de la DNA al ARN, a la proteína.Ambientes médicos de Alila | Shutterstock

¿Cuál es expresión génica?

La expresión génica controla el periodo y el tipo de proteínas que se expresen en una célula en cualquier determinado punto a tiempo. Esto a su vez es controlada por los mecanismos reguladores que controlan la síntesis y la degradación de proteínas dentro de un camino. El proceso de la regla del gen incluye 1) la transcripción, la conversión de la DNA al ARN, y 2) la traslación, la conversión del ARN a las proteínas. Independientemente de la expresión génica, los niveles de la proteína se pueden también dictar por el periodo de ARN en una célula.

DNA al ARN: Transcripción

La transcripción de la DNA fue observada inicialmente usando el método de microscopia electrónica en 1970. La resolución de estos microscopios tempranos era inferior, y la DNA apareció como “enlaces” con los brazos extendidos de ácidos nucléicos. La adición de ADNasas degradó los enlaces, mientras que RNAases quitó los brazos.

Aunque doble-se trencen las moléculas de la DNA, sólo un cabo actúa como patrón para el proceso de la transcripción. Este cabo se refiere como el “cabo del patrón”. El cabo del “nontemplate” se llama el cabo de codificación, pues la serie de este cabo es lo mismo que la serie de la molécula del ARN se genera que. En muchos casos, el cabo del patrón para un gen puede también ser el cabo de la no-codificación para otros genes que estén presentes en el cromosoma.

El proceso de la transcripción comienza por la agregación de la polimerasa de ARN al cabo de la DNA del patrón que lleva a la generación de moléculas complementarias del ARN. Las polimerasas de ARN son las moléculas grandes que casi consisten en docena subunidades junto con otros factores cuando están sujetadas al cabo de la DNA.

El número de polimerasas difiere en prokaryotes y eucariotas: las bacterias (que son prokaryotes) tienen solamente una polimerasa de ARN, mientras que las células eucarióticas tienen político del ARN político de I, de II, e III. el político del ARN I codifica el ARN ribosomal 47S, el político del ARN II codifica al mensajero RNAs, y del ARN que III codifica para el ARN ribosomal 5S y el ARN de la transferencia.

Lanzamiento, elongación, y fin

Primero, la polimerasa de ARN ata a un presente de la región aguas arriba a la serie de codificación real. Esta región se llama un promotor. Para atar a la DNA, el político del ARN ata a la subunidad de la “sigma” que forma un holoenzyme que pueda desenrollar el doble hélice de la DNA.

El desenrollar es necesario conseguir el acceso al gen, y el factor de sigma se asegura de que el político del ARN ate a la región correcta en la DNA. Mientras que procede la transcripción, la hélice desenrolla, el político del ARN lee el patrón y agrega los nucleótidos en el 3' extremo.

Un promedio de 42-54 nucleótidos se agrega por el segundo en que la temperatura es 37 °C. Este paso (conocido como elongación) coordina las acciones múltiples, algunos de los cuales previene desvíos durante este proceso.

El fin puede ser de dos tipos: en el fin de la Rho-independiente, la presencia de series de la repetición invertida hace las series transcritas del ARN doblar en ellos mismos que forman rizos de horquilla. Esto hace al político del ARN destacar, llevando al fin. En el caso del fin Rho-relacionado, el factor de rho libera el mRNA recién formado de la DNA desenrollándola.

ARN a la proteína: Traslación

La transcripción produce una única molécula del mRNA, que se puede definir como copia de una sola fila de un gen. el mRNA entonces experimenta la traslación para producir una proteína. Cada tres bases en serie del mRNA constituyen un aminoácido - así, la traslación produce una cadena de aminoácidos.

El proceso de la traslación ocurre en el ribosoma. Así pues, después del proceso de la transcripción que ocurre en el núcleo, el mRNA viaja fuera del núcleo al ribosoma. En prokaryotes, como no hay separación o la compartimentación del núcleo, el proceso de la traslación comienza incluso durante se está transcribiendo la DNA.

El ribosoma consiste en dos subunidades: pequeño y grande. La subunidad más pequeña y el ARN de la transferencia del iniciador (tRNA) montan en el cabo del mRNA. La pequeña subunidad tiene un sitio del aminoácido (a), un sitio del polipéptido (p), y un sitio de la salida (e). El aminoacyl-tRNA ata al mRNA en el sitio de A. En el sitio de P, el aminoácido se transfiere del tRNA a la cadena del polipéptido.

