Av genuttrykk vi mener transkripsjon av et gen inn i mRNA og den påfølgende oversettelse til protein. Genuttrykk er først og fremst styrt på nivået av transkripsjon, i stor grad som et resultat av binding av proteiner til bestemte områder på DNA. I 1965 Francois Jakob, Jacques Monod, og Andre Lwoff delte nobelprisen i medisin for sitt arbeid, som støtter ideen om at kontroll av enzym i cellene er regulert ved transkripsjon av DNA., oppstår gjennom regulering av transkripsjon, som enten kan være indusert eller undertrykt. Disse forskerne foreslo at produksjonen av enzymet er kontrollert av en «operon,» som består av en serie relaterte gener på kromosom består av en operatør, en markedsfører, en regulator-genet, og strukturelle gener.

  • De strukturelle genene inneholder kode for proteiner produkter som skal produseres. Regulering av protein produksjon er i stor grad oppnås ved modulerende tilgang av RNA polymerase til strukturelle genet blir transkribert.,
  • arrangøren genet ikke kode noe; det er rett og slett en DNA-sekvens som er første bindende nettstedet for RNA polymerase.
  • operatør genet er også ikke-kodende, det er bare en DNA-sekvens som er bindende nettstedet for repressor.
  • regulator genet koder for syntese av en repressor molekyl som binder seg til operatøren og blokkerer RNA-polymerase fra transkribere de strukturelle gener.

operatør genet er sekvensen av ikke-transcribable DNA som er repressor bindende nettstedet., Det er også en regulator-genet, som koder for syntese av en repressor molekyl lue binder seg til operatøren

  • Eksempel på Inducible Transkripsjon: bakterien E. coli har tre gener som koder for enzymer som gjør det mulig å dele og forbrenne laktose (en sukker i melk). Arrangøren er området på DNA, der RNA polymerase binder seg for å starte transkripsjon. Imidlertid, enzymer er vanligvis til stede i svært lave konsentrasjoner, fordi deres transkripsjon er hemmet av en repressor protein som produseres av en regulator genet (se øverste del av figur nedenfor)., Den repressor protein som binder seg til operatør i området og hindrer transkripsjon. Imidlertid, hvis laktose er til stede i miljøet, det kan binde seg til repressor protein og inactivate det, effektivt fjerne blokaden og aktivere transkripsjon av messenger-RNA som er nødvendig for syntese av disse genene (nedre delen av figuren under).

  • Eksempel på Repressible Transkripsjon: E. coli må aminosyren tryptofan, og DNA i E. coli har også gener for å syntetisere det., Disse genene generelt transkribere kontinuerlig siden bakterien behov tryptofan. Imidlertid, hvis tryptofan høye konsentrasjoner, transkripsjon er undertrykt (slått av) ved å binde til en repressor protein og aktivere det, som illustrert nedenfor.

Kontroll av genuttrykk i Eukaryotes

Eukaryote celler har lignende mekanismer for kontroll av genuttrykk, men de er mer komplekse., Tenk, for eksempel, at prokaryotic celler av en gitt art er alle like, men de fleste eukaryotes er flercellede organismer med mange celletyper, slik at kontroll av genuttrykk er mye mer komplisert. Ikke overraskende, genuttrykk i eukaryote celler er kontrollert av en rekke komplekse prosesser som er oppsummert med følgende liste.

  • Etter befruktning, celler i utviklingen av embryo blir stadig mer spesialiserte, i stor grad ved å slå på noen gener og slå av mange andre., Noen celler i bukspyttkjertelen, for eksempel, er spesialisert til å syntetisere og skiller ut fordøyelsesenzymer, mens andre cellene i bukspyttkjertelen (β-celler i holmer av Langerhans) er spesialisert til å syntese og skille ut insulin. Hver type celle har et bestemt mønster av uttrykte gener. Denne differensieringen i spesialiserte celler skjer i stor grad som et resultat av å slå av uttrykk av de fleste gener i cellen; modne celler kan bare bruke 3-5% av genene til stede i cellens kjerne.,
  • genuttrykk i eukaryotes kan også være regulert gjennom av endringer i pakking av DNA, som modulerer tilgang til cellens transkripsjon enzymer (f.eks., RNA polymerase) til DNA. Illustrasjonen nedenfor viser at kromosomene har en kompleks struktur. DNA-helix er pakket rundt spesielle proteiner som kalles histones, og dette er pakket inn i tett spiralformet fibre. Disse fibrene er så repeterende og kastet seg inn i stadig mer kompakte strukturer, som, når den er fullt kveilet og kondensert, gi kromosomene sine karakteristiske utseende i metaphase.,

