regulatory mechanisms). stringency).

Transcript

1 ΑΥΤΟΝΟΜΗ ΡΥΘΜΙΣΗ Αποτελεί µια άλλη περίπτωση ρύθµισης των γονιδίωνκαιδιακρίνεται: 1) Στην αυτόνοµη καταστολή και 2) Στηναυτόνοµηεπαγωγή.

2 ΑΥΤΟΝΟΜΗ ΡΥΘΜΙΣΗ 1) Αυτόνοµη καταστολή: Η µεταβολική πορεία καταλήγει σε δύο προϊόντα (συνκαταστολείς) και το ένζυµο της πρώτης αντίδρασης αποτελεί καταστολέα (απο-καταστολέα), ο οποίος µπορεί να συνδεθεί µε το χειριστή µόνο όταν έχει τροποποιηθεί η δοµή του από τη σύνδεσή του µε τους συν-καταστολείς. Σαρυθµιστικόγονίδιοδρατοπρώτοδοµικόγονίδιο, ενώ τα άλλα δοµικά γονίδια κωδικοποιούν τα άλλα ένζυµα τηςπορείας. Το σύστηµα αυτό έχει αυτόνοµη ρύθµιση γιατί όταν υπάρχει διαθέσιµο µόνο το υπόστρωµα τόσο η µεταβολική πορεία όσοκαιηµεταγραφή µπορούν απρόσκοπτα να προχωρούν.

3 ΑΥΤΟΝΟΜΗ ΡΥΘΜΙΣΗ 1) Αυτόνοµηκαταστολή: Όταν σχηµατισθούν τα προϊόντα της αντίδρασης δενείναιδιαθέσιµοτοένζυµοτηςπρώτηςαντίδρασης, δεσµεύεται στο χειριστή ο καταστολέας (το σύµπλοκο ενζύµου και προϊόντων) και παρεµποδίζεται η µεταγραφή (αυτόνοµη καταστολή).

4 (ΑΥΤΟΝΟΜΗ ΡΥΘΜΙΣΗ 1) Αυτόνοµηκαταστολή) 2) Αυτόνοµηεπαγωγή. Μεταβολική πορεία στην οποία το ένζυµο της πρώτης αντίδρασης αποτελεί καικαταστολέαπουσυνδέεταιµετοχειριστή, µόνο όταν δεν έχει δεσµεύσει το υπόστρω- µα το οποίο στην συγκεκριµένη περίπτωση δρα σαν επαγωγέας Σαρυθµιστικόγονίδιοδρατοπρώτοδοµικόγονίδιο, ενώτα άλλα δοµικά γονίδια κωδικοποιούν τα άλλα ένζυµα της πορείας. Έχει αυτόνοµη ρύθµιση γιατί Α) παρουσία του υποστρώµατος τόσο η µεταβολική πορεία όσο και η µεταγραφή µπορούν απρόσκοπτα να προχωρούν. Β) όταν εξαντληθεί το υπόστρωµα της αντίδρασης δενείναιδιαθέσιµοτοένζυµοτηςπρώτηςαντίδρασης, δεσµεύεται στο χειριστή ο καταστολέας (το ένζυµο) και παρεµποδίζεται η µεταγραφή.

5 ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ Η επέκταση των µηχανισµών λειτουργίας των ρεγγουλόνιων οδηγεί σε συστήµατα οµαδικής ρύθµισης πολλών οπερόνιων ταυτόχρονα µε αποτέλεσµα την ολοκλήρωση της µεταβολικής ρύθµισης (integration of regulatory mechanisms). Τα οπερόνια και ρεγγουλόνια παρέχουν στον οργανισµό τη δυνατότητα εξειδικευµένης απόκρισης σε περιβαλλοντικές αλλαγές. Τα ολοκληρωµένα ρυθµιστικά συστήµατα επιτρέπουν το συντονισµό µιας ολόκληρης σειράς αποκρίσεων, που όµως σχετίζονται λειτουργικά. Υπάρχουν δύο τουλάχιστον τέτοια συστήµατα, γνωστά σαν 1) Καταστολήκαταβολιτών (catabolite repression) και 2) Αυστηρόςήκαταπιεστικόςέλεγχος (stringent control, stringency).

