Definovat pojem nařízení, jako to platí pro geny
Pro buňky, aby správně fungovaly, je nutné bílkoviny musí být syntetizován ve správnou dobu. Všechny buňky řídí nebo regulují syntézu proteinů z informací kódovaných v jejich DNA. Proces zapnutí genu pro produkci RNA a bílkovin se nazývá genová exprese. Ať už v jednoduchém jednobuněčném organismu nebo v komplexním multi-buněčném organismu každá buňka kontroluje, kdy a jak jsou exprimovány její geny., Aby se tak stalo, musí existovat mechanismus pro kontrolu, když je gen exprimován, aby se RNA a bílkovin, kolik proteinu je vyroben, a když je čas přestat dělat, že protein, protože je to již není potřeba.
regulace genové exprese šetří energii a prostor. To by vyžadovalo značné množství energie pro organismus vyjádřit každý gen ve všech dobách, tak to je energeticky účinnější zapnout geny pouze tehdy, když jsou zapotřebí., Kromě toho, pouze vyjádření podmnožina genů v každé buňce šetří místo, protože DNA musí být odvíjen z jeho pevně stočené struktury přepsat a přeložit DNA. Buňky by musely být obrovské, kdyby každý protein byl exprimován v každé buňce po celou dobu.
kontrola genové exprese je extrémně složitá. Poruchy v tomto procesu jsou škodlivé pro buňku a mohou vést k rozvoji mnoha nemocí, včetně rakoviny.,
Cíle Vzdělávání
- Diskutovat o důvod, proč každá buňka neexprimuje všechny geny
- Porovnání prokaryotické a eukaryotické genové regulace
Expresi Genů
Pro buňky, aby správně fungovaly, je nutné bílkoviny musí být syntetizován ve správnou dobu. Všechny buňky řídí nebo regulují syntézu proteinů z informací kódovaných v jejich DNA. Proces zapnutí genu pro produkci RNA a bílkovin se nazývá genová exprese., Ať už v jednoduchém jednobuněčném organismu nebo v komplexním multi-buněčném organismu každá buňka kontroluje, kdy a jak jsou exprimovány její geny. Aby se tak stalo, musí existovat mechanismus pro kontrolu, když je gen exprimován, aby se RNA a bílkovin, kolik proteinu je vyroben, a když je čas přestat dělat, že protein, protože je to již není potřeba.
regulace genové exprese šetří energii a prostor., To by vyžadovalo značné množství energie pro organismus vyjádřit každý gen ve všech dobách, tak to je energeticky účinnější zapnout geny pouze tehdy, když jsou zapotřebí. Kromě toho, pouze vyjádření podmnožina genů v každé buňce šetří místo, protože DNA musí být odvíjen z jeho pevně stočené struktury přepsat a přeložit DNA. Buňky by musely být obrovské, kdyby každý protein byl exprimován v každé buňce po celou dobu.
kontrola genové exprese je extrémně složitá., Poruchy v tomto procesu jsou škodlivé pro buňku a mohou vést k rozvoji mnoha nemocí, včetně rakoviny.
Gene nařízení činí buňky různých
Gene nařízení je, jak mobilní ovládací prvky, které geny, z mnoha genů v jejich genomu, jsou „zapnuto“ (vyjádřené). Díky genové regulaci má každý typ buňky ve vašem těle jinou sadu aktivních genů—navzdory skutečnosti, že téměř všechny buňky vašeho těla obsahují přesně stejnou DNA., Tyto různé vzorce genové exprese způsobují, že vaše různé typy buněk mají různé sady proteinů, takže každý typ buňky je jedinečně specializovaný, aby vykonával svou práci.
například jednou z úloh jater je odstranění toxických látek, jako je alkohol, z krevního řečiště. Za tímto účelem jaterní buňky exprimují geny kódující podjednotky (kusy) enzymu nazývaného alkoholdehydrogenáza. Tento enzym rozkládá alkohol na netoxickou molekulu. Neurony v mozku člověka neodstraňují toxiny z těla, takže udržují tyto geny nevyjádřené nebo „vypnuté“.,“Podobně buňky jater neposílají signály pomocí neurotransmiterů ,takže udržují vypnuté geny neurotransmiterů (Obrázek 1).
