Regulació gènica: transcripció, traducció, replicació i càncer

Procariotes (bacteris)

Els bacteris regulen l’expressió dels seus gens mitjançant operons, que actuen durant la transcripció. Un operó té: gen regulador, promotor, operador i gens estructurals.

Exemple: operó lac

• Sense lactosa → el repressor s’uneix a l’operador i bloqueja la transcripció.
• Amb lactosa → la lactosa inactiva el repressor i activen els gens que metabolitzen la lactosa.

Eucariotes

La transcripció necessita factors de transcripció que s’uneixen al promotor. La regulació es fa mitjançant:

• Enhancers: augmenten l’expressió gènica.
• Silencers: disminueixen l’expressió gènica.
• Factors de transcripció: poden ser activadors o repressors.

Epigenètica

L’epigenètica és el conjunt de marques químiques (com metilacions) que modifiquen l’expressió dels gens sense canviar l’ADN. Depèn de l’ambient i pot afectar trets físics, salut, resposta a l’estrès, desenvolupament, etc. Exemples:

• Bessons idèntics → diferències epigenètiques.
• Rates → mares més curoses → cries menys estressades.
• Ratolins agutí → la metilació canvia color i obesitat.
• Fam a Holanda durant l’ocupació nazi → canvis epigenètics que afavoreixen conservar greix.

Part de les malalties (càncer, Alzheimer, malalties autoimmunes) també es relacionen amb canvis epigenètics. Tot i que en teoria les marques epigenètiques no s’hereten, alguns estudis indiquen que potser sí en certs casos.

Transcripció

Definició: és el procés pel qual de l’ADN se’n forma una molècula d’ARN. Passa al nucli i té 3 fases:

• Iniciació: l’ARN polimerasa s’uneix al promotor i separa les dues cadenes d’ADN.
• Allargament: l’ARN polimerasa afegeix ribonucleòtids complementaris en direcció 5’→3’.
• Finalització: l’ARN polimerasa troba la seqüència de finalització i l’ARN se separa de l’ADN.

En eucariotes, l’ARN primari conté introns i exons, i s’ha de madurar: es treuen introns i s’uneixen exons; s’afegeix una capçalera 5’ (methyl cap) i una cua de poli-A a 3’. L’ARNm madur surt del nucli cap al citoplasma.

Traducció

Definició: procés de síntesi de proteïnes a partir de l’ARNm.

• Iniciació: la subunitat petita del ribosoma s’uneix a l’ARNm. L’ARNt iniciador (portant metionina) reconeix el codó d’inici i s’uneix. Després arriba la subunitat gran del ribosoma.
• Allargament: el ribosoma avança en direcció 5’→3’ i va afegint aminoàcids segons els codons de l’ARNm. L’ARNt, un cop descarregat, marxa del ribosoma.
• Finalització: quan es troba un codó de parada, tots els components es separen i queda lliure la cadena polipeptídica acabada.

Replicació

Què és? Procés de copiar l’ADN per obtenir dues molècules idèntiques.

On? Nucli. Quan? Fase S de la interfase.

Tipus? Semiconservativa → cada nova molècula té una cadena vella + una de nova.

Com passa? Cal un encebador (primer). La DNA polimerasa només treballa en sentit 5’→3’:

• Cadena líder: es copia contínuament.
• Cadena retardada: es copia a trossos → fragments d’Okazaki.

La DNA polimerasa I substitueix els encebadors. La DNA lligasa uneix els fragments.

La cèl·lula i la interfase

La cèl·lula creix, realitza funcions vitals i duplica el seu ADN (important per repartir-lo bé). L’ADN està en forma de cromatina.

Fases de la interfase:

• G1: la cèl·lula creix i fabrica proteïnes.
• S: es replica l’ADN.
• G2: la cèl·lula es prepara per dividir-se.

Càncer

Les cèl·lules controlen quan es divideixen. Si aquest control falla → poden convertir-se en cèl·lules tumorals (es divideixen massa i sense control).

Punts de control (checkpoints): són com acceleradors i frens. Eviten que la cèl·lula passi a la fase següent si la fase anterior no ha anat bé.

Protooncogens i oncògens

Protooncogens (acceleradors) són gens que estimulen la divisió cel·lular. Si muten → es converteixen en oncògens → massa activitat → càncer. Exemple: RAS (si s’activa massa, fa dividir les cèl·lules contínuament). A nivell cel·lular, són mutacions dominants (una còpia ja fa efecte).

Gens supressors de tumors

Gens supressors de tumors (frens) inhibeixen la divisió o reparen danys. Si fallen → la cèl·lula no pot frenar. Exemple important: p53 (atura el cicle i repara; si no pot, provoca apoptosi). Normalment cal que fallin les dues còpies perquè la cèl·lula perdi el control.

Ciclines i CDKs

Regulen quan la cèl·lula passa d’una fase a l’altra. Si n’hi ha massa → la cèl·lula entra en fases abans d’hora → divisió descontrolada.

Com es forma un càncer?

És un procés gradual on poden fallar diversos sistemes:

• Protooncogens → massa activitat.
• Gens supressors → falta de fre.
• Sistemes de reparació de l’ADN deficients.
• Nombre o estructura anòmala dels cromosomes.
• Factors ambientals (radiació UV, tabac, etc.).
• Virus que alteren el cicle cel·lular.