6 ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1) Καταστολήκαταβολιτών: Μια οµάδα οπερόνιων, που σχετίζονταιλειτουργι-κά, έχουνθετικόέλεγχο: Α) Με το ίδιο πρωτεϊνικό µόριο, το CAP (Catabolite ή Repressor Protein) ήπιο σωστά, στην πραγµατικό-τητα πρόκειται για ενεργοποιητή (Catabolite-gene Activator Protein). Β) Τον ίδιο επαγωγέα, που στην προκειµένη περίπτωση είναι το camp.

7 ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1) Καταστολή καταβολιτών: Το CAP- camp συνδέεται µε τον εκκινητή πολλών οπερόνιων που όλα ρυθµίζουν καταβολικές πορείες(είναι ένας πλειοτροπικόςρυθµιστής). Καθένααπόταοπερόνιαπουελέγχονταιαπότο CAPcAMP µπορεί να εκφρασθεί, αλλά αυτό εξαρτάται και από ένα δεύτερο ρυθµιστικό µηχανισµό που χρησιµοποιεί το χειριστή. Στο ρυθµιστικό αυτό µηχανισµό συµµετέχει και το ειδικό για κάθε οπερόνιο (καταβολικό) υπόστρωµα, που συνδέεται µε τον καταστολέα και το µετατρέπει σε ανενεργή µορφή, µε αρνητική ρύθµιση.

8 ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1) Καταστολή καταβολιτών: Παράδειγµα τέτοιας ρύθµισης συναντάται στα βακτήρια, όταν υπάρχει διαθέσιµη για αποικοδόµηση γλυκόζη, λακτόζη και αραβινόζη. Στο DNA υπάρχουν οπερόνια για τη γλυκόζη, λακτόζη και αραβινόζη, που κάθε ένα διαθέτει έναν εκκινητή και ένα χειριστή. Στον κάθε εκκινητή συνδέεται το CAP- camp, αλλά µε διαφορετικήχηµικήσυγγένειαγιατονκαθένα. Ο καταστολέας (διαφορετικός για κάθε οπερόνιο) υπάρχει σε δραστική µορφή και είναι συνδεδεµένος µε το χειριστή κάθεοπερονίουκαιπαρεµποδίζεταιηµεταγραφή.

9 ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1) Καταστολή καταβολιτών: Όταν υπάρχουν διαθέσιµα µόρια γλυκόζης ή/και λακτόζης ή/και αραβινόζης τότε αυτά δεσµεύουν τον αντίστοιχο καταστολέα, τον κάνουν µη δραστικό µε αποτέλεσµα να αποµακρύνεται από το χειριστήκαιέτσιναείναιδυνατήηµεταγραφή. Συγκεκριµένα για τα βακτήρια, όταν υπάρχει διαθέσιµη γλυκόζη, τοεπίπεδοτου campδιατηρείταιχαµηλό. Ότανλείψειηγλυκόζηανεβαίνειησυγκέντρωσητου camp, σχηµατίζεται το CAP- camp και συνδέεται στις θέσεις των εκκινητών, αλλά δεν αρχίζει η µεταγραφή, γιατί υπάρχουν τα µόριατουκαταστολέασυνδεδεµέναστιςθέσειςτουχειριστή.

