genové exprese máme na mysli transkripce genu do mRNA a jeho následný překlad do proteinu. Genová exprese je primárně řízena na úrovni transkripce, převážně v důsledku vazby proteinů na specifická místa na DNA. V roce 1965 François Jacob, Jacques Monod a André Lwoff Nobelovu cenu za medicínu za jejich práci podporuje myšlenku, že kontrola hladiny enzymu v buňkách je regulována transkripce DNA., vyskytuje se prostřednictvím regulace transkripce, která může být buď indukována nebo potlačena. Tito výzkumníci navrhl, že produkce enzymu je řízena „operace“, která se skládá řadu souvisejících genů na chromozomu, skládající se z operátor, promotér, regulátor genu, a strukturální geny.

  • strukturní geny obsahují kód pro produkty proteinů, které mají být produkovány. Regulace produkce bílkovin je do značné míry dosažena modulací přístupu RNA polymerázy ke strukturnímu transkribovanému genu.,
  • promotorový Gen nic nenakóduje; je to jednoduše sekvence DNA, která je počátečním vazebným místem pro RNA polymerázu.
  • operátorský gen je také nekódující; je to jen sekvence DNA, která je vazebným místem pro represor.
  • regulační genové kódy pro syntézu represorové molekuly, která se váže na operátora a blokuje RNA polymerázu z přepisu strukturních genů.

operátorský gen je sekvence nepřenosné DNA, která je místem vazby represoru., K dispozici je také regulátor genu, který kóduje pro syntézu repressor molekuly klobouk se váže na operátor

  • Příklad Indukovatelných Transkripčních: bakterie E. coli má tři geny, které kódují enzymy, které umožňují rozdělit a metabolizovat laktózu (cukr v mléce). Promotor je místo na DNA, kde se RNA polymeráza váže za účelem zahájení transkripce. Nicméně, enzymy jsou obvykle přítomny ve velmi nízkých koncentracích, proto jejich přepis je inhibován a repressor protein produkován regulátor genu (viz horní část obrázku níže)., Represorový protein se váže na místo obsluhy a inhibuje transkripci. Nicméně, pokud se laktóza je přítomen v prostředí, to se může vázat na repressor protein a inaktivují ji, účinně odstraní blokády a umožňuje přepis RNA potřebných pro syntézu těchto genů (dolní část obrázku).

  • Příklad Repressible Přepis: E. coli potřeba aminokyselina tryptofan, a DNA v E. coli má také geny pro syntézu., Tyto geny obecně přepsat nepřetržitě, protože bakterie potřebuje tryptofan. Pokud jsou však koncentrace tryptofanu vysoké, transkripce je potlačena (vypnuta) vazbou na represorový protein a jeho aktivací, jak je znázorněno níže.

Kontrola Genové Exprese u Eukaryot

Eukaryotické buňky mají podobné mechanismy pro kontrolu genové exprese, ale jsou více komplexní., Vezměme si například, že prokaryotické buňky určitého druhu jsou všechny stejné, ale většina eukaryot jsou mnohobuněčné organismy, s mnoha typy buněk, takže řízení genové exprese je mnohem složitější. Není divu, že genová exprese v eukaryotických buňkách je řízena řadou složitých procesů, které jsou shrnuty v následujícím seznamu.

  • po oplodnění se buňky ve vyvíjejícím se embryu stále více specializují, a to především zapnutím některých genů a vypnutím mnoha dalších., Některé buňky v pankreatu se například specializují na syntézu a vylučování trávicích enzymů, zatímco jiné pankreatické buňky (β-buňky v Langerhansových ostrůvcích) se specializují na syntézu a sekreci inzulínu. Každý typ buňky má určitý vzorec exprimovaných genů. Tato diferenciace do specializovaných buněk se vyskytuje převážně v důsledku vypnutí exprese většiny genů v buňce; zralé buňky mohou používat pouze 3-5% genů přítomných v buňce je jádro.,
  • Genové exprese u eukaryot může být také regulována prostřednictvím změny v balení DNA, která reguluje přístup buněčné transkripce enzymů (např. RNA polymerázy) k DNA. Obrázek níže ukazuje, že chromozomy mají složitou strukturu. Spirála DNA je zabalena kolem speciálních proteinů nazývaných histony, a to je zabaleno do těsných spirálových vláken. Tato vlákna jsou pak smyčky a složit do stále více kompaktní struktury, které, když je plně stočený a kondenzované, dát chromozomů, jejich charakteristický vzhled v metafázi.,

