Reglarea Activității Genice

Necesitatea reglajului activităţii genelor, atât în celula procariotă cât şi în cea eucariotă , este determinată de faptul că la un moment dat funcţionează numai o mică parte din totalitatea genelor. Astfel, în celula bacteriană se aproximează că, în condiţii determinate de mediu, nu se sintetizează decât cca 1 % din totalitatea proteinelor structurale şi enzimelor pentru care există informaţie genetică în genom. Ca urmare, cantitatea de proteine şi în special de enzime sintetizate în celule nu este constantă în timp, ci se află sub controlul unui mecanism de reglare genetică. În cazul eucariotelor superioare, numai cca 7 – 10 % din secvenţele de ADN din genom sunt transcrise în ARN.

Mecanismele de reglare reprezintă deci un sistem de coordonare prin care se face selecţia adecvată, în raport cu mediul, a informaţiei genetice care urmează a fi exprimată fenotipic.

Mesajul selectat reprezintă doar o parte din totalul informaţiei păstrată şi transmisă ereditar de genom, ceea ce înseamnă că există molecule semnal care controlează rata de transcriere a unor molecule specifice de ARNm (control transcripţional). După selecţia genelor, urmează transcrierea informaţiei genetice purtată de acestea, în vederea sintezelor proteice după un program codificat de gene, apoi realizarea echilibrată cantitativ a acestor sinteze şi desfăşurarea reacţiilor ce implică activitatea catalitică a proteinelor sintetizate (control translaţional). Reglarea activităţii genelor, intrarea lor în funcţiune după un program riguros controlat este evidentă atât la procariote cât şi la eucariote.

La eucariote, dezvoltarea şi diferenţierea celulară este legată de transcrierea selectivă a informaţiei genetice de la nivel celular. La aceste organisme apar diferenţieri celulare specifice ce nu pot fi explicate decât admiţând faptul că unele gene funcţionează permanent, în timp ce altele funcţionează diferenţiat, în anumite momente specifice ale ontogenezei.

În sinteza proteinelor există, în general, două tipuri de control:

- Controlul adaptativ – este dependent de condiţiile de mediu care determină activarea unei anumite părţi din mesajul genetic (nefolosită până în acel moment), făcând să fie sintetizate enzimele necesare celulei în acel moment şi să fie blocată sinteza enzimelor ce nu sunt necesare în momentul respectiv;

- Controlul programat – este indirect influenţat de mediu, conducând la funcţionarea constantă a genelor şi la sinteza de proteine în cantitate aproape constantă în tot timpul vieţii organismului respectiv.

REGLAREA EXPRIMĂRII GENELOR LA PROCARIOTE

Mecanismele de reglare a activităţii genelor au fost cel mai bine studiate la bacterii.

Teoria reglării genetice la procariote a fost elaborată de geneticienii francezi F. Jacob şi J. Monod, în 1961. Ei au demonstrat experimental şi teoretic că sinteza proteinelor şi respectiv a enzimelor celulare, nu este constantă în timp ci variază în funcţie de necesităţile celulei.

În funcţie de mecanismele moleculare şi de efectele acestora, procesele de reglare a activităţii genice pot fi grupate în două mari categorii: reglare pozitivă şi reglare negativă.

Reglarea pozitivă - reglarea genetică se realizează prin activarea unor gene în prezenţa unei molecule efector care poate fi o proteină, o moleculă activator de mici dimensiuni sau un complex molecular. Acest sistem , în anumite situaţii, necesită prezenţa AMPc şi a proteinei CRP (proteina de legare, receptor, a AMPc), care iniţiază transcrierea genetică.

În sistemul de reglare negativă în celulă este prezent un inhibitor care împiedică transcrierea. Acest inhibitor (represor) interacţionează cu o anumită regiune plasată în faţa genelor reglate. Pentru iniţierea transcrierii este necesară prezenţa unui antagonist al inhibitorului, numit inductor.

Reglarea operonului lactozei la Escherichia coli (operonul lac)

Cercetările privind reglarea genetică la procariote, au dus la concluzia că genele care acţionează asupra unei căi metabolice nu au o activitate independentă ci fac parte din unităţi mai mari denumite operoni ce funcţionează coordonat.

Un operon este o unitate funcţională alcătuită dintr-o secvenţă de nucleotide ce include: un promotor, un operator şi una sau mai multe gene structurale care sunt transcrise într-un ARNm policistronic (o moleculă de ARNm codifică pentru mai mult decât o proteină).

Un promotor – este o secvenţă de ADN, reprezintă situsul de recunoaştere a enzimei ARN polimeraza care are rol în procesul de iniţiere a transcrierii. În sinteza ARN, promotorul indică care gene ar trebui utilizate pentru sinteza ARNm, şi prin alungire (elongare), controlează ce proteine vor fi sintetizate.

Un operator – este un segment de ADN, care reglează activitatea genelor structurale din cadrul operonului, prin interacţiunea cu un represor sau un inductor specific.

Primul operon, descris de către F. Jacob, D. Perrin, C. Sanchez and J. Monod în 1960, a fost operonul lac de la Escherichia coli.