10 ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1) Καταστολή καταβολιτών: Αν στο περιβάλλον υπάρχει λακτόζη, αυτή σχηµατίζει ανενεργό σύµπλοκο µε τον αντίστοιχο καταστολέα και έτσι επιτρέπειτηλειτουργίατου Lac-operon. Αν διατίθεται αραβινόζη, τότε ενεργοποιείται µε τον ίδιο τρόπο το Ara-operon. Αντίστοιχακαιγιατηγλυκόζη. Ανδιατίθενταικαιτατρίασάκχαραήσυνδυασµοίαυτών, τότε αποικοδοµείται η γλυκόζη, µετά η λακτόζη και τέλος η αραβινόζη.

11 ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1) Καταστολή καταβολιτών: Η σειρά αυτή λόγω διαφοράς ευαισθησίας των δια-φόρων οπερόνιων στο CAP- camp, από τη διαφορετική χηµική συγγένεια του CAP- camp προς τους εκκινητήρες των τριών οπερόνιων. Το CAP- camp έχει µεγαλύτερη συγγένεια για το οπερόνιο της γλυκόζης, µετά της λακτόζης και τέλος αραβινόζης, µε αποτέλεσµα να ενεργοποιεί ανάλογα και τα αντίστοιχα οπερόνια.

12 ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1) Καταστολή καταβολιτών: Ο µηχανισµός αυτός επιτρέπει στους οργανισµούς να διαλέγουντηδίαιτάτους, όταντοδιαιτολόγιοείναιµεγάλο. Σε συνδυασµό µε την χηµειοταξία (την ικανότητα των κυττάρων να οδεύουν προς κάποιες ουσίες) που και αυτή υπόκειται στο µηχανισµό της καταστολής των καταβολιτών ταβακτήριαδεδιαλέγουνµόνοτηντροφήτουςαπότη διαθέσιµη στο άµεσο περιβάλλον τους αλλά συνδυάζουν αυτή την επιλογή µε µετακίνηση σε άλλο περιβάλλον, πιο επιθυµητό από αυτά, όταν το περιβάλλον αυτό υπάρχει εκεί κοντά.

13 ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1) Καταστολή καταβολιτών 2) Αυστηρός ή καταπιεστικός έλεγχος: Αντιστοιχεί στην έκφραση σφίξιµο του ζωναριού ή περίοδος ισχνών αγελάδων. Πρόκειται για: µηχανισµό συντονισµένου ελέγχου µιας οµάδας οπερόνιων, που σχετίζονται λειτουργικά (όπως στην προηγούµενη περίπτωση), αλλάσεπολύπιογενικόβαθµό, οοποίοςµεταξύτων άλλων περιλαµβάνει: αρνητική ρύθµιση και θετική ρύθµιση

14 ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1) Καταστολή καταβολιτών 2) Αυστηρός ή καταπιεστικός έλεγχος: Αρνητική ρύθµιση: στη βιοσύνθεση rrna των ριβοσωµικών πρωτεϊνών (δηλαδή περιορισµός αριθµούριβοσωµάτων) trnaκαι Θετική ρύθµιση: ορισµένων βιοσυνθετικών οπερόνιων αµινοξέων (His,Try, Ile, Val) ή/και καταβολικών οπερόνιων (Lac-operon), και επίδραση στη διαπερατότητα των µεµβρανών στηβιοσύνθεσηλιποπολυσακχαριτώνκ.λπ.

15 ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1) Καταστολή καταβολιτών 2) Αυστηρός ή καταπιεστικός έλεγχος: Στο πλειοτροπικό αυτό αποτέλεσµα το ρόλο του επαγωγέα παίζουν δύο µόρια-σήµατα η τετρα-φωσφορική γουανοσίνη (ppgpp) και η πεντα-φωσφορική γουανοσίνη (pppgpp), οι οποίες όταν πρωτοανακαλύφθηκαν από τον O.Maaloe µε χαρτοηλεκτροφόρησηονοµάστηκανµαγικέςκηλίδεςικαιιι. Το ppgpp είναι ένα παράδειγµα του ειδικού εκείνου τύπου των µορίων-σηµάτων, για τα οποία ο Ames πρότεινε τον όρο αλαρµόνες. Οι ενώσεις ppgpp, camp, cgmp χρησιµεύουν: στο να αναπροσανατολίζουν τις κυτταρικές επενδύσεις ενέργειας σεανταπόκρισηκάποιαςδύσκοληςκατάστασης (stress) σεέναµεταβολικόπεδίο.

