genom genuttryck menar vi transkriptionen av en gen till mRNA och dess efterföljande översättning till protein. Genuttryck kontrolleras primärt vid transkriptionsnivån, till stor del som ett resultat av bindning av proteiner till specifika platser på DNA. År 1965 delade Francois Jacob, Jacques Monod och Andre Lwoff Nobelpriset i medicin för sitt arbete som stödde tanken att kontroll av enzymnivåer i celler regleras genom transkription av DNA., förekommer genom reglering av transkription, som antingen kan induceras eller undertryckas. Dessa forskare föreslog att produktionen av enzymet styrs av en ”operon”, som består av en serie relaterade gener på kromosomen som består av en operatör, en promotor, en regulatorgen och strukturella gener.

  • de strukturella generna innehåller koden för de proteiner som ska produceras. Reglering av proteinproduktion uppnås till stor del genom att modulera tillgången av RNA-polymeras till den strukturella genen som transkriberas.,
  • promotorgenen kodar inte någonting; det är helt enkelt en DNA-sekvens som är initial bindningsställe för RNA-polymeras.
  • operatörsgenen är också icke-kodande; det är bara en DNA-sekvens som är bindningsstället för repressorn.
  • regulatorgenkoderna för syntes av en repressormolekyl som binder till operatören och blockerar RNA-polymeras från att transkribera de strukturella generna.

operatörsgenen är sekvensen av icke-transkriberat DNA som är repressorbindningsstället., Det finns också en regulatorgen, som kodar för syntesen av en repressormolekylhatt binder till operatören

  • exempel på inducerbar transkription: bakterien E. coli har tre gener som kodar för enzymer som gör det möjligt att dela upp och metabolisera laktos (ett socker i mjölk). Promotorn är platsen på DNA där RNA polymeras binder för att initiera transkription. Men enzymerna är vanligtvis närvarande i mycket låga koncentrationer, eftersom deras transkription hämmas av ett repressorprotein som produceras av en regulatorgen (se den övre delen av figuren nedan)., Repressorproteinet binder till operatörsplatsen och hämmar transkriptionen. Om laktos är närvarande i miljön kan det emellertid binda till repressorproteinet och inaktivera det, effektivt avlägsna blockaden och möjliggöra transkription av messenger RNA som behövs för syntes av dessa gener (nedre delen av figuren nedan).

  • exempel på Repressibel transkription: E. coli behöver aminosyran tryptofan, och DNA i E. coli har också gener för att syntetisera den., Dessa gener transkriberar i allmänhet kontinuerligt eftersom bakterien behöver tryptofan. Om tryptofankoncentrationerna är höga undertrycks transkriptionen (avstängd) genom att binda till ett repressorprotein och aktivera det enligt bilden nedan.

kontroll av genuttryck i eukaryoter

eukaryota celler har liknande mekanismer för kontroll av genuttryck, men de är mer komplexa., Tänk till exempel att prokaryota celler av en viss art är alla samma, men de flesta eukaryoter är multicellulära organismer med många celltyper, så kontrollen av genuttryck är mycket mer komplicerad. Inte överraskande styrs genuttrycket i eukaryota celler av ett antal komplexa processer som sammanfattas av följande lista.

  • efter befruktning blir cellerna i det utvecklande embryot alltmer specialiserade, till stor del genom att slå på vissa gener och stänga av många andra., Vissa celler i bukspottkörteln är till exempel specialiserade på att syntetisera och utsöndra matsmältningsenzymer, medan andra pankreatiska celler (β-celler i Langerhans öar) är specialiserade på syntes och utsöndring av insulin. Varje typ av cell har ett visst mönster av uttryckta gener. Denna differentiering I specialiserade celler sker till stor del som ett resultat av att stänga av uttrycket av de flesta gener i cellen; mogna celler får endast använda 3-5% av generna som finns i cellens kärna.,
  • genuttryck i eukaryoter kan också regleras genom förändringar i DNA-förpackningen, vilket modulerar cellens transkriptionsenzymer (t.ex. RNA-polymeras) till DNA. Illustrationen nedan visar att kromosomer har en komplex struktur. DNA-helixen är insvept runt speciella proteiner som kallas histoner, och detta är inslagna i täta spiralfibrer. Dessa fibrer loopas sedan och viks i alltmer kompakta strukturer, som, när de är helt lindade och kondenserade, ger kromosomerna deras karakteristiska utseende i metafas.,