Finalmente, el sitio de E o de la salida es la posición del tRNA vacío antes de que se libere en el citoplasma. Los tres codones del fin en el final de las series del mRNA de la proteína-codificación son UAA, UAG, y UGA. Éstos significan el fin pues no hay tRNAs para reconocer estos codones.

Traslación y transcripción - un diagrama de la DNA.VectorMine | Shutterstock

El empalmar del ARN: Proteínas múltiples de una única serie del ARN

En el caso de genes eucarióticos, el ARN que se hace inicialmente del patrón de la DNA experimenta el tramitación antes de que se cree un ARN de mensajero maduro. Esto que tramita implica el ARN que empalma donde se empalman” o “se quitan” ciertas series “.

Estas series son los intrones que noncoding en naturaleza. Las series del final que se dejan en el mRNA son series de codificación o exones. Los intrones se hienden en los sitios llamados los sitios del empalme que están presentes en 5' y 3' extremo de los intrones.

La serie común del ARN incluye el nucleótido GU en el 5' extremo y AG en el 3' extremo. Esta serie es muy importante pues cualquier cambio puede inhibir el proceso de condimentación.

El proceso que empalma es catalizado por las pequeñas ribonucleoproteínas conocidas como “snRNPs” (generalmente pronunciados los “snurps ") y ocurre en las máquinas celulares llamadas los spliceosomes. El concepto de empalmar hace genes más “modulares” donde las nuevas combinaciones de exones pueden generar las nuevas proteínas sin el cambio o romper de los genes viejos.

Midiendo y cuantificando la expresión génica

La identidad y los niveles de genes expresados pueden ser críticos a entender cualquier proceso biológico. Puesto que en cualquier punto del tiempo dado solamente se expresan una pequeña parte de genes, es importante fijar el perfil de la expresión génica.

Para obtener una evaluación cuantitativa de cambios en los niveles de mRNA, la suficiente cantidad de total o de ARN de mensajero, las antenas que son específicos a las series requeridas, los mandos necesarios, así como un método de detección sensible son necesarias. Actualmente, los dos métodos mayores para descubrir cuantitativo niveles del mRNA para incluir métodos electroforéticos (tales como mancha blanca /negra septentrional), microarray de la DNA, y la polimerización en cadena cuantitativa.

Mancha blanca /negra septentrional

La mancha blanca /negra septentrional es una herramienta común empleada. Su ventaja miente en el hecho de que la talla de la transcripción está obtenida usando electroforesis del gel. Esto ofrece un método crudo de la verificación de la exactitud de la antena y también determina las variantes del empalme presentes en la muestra del ARN. Sin embargo, es necesitando mucho trabajo y un gran número de pasos permiten a desvíos más experimentales entrar silenciosamente.

Microarrays de la DNA

El punto de partida de un microarray de la DNA implica el crear de un arsenal de las series que corresponden a los genes que necesitan ser sondados. Estos oligonucleótidos se sintetizan químicamente y el múltiplo tales antenas se puede diseñar para cada gen. Es posible ahora robótico imprimir antenas del cDNA en una diapositiva de cristal. Usando este método es posible obtener el perfil entero de la expresión génica en un único experimento.

Polimerización en cadena en tiempo real

Un método potente que ha emergido para medir los niveles del mRNA es polimerización en cadena cinética o en tiempo real. En el método, los productos acumulados de la polimerización en cadena son vigilados en el extremo de cada ciclo empleando fluorescencia. La fluorescencia es inicialmente indistinguible del fondo; sin embargo, después de algunos ciclos, la fluorescencia comienza cada vez más exponencial antes de alcanzar un platillo. Este aumento en fluorescencia se puede utilizar para determinar cuantitativo niveles de mRNA.

Fuentes

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Last Updated: Jun 20, 2019

Dr. Surat P

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Dr. Surat P

Dr. Surat graduated with a Ph.D. in Cell Biology and Mechanobiology from the Tata Institute of Fundamental Research (Mumbai, India) in 2016. Prior to her Ph.D., Surat studied for a Bachelor of Science (B.Sc.) degree in Zoology, during which she was the recipient of an Indian Academy of Sciences Summer Fellowship to study the proteins involved in AIDs. She produces feature articles on a wide range of topics, such as medical ethics, data manipulation, pseudoscience and superstition, education, and human evolution. She is passionate about science communication and writes articles covering all areas of the life sciences.  

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