16 ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1) Καταστολή καταβολιτών 2) Αυστηρός ή καταπιεστικός έλεγχος: Σε έλλειψη αµινοξέων δηµιουργείται περίσσεια ελεύθερων trna, τα οποία µπορούν να εισχωρήσουν (αντιστρεπτά) στις θέσεις Α και Ρ των ριβοσωµάτων, ενός συµπλόκου ριβοσώµατος-mrna. Αν κάποιο από τα ελεύθερα trna που εισχωρούν στην θέσηα συµβαίνει να έχει την αντικωδική τριάδα που αντιστοιχεί στην κωδική τριάδα του mrna που βρίσκεται εκείνη τι στιγµήστηθέσηα,τότε: µε το δεσµό µεταξύ της κωδικής-αντικωδικής τριάδας που αναπτύσσεται το ελεύθερο trna προσανατολίζεται στην κανονική του θέση.

17 ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1) Καταστολή καταβολιτών 2) Αυστηρός ή καταπιεστικός έλεγχος: Στηθέσηαυτήηδιαδοχή TψCGτου τρίτου βραχίονα του trna (που λέγεται βραχίονας ψευδο-ουριδίνης) µπορεί να αλληλεπιδράσει µε µια ριβοσωµική πρωτεΐνη γνωστή σαν αυστηρός παράγοντας (SF). Ηβιοσύνθεσητου SFκατευθύνεταιαπόέναειδικόγονίδιο, γνωστόσαν rela, γιατί µετάλλαξη του rela οδηγεί στο λεγόµενο χαλαρό έλεγχο (relaxed control). Το σύµπλοκο TψCG- SF ευνοεί τη βιοσύνθεση ppgpp και pppgppαπό GDP. Η ppgpp είναι αλλοστερικός ρυθµιστής της πολυµεράσης του RNA, ηοποίαρυθµίζειτηµεταγραφικήτηςεπιλογή.

18 (ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1) Καταστολή καταβολιτών) 2) Αυστηρός ή καταπιεστικός έλεγχος: ηλαδήηπολυµεράσηςτου RNA αλλάζειτηχηµικήτηςσυγγένειαπροςτιςπεριοχές R C των υποκινητών διαφόρων οπερόνιων που σχετίζονται λειτουργικά, όχιαπότηνάποψηανείναιόλαταοπερόνιααναβολικά ήόλακαταβολικά, αλλάγενικάµετηνοικονοµίατουκυττάρουσε περιπτώσεις, που όπως αναφέρθηκαν, αντιστοιχούν στην έκφραση σφίξιµο του ζωναριού ή περίοδος ισχνών αγελάδων.

19 (ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1) Καταστολή καταβολιτών) 2) Αυστηρός ή καταπιεστικός έλεγχος: Πρόκειται, δηλαδή για ένα µηχανισµό δραστικής αναπροσαρµογής της γενικής µεταβολικής στρατηγικής τουκυττάρου, µε σκοπό την αντιµετώπιση περιβαλλοντικών ή ενδοκυτταρικώνκαταστάσεων. Γιατολόγοαυτόκαιβακτήριαµεµεταλλαγµένοτο γονίδιο rela αντιµετωπίζουν µεγάλες δυσκολίες στην ανάπτυξή τους, όταν µεταβληθούν απότοµα οι περιβαλλοντικές συνθήκες.

