Espressione genica
L'espressione genica è il processo attraverso il quale l'informazione ereditabile in un gene, la sequenza di coppie di basi del DNA, viene trasformata in un prodotto genico funzionale, come una proteina o un RNA. L'idea di base è che il DNA viene trascritto in RNA, che viene poi tradotto in proteine. Le proteine costituiscono molte delle strutture e tutti gli enzimi di una cellula o di un organismo.
Diverse fasi del processo di espressione genica possono essere modulate (sintonizzate). Questo include sia la trascrizione che le traduzioni , e lo stato finale ripiegato di una proteina. La regolazione genica accende e spegne i geni, e quindi controlla la differenziazione cellulare e la morfogenesi. La regolazione genica può anche servire come base per il cambiamento evolutivo: il controllo dei tempi, della posizione e della quantità dell'espressione genica può avere un effetto profondo sullo sviluppo dell'organismo.
L'espressione di un gene può variare molto in diversi tessuti. Questo è chiamato pleiotropismo, un fenomeno molto diffuso in genetica.
Diagramma che mostra in quali fasi del percorso DNA-mRNA-proteine l'espressione può essere controllata
Epigenetica
In biologia, l'epigenetica è lo studio dei cambiamenti ereditati nel fenotipo (aspetto) o nell'espressione genica causati da meccanismi diversi dai cambiamenti nella sequenza del DNA sottostante.
Questi cambiamenti possono rimanere attraverso le divisioni cellulari per il resto della vita dell'individuo e possono anche durare per più generazioni. Tuttavia, non vi è alcun cambiamento nella sequenza del DNA sottostante dell'organismo. Invece, i fattori non genetici fanno sì che i geni dell'organismo si comportino (si esprimano) in modo diverso.
Il miglior esempio di cambiamenti epigenetici nella biologia degli eucarioti è il processo di differenziazione cellulare. Durante la morfogenesi, le cellule staminali totipotenti diventano le varie linee cellulari dell'embrione, che a loro volta diventano cellule completamente differenziate. In altre parole, una singola cellula uovo fecondata - lo zigote - si divide e si sviluppa. Le cellule figlie si trasformano nei molti tipi di cellule dell'embrione maturo. Questi includono neuroni, cellule muscolari, epitelio, vasi sanguigni e così via. Questo avviene attivando alcuni geni e inibendone altri.
I cambiamenti epigenetici sono a lungo termine e di solito sopravvivono al processo di divisione cellulare (mitosi). I cambiamenti avvengono nella cromatina, che è una combinazione del DNA e delle proteine istone che lo circondano nel cromosoma. I dettagli di come questo accada sono ancora in fase di elaborazione, ma è abbastanza certo che l'avvolgimento del DNA e degli istoni è una caratteristica chiave.
Regolazione dei geni
Up-regulation e down-regulation
L'up-regulation aumenta l'espressione di uno o più geni e di conseguenza la o le proteine codificate da quei geni. La down-regulation è un processo che provoca una diminuzione dell'espressione dei geni e delle proteine.
Induzione contro repressione
La regolazione dei geni può essere riassunta come:
- Sistemi inducibili: un sistema inducibile è spento a meno che non ci sia la presenza di qualche molecola (chiamata induttore) che permette l'espressione genica.
- Sistemi repressivi: un sistema repressivo è acceso tranne che in presenza di qualche molecola (chiamata corepressore) che sopprime l'attività genica. Si dice che la molecola reprime l'espressione.
RNA regolatori
Ci sono un certo numero di RNA che regolano i geni, cioè regolano il tasso al quale i geni sono trascritti o tradotti. I seguenti sono due esempi importanti
miRNA
I micro RNA (miRNA) agiscono unendosi a un enzima e bloccando l'mRNA (RNA messaggero), o accelerando la sua scomposizione. Questo è chiamato interferenza dell'RNA.
siRNA
I piccoli RNA interferenti (a volte chiamati RNA di silenziamento) interferiscono con l'espressione di un gene specifico. Sono molecole a doppio filo piuttosto piccole (20/25 nucleotidi). La loro scoperta ha causato un'impennata nella ricerca biomedica e nello sviluppo di farmaci.
La struttura di un gene codificante proteine eucariotiche.
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Domande e risposte
D: Che cos'è l'espressione genica?
R: L'espressione genica è il processo attraverso il quale l'informazione ereditabile di un gene viene trasformata in un prodotto funzionale, come una proteina o un RNA.
D: Come si ottiene l'espressione genica?
R: L'espressione genica avviene attraverso un processo in cui il DNA viene trascritto in RNA, che viene poi tradotto in proteine.
D: Che cosa fanno le proteine in una cellula o in un organismo?
R: Le proteine creano molte strutture e tutti gli enzimi di una cellula o di un organismo.
D: Che cos'è la regolazione genica?
R: La regolazione genica è il processo di spegnimento e accensione dei geni, che controlla la differenziazione e la morfogenesi cellulare.
D: In che modo la regolazione genica può servire come base per il cambiamento evolutivo?
R: La regolazione genica può servire come base per il cambiamento evolutivo, controllando i tempi, la posizione e la quantità dell'espressione genica, avendo così un effetto profondo sullo sviluppo di un organismo.
D: Che cos'è il pleiotropismo?
R: Il pleiotropismo è il fenomeno della genetica per cui l'espressione di un gene può variare molto in diversi tessuti.
D: Quali fasi dell'espressione genica possono essere modulate?
R: Sia le fasi di trascrizione e di traduzione, sia lo stato finale di ripiegamento di una proteina, possono essere modulate durante l'espressione genica.