Zdroj: http://www.78stepshealth.us/plasma-membrane/eukaryotic-chromosomes.html

  • Podobné operons popsáno výše u prokaryot, eukaryot také použít regulační proteiny kontrola transkripce, ale každé eukaryotické genové má svou vlastní sadu ovládacích prvků. Kromě toho existuje mnoho dalších regulačních proteinů v eukaryotách a interakce jsou mnohem složitější.,
  • U eukaryot transkripce probíhá v membráně vázané jádro a původní zápis je upraven dříve, než je transportován z jádra do cytoplazmy pro překlad na ribozomu s. Původní přepis v eukaryot má kódujících úseků (exonů), střídající se s nekódující úseky (introny)., Před mRNA opustí jádro, introny jsou odstraněny z přepisu v procesu zvaném sestřih RNA (viz obrázek & video níže), a navíc nukleotidy jsou přidány na konec přepis; tyto nekódující „caps“ a „ocasy“ chrání mRNA před útokem buněčné enzymy a pomoci v rozpoznávání ribozomy.,

Zdroj: http://unmug.com/category/biology/organisation-control-of-genome/

  • Rozdíly v dlouhověkosti mRNA nabízí ještě další možnost pro kontrolu genové exprese. Prokaryotická mRNA je velmi krátkodobá, ale eukaryotické přepisy mohou trvat hodiny nebo někdy i týdny (např. mRNA pro hemoglobin v červených krvinkách ptáků).,
  • proces překladu nabízí další možnosti regulace mnoha proteiny. Například translace mRNA hemoglobinu je inhibována, pokud v buňce není přítomen hem obsahující železo.
  • existují také možnosti pro“ post-translační “ kontroly genové exprese v eukaryotách. Některé přeložené polypeptidy (proteiny) jsou enzymy rozřezány na menší, aktivní konečné produkty. jak je znázorněno na obrázku níže, který zobrazuje post-translační zpracování hormonálního inzulínu., Inzulín je původně přeloženo jako velký, neaktivní prekurzor; signální sekvence je odstraněn z hlavy předchůdce, a velký střední část (C řetězce), je odříznout, odcházející dva menší peptidové řetězce, které jsou pak spojeny k sobě navzájem pomocí disulfidové můstky.Menší konečná forma je aktivní forma inzulínu.

Zdroj: http://www.nbs.csudh.edu/chemistry/faculty/nsturm/CHE450/19_InsulinGlucagon.htm

  • Genové exprese může být také změněna tím, rozdělení proteinů, které jsou produkovány., Například některé enzymy podílející se na buněčném metabolismu se rozkládají krátce poté, co jsou produkovány; to poskytuje mechanismus pro rychlou reakci na měnící se metabolické požadavky.
  • genová exprese může být také ovlivněna signály z jiných buněk. Existuje mnoho příkladů, kdy se molekula signálu (např. hormon) z jedné buňky váže na receptorový protein v cílové buňce a iniciuje sekvenci biochemických změn (signální transdukční dráha), které vedou ke změnám v cílové buňce., Tyto změny mohou zahrnovat zvýšenou nebo sníženou transkripci, jak je znázorněno na obrázku níže.

  • RNA Interference systém (RNAi) je další mechanismus, kterým buňky kontroly genové exprese pomocí vypnutí překlad z mRNA. RNAi lze také použít k vypnutí překladu virových proteinů, když je buňka infikována virem. Systém RNAi má také potenciál být terapeuticky využíván.,

RNAi

Některé RNA virus napadnout buňky a zavést dvojí pletl RNA, která se bude používat buňky, stroje, aby se nové kopie virové RNA a virové proteiny. Interferenční systém RNA buňky (RNAi) může zabránit replikaci virové RNA. První, enzym, přezdívaný „Dicer“ kotlety double-stranded RNA nalezne na kousky, které jsou asi 22 nukleotidů dlouhé. Další, proteinové komplexy zvané RISC (RNA-indukovaný Silencing Complex) vázat na fragmenty dvouvláknové RNA, větry, a pak uvolní jeden z pramenů, při zachování ostatních., Komplex RISC-RNA se pak bude vázat na jakoukoli jinou virovou RNA s nukleotidovými sekvencemi odpovídajícími sekvencím na RNA připojených k komplexu. Tato vazba blokuje překlad virových proteinů alespoň částečně, ne-li úplně. Systém RNAi by mohl být potenciálně použit k vývoji léčby defektních genů, které způsobují onemocnění. Léčba bude spočívat v provedení double-stranded RNA z postiženého genu a jeho zavedení do buněk umlčet expresi tohoto genu., Pro ilustrované vysvětlení RNAi, podívejte se na krátké, interaktivní Flash modul na http://www.pbs.org/wgbh/nova/body/rnai-explained.html

RNA interference systém je také vysvětleno zcela ve videu níže od Přírody Video.

návrat na začátek | předchozí stránka | další stránka