20 (ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1) Καταστολή καταβολιτών) 2) Αυστηρός ή καταπιεστικός έλεγχος: Οµηχανισµόςµετονοποίοη ppgppαλλάζειτις προτιµήσεις της πολυµεράσης του RNA δεν είναι γνωστός µε λεπτοµέρειες. Φαίνεται ότι είναι αποτέλεσµα πολύπλοκων αλληλεπιδράσεωνκαιµεάλλασυστατικάτουκυττάρου, όπως τονπαράγονταέναρξης IF2, άλλουςπαράγοντες (όπως EF-T, EF-G,IF-2 κ.λπ.), το fmet-trnaf και άλλα trna τα οποία φέρουν αµινοξέα, των οποίων οι αλληλεπιδράσεις µε την πολυµεράσηείναιγνωστές.

21 (ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1) Καταστολή καταβολιτών) 2) Αυστηρός ή καταπιεστικός έλεγχος: Περιληπτικά οι αλληλεπιδράσεις µε την πολυµεράση και οι άλλοιπαράγοντεςπουεµπλέκονταιέχουνωςεξής: Η πολύµεράση του RNA σχηµατίζει σύµπλοκα µε το fmettrna F καιτονπαράγοντα IF 2. Το πρώτο σύµπλοκο (πολύ-µεράση RNA - fmet-trna F ) έχει in vitro δραστικότητα: αυξηµένη στη µεταγραφή Lac-operon και διαφορετική στη µεταγραφή σταθερώνγονιδίων.

22 (ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1)Καταστολή καταβολιτών) 2)Αυστηρός ή καταπιεστικός έλεγχος: Το δεύτερο σύµπλοκο (πολυµεράση RNA- IF 2 ) ευνοεί τη µεταγραφή rrna και το σχηµατισµό συµπλόκου. Υπάρχει εποµένως ανταγωνισµός για το fmettrna F από την πολύµεράση του RNA και τοσύµπλοκο mrna-30s υποµονάδα RNA.

23 (ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1)Καταστολή καταβολιτών) 2)Αυστηρός ή καταπιεστικός έλεγχος: Όταν ελαττωθεί το mrna ευνοείται ο σχηµατισµός του συµπλόκου πολυµεράση RNA - fmet-trna F καιηµεταγραφήτου Lac-operon. Περίσσεια mrna ελαττώνει το διαθέσιµο fmet-trna F και ευνοεί το σχηµατισµό του συµπλόκου πολυµεράση RNA - IF 2 και της µεταγραφής rrna

24 (ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1)Καταστολή καταβολιτών) 2)Αυστηρός ή καταπιεστικός έλεγχος: Η ppgpp ανταγωνίζεται µε τον IF 2 γιατην πολυµεράση RNA, και εξηγείται η αναστολή τηςµεταγραφής rrna, ριβοσωµικών πρωτεϊνών κ.λπ. Η ευνοϊκή επίδραση της ppgpp στη µεταγραφή του Lac-operon (ήάλλαοπερόνια) µπορείναοφείλεται: Ι) στο σύµπλοκο πολυµεράση RNA-ppGpp ΙΙ) σε σχηµατισµό άλλου συµπλόκου (π.χ. πολύµεράση RNA - ppgpp - fmet-trna F ) ΙΙΙ) στην πιθανότητα να µην αναστέλλει η ppgpp το σχηµατισµό του συµπλόκου πολυµεράση RNA -fmet-trnaf.