Obrázek 1. Různé buňky mají různé geny „zapnuté“.“
Existuje mnoho dalších genů, které jsou vyjádřeny jinak mezi jaterní buňky a neurony (nebo dva typy buněk v mnohobuněčný organismus jako vy).
jak buňky „rozhodují“, které geny se mají zapnout?
nyní je tu složitá otázka! Mnoho faktorů, které mohou ovlivnit, které geny buňka vyjadřuje., Různé typy buněk vyjadřují různé sady genů, jak jsme viděli výše. Dvě různé buňky stejného typu však mohou mít také různé vzorce genové exprese v závislosti na jejich prostředí a vnitřním stavu.
obecně lze říci, že vzor genové exprese buňky je určen informacemi zevnitř i vně buňky.
- příklady informací zevnitř buňky: proteiny, které zdědil od své mateřské buňky, zda je její DNA poškozena a kolik ATP má.,
- příklady informací z vnějšku buňky: chemické signály z jiných buněk, mechanické signály z extracelulární matrice a hladiny živin.
jak tyto podněty pomáhají buňce „rozhodnout“, jaké geny vyjádřit? Buňky nedělají rozhodnutí v tom smyslu, že ty nebo já. Místo toho mají molekulární dráhy, které přeměňují informace—například vazbu chemického signálu na jeho receptor-na změnu genové exprese.
jako příklad uvažujme, jak buňky reagují na růstové faktory., Růstový faktor je chemický signál ze sousední buňky, který instruuje cílovou buňku k růstu a rozdělení. Dalo by se říci, že buňka „všimne“ růstového faktoru a „rozhodne se“ rozdělit, ale jak se tyto procesy skutečně vyskytují?
Obrázek 2. Růstový faktor pobízet buněčné dělení
- buňka detekuje růstový faktor prostřednictvím fyzické vazba růstového faktoru na receptor proteinu na povrchu buněk.,
- Vazba růstového faktoru způsobuje receptor, změní tvar, což vyvolalo řadu chemické procesy v buňce, které aktivují proteiny nazývané transkripční faktory.
- transkripční faktory se vážou na určité sekvence DNA v jádru a způsobují transkripci genů souvisejících s dělením buněk.
- produkty těchto genů jsou různé typy bílkovin, které tvoří buněčné dělení (řídit růst buněk a/nebo tlačit buňku vpřed v buněčném cyklu).,
toto je jen jeden příklad toho, jak může buňka převést zdroj informací na změnu genové exprese. Existuje mnoho dalších a pochopení logiky genové regulace je dnes oblastí probíhajícího výzkumu v biologii.
signalizace růstového faktoru je složitá a zahrnuje aktivaci různých cílů, včetně jak transkripčních faktorů, tak proteinů bez transkripčního faktoru.,
v souhrnu: exprese genů
- genová regulace je proces kontroly toho, které geny v DNA buňky jsou exprimovány (používají se k výrobě funkčního produktu, jako je protein).
- různé buňky v mnohobuněčném organismu mohou vyjadřovat velmi odlišné sady genů, i když obsahují stejnou DNA.
- sada genů, vyjádřené v buňce určuje sadu bílkovin a funkční Rna, které obsahuje, což je její unikátní vlastnosti.,
- u eukaryot, jako jsou lidé, genová exprese zahrnuje mnoho kroků a regulace genů může nastat v kterémkoli z těchto kroků. Mnoho genů je však regulováno především na úrovni transkripce.
Prokaryotické a Eukaryotické Genové Nařízení
pochopit, jak genové exprese je regulována, musíme nejprve pochopit, jak gen kóduje funkční protein v buňce. Proces se vyskytuje jak v prokaryotických, tak v eukaryotických buňkách, jen v mírně odlišných způsobech.,
prokaryotické organismy jsou jednobuněčné organismy, které postrádají buněčné jádro, a jejich DNA proto volně plave v buněčné cytoplazmě. Pro syntézu proteinu dochází k procesům transkripce a překladu téměř současně. Když výsledný protein již není potřeba, transkripce se zastaví. Výsledkem je primární metoda kontroly toho, jaký typ proteinu a kolik každého proteinu je vyjádřeno v prokaryotické buňce, je regulace transkripce DNA. Všechny následující kroky se vyskytují automaticky. Když je zapotřebí více bílkovin, dochází k větší transkripci., Proto v prokaryotických buňkách je kontrola genové exprese většinou na transkripční úrovni.