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

  • Lik operons beskrevet ovenfor for prokaryotes, eukaryotes også bruke regulatoriske proteiner for å kontrollere transkripsjon, men hver eukaryote gener har sitt eget sett av kontroller. I tillegg er det mange flere regulatoriske proteiner i eukaryotes og interaksjoner er mye mer kompleks.,
  • I eukaryotes transkripsjonen foregår innen membran-bundet kjernen, og den første transkripsjonen er endret før den transporteres fra cellekjernen til cytoplasma for oversettelse på ribosomet s. Den første transkripsjonen i eukaryotes har koding segmenter (exons) vekslende med ikke-kodende segmenter (introns)., Før mRNA forlater kjernen, vil det introns er fjernet fra transkripsjonen av en prosess som kalles RNA-spleising (se grafisk & video nedenfor), og ekstra nukleotider er lagt til endene av transkripsjonen, og disse ikke-koding «caps» og «mynt» beskytte mRNA fra angrep av cellulære enzymer og hjelpemiddel i anerkjennelse av ribosomes.,

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

  • Variasjon i varigheten av mRNA gir likevel en mulighet for kontroll av genuttrykk. Prokaryotic mRNA er svært kortvarig, men eukaryote transkripsjoner kan vare i timer, eller noen ganger til og med uker (f.eks., mRNA for hemoglobin i de røde blodcellene av fugler).,
  • prosessen med oversettelse tilbyr flere muligheter for regulering av mange proteiner. For eksempel, oversettelse av hemoglobin mRNA er hemmet med mindre jern-holdige heme er til stede i cellen.
  • Det er også muligheter for «post-translasjonsforskning» – kontrollene av genuttrykk i eukaryotes. Noen oversatte polypeptides (proteiner) er kuttet av enzymer i mindre, aktiv ferdige produkter. som illustrert i figuren nedenfor som viser post-translational behandling av hormonet insulin., Insulin er i utgangspunktet oversatt som en stor, inaktiv forløper; et signal sekvensen er fjernet fra hodet av forløperen, og en stor sentral del (C-kjede) er kuttet bort, og etterlot seg to mindre peptid kjeder som er så knyttet til hverandre ved disulfide broer.De mindre endelige form er den aktive formen av insulin.

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

  • genuttrykk kan også endres ved nedbryting av proteiner som er produsert., For eksempel, noen av de enzymene som er involvert i celle metabolisme er brutt ned kort tid etter at de er produsert, og dette gir en mekanisme for å reagere raskt på endrede metabolske krav.
  • genuttrykk kan også påvirkes av signaler fra andre celler. Det er mange eksempler som et signal molekyl (f.eks., et hormon) fra en celle binder seg til en reseptor proteinet på en cellen, og setter i gang en sekvens av biokjemiske endringer (et signal transduksjon sti) som resulterer i endringer i cellen., Disse endringene kan omfatte økt eller redusert transkripsjon som illustrert i figuren nedenfor.

  • RNA-Interferens system (RNAi) er ennå en annen mekanismen som cellene styrer genuttrykk ved å stenge av oversettelse av mRNA. RNAi kan også brukes til å slå oversettelse av virale proteiner når en celle er infisert av et virus. Den RNAi-systemet har også potensial til å utnyttes terapeutisk.,

RNAi

Noen RNA-virus vil invadere celler og innføre dobbel-strandet RNA som vil bruke celler maskiner til å lage nye kopier av virus-RNA og virale proteiner. Cellenes RNA-interferens system (RNAi) kan hindre virus-RNA fra replikere. Først, et enzym kalt «Dicer» koteletter noen dobbel-strandet RNA den finner i biter som er ca 22 nukleotider lang. Neste, protein komplekser såkalte RISC (RNA-induced Lyddemping Komplekse) binder seg til fragmenter av dobbel-strandet RNA, vind det, og deretter slipper en av trådene, og samtidig beholde den andre., Den RISC-RNA-komplekset vil da binde seg til andre virus-RNA med nukleotide-sekvenser matchende de på RNA knyttet til det komplekse. Dette bindende blokker oversettelse av virale proteiner i det minste delvis, hvis ikke fullstendig. Den RNAi-systemet potensielt kan brukes til å utvikle behandlingsmetoder for defekte gener som forårsaker sykdommen. Behandling ville innebære å lage en dobbel-strandet RNA fra den syke genet, og introduserer den inn i celler for å dempe uttrykk for at genet., For en illustrert forklaring av RNAi, kan du se kort, interaktiv Flash-modul på http://www.pbs.org/wgbh/nova/body/rnai-explained.html

RNA interferens systemet er også forklart mer fullstendig i videoen nedenfor fra Naturen Video.

tilbake til toppen | forrige side | neste side