25 (ΟΛΟΚΛΗΡΩΣΗ ΤΗΣ ΡΥΘΜΙΣΗΣ ΣΤΟ ΕΠΙΠΕ Ο ΤΗΣ ΜΕΤΑΓΡΑΦΗΣ 1)Καταστολή καταβολιτών) 2)Αυστηρός ή καταπιεστικός έλεγχος: Όλες αυτές οι δυνατότητες είναι πολύ πιθανές τόσοστηνπερίπτωσητου Lac-operon, όσοκαισταάλλαοπερόνιαπουηµεταγραφήτουςευνοείταιαπό την ppgpp. Πολλά trna τα οποία φέρουν αµινοξέα, ευνοούν τη µεταγραφή των αντίστοιχων οπερόνιων (π.χ. το His-tRNA του His-operonκ.λπ.) όπωςστηνπερίπτωση fmet-trna F - Lac-operon. Ειδικά, η ταχύτητα µεταγραφής του His-operon αυξάνεται ανάλογαµετησυγκέντρωσητου ppgppκαιότανδεν υπάρχει έλλειψη His, γεγονός που δείχνει ότι και οι τρεις από τις δυνατότητες που αναφέρθηκαν µπορεί να συµβάλλουν. Ηειδικήεπίδρασητης ppgppστο His-operonείναινα ρυθµίζει τη σύνθεση των βιοσυνθετικών ενζύµων της ιστιδίνης, ανάλογα µε τις ανάγκες για ιστιδίνη και τη σχετική διαθεσιµότητα άλλων αµινοξέων.

26 ΡΥΘΜΙΣΗ ΜΕ ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ Ανκαιοκύριοςτρόποςρύθµισηςτωνγονιδίωνείναιη ρύθµισήτουςστηναρχήτηςµεταγραφής (Ρύθµιση1), υπάρχουν και άλλοι τρόποι ρύθµισης που δρουν κατά την πορεία της µεταφοράς της πληροφορίας από το RNA στην πρωτεΐνη (Ρύθµιση2). Ένας από αυτούς τους τρόπους ρύθµισης, αποτελεί και η ρύθµιση, που γίνεται αφούηπολυµεράσητου RNA έχεισυνδεθείµετογονίδιο στον υποκινητή και έχειήδηαρχίσειησύνθεσητου RNA. ηλαδή πρόκειται για ένα µηχανισµό που κάνει σύζευξη των πορειών της µεταγραφής και τηςµετάφρασης. Τοφαινόµενοαυτό, µετοοποίογίνεταιηρύθµισηµερικών αµινοξέων, είναι γνωστό σαν εξασθένηση (attenuation).

27 ΡΥΘΜΙΣΗ ΜΕ ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ Σαν παράδειγµα θα χρησιµοποιηθεί η περίπτωση της ρύθµισης του αµινοξέος θρυπτοφάνη (Try), το οπερόνιο της οποίας δενέχειρύθµισηµετοµηχανισµότηςκαταστολήςτων καταβολιτών,

28 ΡΥΘΜΙΣΗ ΜΕ ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ Αλλά η ρύθµισης του αµινοξέος θρυπτοφάνη (Try) γίνεται αφ ενόςµενµετηναυτόνοµηρύθµιση (αυτόνοµη καταστολή) αφ ετέρουδεµετοφαινόµενοτηςεξασθένησης.

29 ΡΥΘΜΙΣΗ ΜΕ ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ Στοοπερόνιοτης Try, µεταξύτου χειριστή και του πρώτου δοµικού γονιδίου, υπάρχει µια περιοχή που αποτελεί µια ελεγχόµενη θέση τερµατισµού της µεταγραφής και λέγεταιεξασθενητής. Το mrnaτης Try, πριναπότο κωδικόνιο της έναρξης των δοµικών γονιδίων, έχει µια αλληλουχία-οδηγό που φέρει δύο διαδοχικά κωδικόνια Try. Οι αλληλουχίες οδηγοί για τα διάφορα αµινοξέα, έχουν σχετικά µεγάλη αναλογία από το ρυθµιζόµενο αµινοξύ, µε αποτέλεσµα να αποτελούν µηχανισµό αναγνώρισης των επιπέδωντουρυθµιζόµενουαµινοξέοςµέσαστοκύτταρο. Το mrna της Try φέρει 4 τµήµατα (1,2,3 και 4) που ανά δύο µπορούν να σχηµατίσουν δίκλωνη αλυσίδα, µέσω των συµπληρωµατικώντουςβάσεων.