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

  • liknar de operoner som beskrivs ovan för prokaryoter, använder eukaryoter också reglerande proteiner för att kontrollera transkription, men varje eukaryotisk transkription.gene har sin egen uppsättning kontroller. Dessutom finns det många fler reglerande proteiner i eukaryoter och interaktionerna är mycket mer komplexa.,
  • i eukaryoter transkription sker inom membranbundna kärnan, och den ursprungliga transkriptet ändras innan det transporteras från kärnan till cytoplasman för översättning vid ribosomen s. den ursprungliga transkriptet i eukaryoter har kodningssegment (exons) alternerande med icke-kodande segment (introner)., Innan mRNA lämnar kärnan tas intronerna bort från transkriptet genom en process som kallas RNA-skarvning (se bild & video nedan) och extra nukleotider läggs till ändarna av transkriptet; dessa icke-kodande ”Kepsar” och ”svansar” skyddar mRNA från angrepp av cellulära enzymer och hjälpmedel som erkänns av ribosomerna.,

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

  • variation i mRNA livslängd ger ännu en möjlighet till kontroll av genuttryck. Prokaryota mRNA är mycket kortlivade, men eukaryota transkript kan pågå i timmar, eller ibland till och med veckor (t.ex. mRNA för hemoglobin i de röda blodkropparna av fåglar).,
  • översättningsprocessen erbjuder ytterligare möjligheter till reglering av många proteiner. Till exempel hämmas översättningen av hemoglobin mRNA om inte järnhaltig heme är närvarande i cellen.
  • Det finns också möjligheter till ”post-translational” kontroller av genuttryck i eukaryoter. Vissa översatta polypeptider (proteiner) skärs av enzymer till mindre aktiva slutprodukter. som illustreras i figuren nedan som visar post-translationell bearbetning av hormoninsulinet., Insulin översätts initialt som en stor, inaktiv prekursor; en signalsekvens avlägsnas från föregångarens huvud och en stor central del (C-kedjan) skärs bort och lämnar två mindre peptidkedjor som sedan är kopplade till varandra genom disulfidbroar.Den mindre slutliga formen är den aktiva formen av insulin.

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

  • genuttryck kan också ändras genom nedbrytningen av de proteiner som produceras., Till exempel bryts några av de enzymer som är involverade i cellmetabolism kort efter att de har producerats.detta ger en mekanism för att snabbt reagera på förändrade metaboliska krav.
  • genuttryck kan också påverkas av signaler från andra celler. Det finns många exempel där en signalmolekyl (t.ex. ett hormon) från en cell binder till ett receptorprotein på en målcell och initierar en sekvens av biokemiska förändringar (en signaltransduktionsväg) som resulterar i förändringar inom målcellen., Dessa förändringar kan inkludera ökad eller minskad transkription som illustreras i figuren nedan.

  • rna Interferenssystem (RNAi) är ännu en mekanism genom vilken celler styr genuttryck genom att stänga av översättning av mRNA. RNAi kan också användas för att stänga av översättning av virala proteiner när en cell är infekterad av ett virus. RNAi-systemet har också potential att utnyttjas terapeutiskt.,

RNAi

vissa RNA-virus invaderar celler och introducerar dubbelsträngat RNA som kommer att använda cellmaskineriet för att skapa nya kopior av viralt RNA och virusproteiner. Cellens rna-interferenssystem (RNAi) kan förhindra att viralt RNA replikerar. Först, ett enzym smeknamnet ”Dicer” kotletter någon dubbelsträngad RNA den finner i bitar som är ca 22 nukleotider lång. Därefter binder proteinkomplex som kallas RISC (rna-inducerad Ljuddämpningskomplex) till fragmenten av dubbelsträngat RNA, vindar det och släpper sedan ut en av strängarna, samtidigt som den andra hålls kvar., RISC-rna-komplexet binder sedan till något annat viralt RNA med nukleotidsekvenser som matchar dem på RNA som är kopplade till komplexet. Denna bindning blockerar översättning av virala proteiner åtminstone delvis, om inte helt. RNAi-systemet kan potentiellt användas för att utveckla behandlingar för defekta gener som orsakar sjukdom. Behandlingen skulle innebära att man gjorde ett dubbelsträngat RNA från den sjuka genen och introducerade det i celler för att tysta uttrycket av den genen., För en illustrerad förklaring av RNAi, se den korta, interaktiva Flashmodulen på http://www.pbs.org/wgbh/nova/body/rnai-explained.html

RNA-störningssystemet förklaras också mer fullständigt i videon nedan från Nature Video.

återgå till toppen / föregående sida / Nästa sida