eukaryotické buňky mají naproti tomu intracelulární organely, které zvyšují jejich složitost. V eukaryotických buňkách je DNA obsažena uvnitř jádra buňky a tam je transkribována do RNA. Nově syntetizovaná RNA je pak transportována z jádra do cytoplazmy, kde ribozomy překládají RNA na protein., Procesy transkripce a translace jsou fyzicky oddělena jadernou membránou; transkripce dochází pouze v rámci jádra, a překlad se vyskytuje pouze mimo jádro v cytoplazmě. Regulace genové exprese může nastat ve všech fázích procesu (Obrázek 1)., Nařízení může dojít, když DNA je rozvinutý a uvolnil z nucleosomes vázat transkripční faktory (epigenetické úrovni), kdy RNA je přepisována (transkripční úrovni), kdy je RNA zpracovány a exportovány do cytoplasmy poté, co je přepsána (post-transkripční úrovni), kdy RNA se překládá do bílkovin (translační úrovni), nebo po proteinu byla provedena (post-translační úrovni).
Obrázek 1., Prokaryotická transkripce a překlad se vyskytují současně v cytoplazmě a regulace nastává na transkripční úrovni. Eukaryotická genová exprese je regulována během transkripce a zpracování RNA, ke kterému dochází v jádru, a během translace proteinů, která probíhá v cytoplazmě. Další regulace může nastat prostřednictvím post-translačních modifikací proteinů.
rozdíly v regulaci genové exprese mezi prokaryoty a eukaryoty jsou shrnuty v Tabulce 1., Regulace genové exprese je podrobně popsána v následujících modulech.
| Tabulka 1., Rozdíly v Regulaci Genové Exprese Prokaryotické a Eukaryotické Organismy | |
|---|---|
| Prokaryotické organismy, | Eukaryotické organismy |
| Nedostatek jádra | Obsahují jádro |
| DNA se vyskytuje v cytoplazmě | DNA je omezena na jaderné prostoru |
| RNA transkripci a tvorbu bílkovin se vyskytují téměř současně | RNA transkripce předchází tvorbu bílkovin, a to se odehrává v jádře., Překlad RNA na protein se vyskytuje v cytoplazmě. |
| Genová exprese je regulována především na transkripční úrovni | Genová exprese je regulována na mnoha úrovních (epigenetické, transkripční, jaderné pendluje, post-transkripční, translační a posttranslační) |
Evoluce Genové Nařízení
Prokaryotické buňky mohou pouze regulovat genovou expresi tím, že řídí množství transkripce., Jak se eukaryotické buňky vyvíjely, zvýšila se složitost kontroly genové exprese. Například s vývojem eukaryotických buněk přišla kompartmentalizace důležitých buněčných složek a buněčných procesů. Vznikla jaderná oblast, která obsahuje DNA. Transkripce a překlad byly fyzicky rozděleny do dvou různých buněčných oddílů. Proto bylo možné kontrolovat genovou expresi regulací transkripce v jádru a také kontrolou hladin RNA a translace proteinů přítomných mimo jádro.,
některé buněčné procesy vznikly z potřeby organismu bránit se. Buněčné procesy, jako je umlčování genů, se vyvinuly k ochraně buňky před virovými nebo parazitárními infekcemi. Pokud by buňka mohla rychle vypnout genovou expresi na krátkou dobu, byla by schopna přežít infekci, když by jiné organismy nemohly. Proto organismus vyvinul nový proces, který mu pomohl přežít, a byl schopen předat tento nový vývoj potomkům.
Praktické otázky
kontrola genové exprese v eukaryotických buňkách se vyskytuje na jaké úrovni?,
- only the transcriptional level
- epigenetic and transcriptional levels
- epigenetic, transcriptional, and translational levels
- epigenetic, transcriptional, post-transcriptional, translational, and post-translational levels
Post-translační kontrola se týká:
- regulace genové exprese po transkripci
- regulace genové exprese po překladu
- ovládání epigenetické aktivaci
- období mezi přepis a překlad
Zkontrolujte, zda Vaše Pochopení
Odpovědět na otázku(y) níže a uvidíte, jak dobře jste pochopili témat, na něž se v předchozí části. Tento krátký kvíz se nezapočítává do vaší třídy ve třídě a můžete jej opakovat neomezeně mnohokrát.
pomocí tohoto kvízu zkontrolujte své porozumění a rozhodněte se, zda chcete (1) studovat předchozí sekci dále nebo (2) Přejít na další část.