30 ΡΥΘΜΙΣΗ ΜΕ ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ ΌτανηTryείναιδιαθέσιµησεπερίσσεια, ηέναρξητης µεταγραφής του οπερονίου της παρεµποδίζεται, γιατί στη θέση του χειριστή έχει δεσµευθεί το σύµπλοκο Tryκαταστολέας. αυτόνοµη ρύθµιση (αυτόνοµη καταστολή)

31 ΡΥΘΜΙΣΗ ΜΕ ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ Καθώς µειώνεται η συγκέντρωση της Try και αρχίζει να ελευθερώνεταιηθέσητουχειριστή, ξεκινάκαιηµεταγραφή.

32 ΡΥΘΜΙΣΗ ΜΕ ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ Αµέσωςµόλιςσυντεθείτο 5 άκροτου mrna, δεσµεύονται οι υποµονάδες του ριβοσώµατος και ξεκινά η µετάφραση τηςαλληλουχίας-οδηγού, εφ όσον υπάρχουν διαθέσιµα µέσα στοκύτταροαµινοξέακαι Try. 5 Επειδή στο ριβόσωµα, που βρίσκεται πολύκοντάστηνπολυµεράσητου RNA (την ακολουθεί) εισέρχεται και η περιοχή 1 αλλάκαιηπεριοχή 2, µπορείνασχηµατισθείµόνοηδίκλωνηαλυσίδααπότα τµήµατα 3+4. Τότε η δοµή του mrna (βρόγχος) εµποδίζει την πολυµεράση του RNA να δράσει και ευνοεί τον τερµατισµό της µεταγραφής στην περιοχή του εξασθενητή, και η πολυµεράση του RNA αποχωρίζεται από το οπερόνιο.

33 ΡΥΘΜΙΣΗ ΜΕ ΕΞΑΣΘΕΝΗΣΗ Όταν δεν υπάρχει πια διαθέσιµη Try σταµατά η βιοσύνθεση της αλληλουχίας-οδηγού στο ριβόσωµα παραµένει δεσµευµένηµόνοηπεριοχή 1. Τότε όµως µπορεί να σχηµατισθεί δίκλωνη αλυσίδα ανάµεσα στις περιοχές 2+3 η περιοχή 4 να παραµένει µονόκλωνη αλυσίδα και ηδοµήτου mrnaευνοείτησυνέχιση τηςµεταγραφήςκαιπέρααπότηθέση του εξασθενητή.

34 ΜΕΤΑ-ΜΕΤΑΓΡΑΦΙΚΗ ΡΥΘΜΙΣΗ ΣΤΟΥΣ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ Στους ευκαρυωτικούς υπάρχουν, οι ακόλουθοιεπιπλέοντρόποιρύθµισης, οι οποίοι συµβαίνουν αφού έχει ολοκληρωθεί η µεταγραφή: 1) Ωρίµανσητου RNA (2 ο επίπεδο) Εκτός από την ωρίµανση του RNA, όπως έχει περιγραφεί, είναι γνωστό και το φαινόµενο της εναλλακτικής ωρίµανσης, το οποίο συµβαίνει συχνά στα ευκαρυωτικά γονίδια που περιέχουν πολλαπλά εξώνια στις γεννώµενεςήαρχικέςήπρόδροµεςµεταγραφέςτους.

35 ΜΕΤΑ-ΜΕΤΑΓΡΑΦΙΚΗ ΡΥΘΜΙΣΗ ΣΤΟΥΣ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ 1) Ωρίµανση του RNA (2ο επίπεδο) Έτσι, εµφανίζονται διαφορετικοί τύποι ωρίµανσης σε διαφορετικούς τύπους διαφοροποιηµένων κυττάρων στον ίδιο οργανισµό.

36 ΜΕΤΑ-ΜΕΤΑΓΡΑΦΙΚΗ ΡΥΘΜΙΣΗ ΣΤΟΥΣ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ 2) Ρύθµισητηςµετάφρασης (4 ο επίπ.) Γιατηρύθµισηκατάτηµετάφρασηδενυπάρχουντόσαστοιχεία, όπως για τη µεταγραφή, όπου πιστεύεται ότι κυρίως γίνεται η ρύθµιση, χωρίς αυτό να µειώνει τη σηµασίατηςρύθµισηςµετάτηµεταγραφή. Ακόµα δεν έχει διευκρινισθεί η έκταση της συνεισφοράς της µεταφραστικής ρύθµισης στην όλη ρύθµιση του κυττάρου. Πάντωςπιστεύεταιότιηρύθµισηαρχίζειαπότοστάδιοτης έναρξης της πρωτεϊνοσύνθεσης. Γενικά η ρύθµιση της µετάφρασης αποτελεί ένα πολύπλοκο µεν αλλά ενδιαφέροντα µηχανισµό, στον οποίο µεταξύ άλλων συµµετέχουν :

37 ΜΕΤΑ-ΜΕΤΑΓΡΑΦΙΚΗ ΡΥΘΜΙΣΗ ΣΤΟΥΣ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ 2α) Ρύθµιση της µετάφρασης (4ο επίπεδο) Οι παράγοντες έναρξης, οι οποίοι είναι δραστικοί στη µη φωσφορυλιωµένη τους µορφή και µη δραστικοί στη φωσφορυλιωµένη µορφή (eif 2 ).

38 ΜΕΤΑ-ΜΕΤΑΓΡΑΦΙΚΗ ΡΥΘΜΙΣΗ ΣΤΟΥΣ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ 2β) Ρύθµισητηςµετάφρασης (4ο επίπεδο) Ειδικάπρωτεϊνικάµόριαπουεπιδρούνστηµετάφραση, π.χ. η πρωτεΐνη που κατευθύνεται από ένα γονίδιο να καταστέλλει την µετάφρασή της, όχι µε τη σύνδεσή της σε κάποιαθέσητου DNA (όπωςέχειαναφερθείµέχριτώρα), αλλάµετησύνδεσήτηςστο mrnaπουπροέκυψεαπότο αντίστοιχο γονίδιο και έτσι να παρεµποδίζει την περαιτέρω µετάφραση του mrna.

39 ΜΕΤΑ-ΜΕΤΑΓΡΑΦΙΚΗ ΡΥΘΜΙΣΗ ΣΤΟΥΣ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ 3) ε ρυθµίζεται µόνο η ταχύτητα της µεταγραφής, αλλά και η συχνότητα µετάφρασης του mrna. Σε ένα πολυκιστρονικό mrna οι µεσαίες πρωτεΐνες βγαίνουν σε περισσότερα αντίτυπα. ηλαδή, όλα τα γονίδια δεµεταφράζονταισείδιοαριθµόαντιτύπων. Αυτόόµωςδενµπορείναεξηγηθείµεταόσα, µέχριτώρα, έχουν αναφερθεί, παρά µόνο µε την υπόθεση ότι τα ριβοσώµατα µπορούν να αρχίσουν µετάφραση mrna, όχιµόνοαπότο 5 άκροτους (τηναρχήτους) αλλά και από ενδιάµεσα σηµεία. Πότε και µε τι συχνότητα γίνεται αυτό, είναι άγνωστο.

40 ΜΕΤΑ-ΜΕΤΑΓΡΑΦΙΚΗ ΡΥΘΜΙΣΗ ΣΤΟΥΣ ΕΥΚΑΡΥΩΤΙΚΟΥΣ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥΣ 4) Παράγοντες που επιδρούν στη σταθερότητατου mrna (5 ο επίπεδο). 5) Τροποποίησηπολυπεπτιδικής αλυσίδας Η αρχική πολυπεπτιδική αλυσίδα µπορεί να τροποποιηθεί µε διάφορους τρόπους, έτσι ώστε να προκύψουν διαφορετικά πολυπεπτίδια ή πρωτεΐνες στους διάφορους ιστούς.