Definere begrepet regulering når det gjelder gener

For en celle for å fungere riktig, nødvendig proteiner må bli fremstilt på riktig tid. Alle celler styre eller regulere syntesen av proteiner fra informasjon som er kodet i DNA deres. Prosessen med å slå på et gen for å produsere RNA og protein kalles genuttrykk. Enten i en enkelt encellet organisme eller en kompleks flercellede organismen, hver celle kontrollerer når og hvordan gener blir uttrykt., For at dette skal skje, må det være en mekanisme for å kontrollere når et gen er uttrykt å lage RNA og protein, hvor mye protein som er gjort, og når det er på tide å slutte å gjøre som protein fordi det ikke lenger er nødvendig.

regulering av genuttrykk sparer energi og plass. Det ville kreve en betydelig mengde energi for en organisme å uttrykke hvert gen til alle tider, så det er mer energieffektive å slå på gener bare når de er nødvendige., I tillegg, bare for å uttrykke et delsett av gener i hver celle, sparer det plass fordi DNA må være vikles fra sin tett sammenrullede struktur for å skrive og oversette DNA. Cellene ville ha til å være enorme dersom hver protein ble uttrykt i hver celle hele tiden.

kontroll av genuttrykk er ekstremt kompleks. Feil i denne prosessen er skadelig for cellen og kan føre til utvikling av mange sykdommer, inkludert kreft.,

Uttrykk av Gener

For en celle for å fungere riktig, nødvendig proteiner må bli fremstilt på riktig tid. Alle celler styre eller regulere syntesen av proteiner fra informasjon som er kodet i DNA deres. Prosessen med å slå på et gen for å produsere RNA og protein kalles genuttrykk., Enten i en enkelt encellet organisme eller en kompleks flercellede organismen, hver celle kontrollerer når og hvordan gener blir uttrykt. For at dette skal skje, må det være en mekanisme for å kontrollere når et gen er uttrykt å lage RNA og protein, hvor mye protein som er gjort, og når det er på tide å slutte å gjøre som protein fordi det ikke lenger er nødvendig.

regulering av genuttrykk sparer energi og plass., Det ville kreve en betydelig mengde energi for en organisme å uttrykke hvert gen til alle tider, så det er mer energieffektive å slå på gener bare når de er nødvendige. I tillegg, bare for å uttrykke et delsett av gener i hver celle, sparer det plass fordi DNA må være vikles fra sin tett sammenrullede struktur for å skrive og oversette DNA. Cellene ville ha til å være enorme dersom hver protein ble uttrykt i hver celle hele tiden.

kontroll av genuttrykk er ekstremt kompleks., Feil i denne prosessen er skadelig for cellen og kan føre til utvikling av mange sykdommer, inkludert kreft.

– Genet regulering gjør cellene ulike

Genet, regulering, er hvordan en celle avgjør hvilke gener, ut av mange gener i sitt genom, er «slått på» (uttrykk). Takk til genet, regulering, hver typen celle i kroppen din har et annet sett med aktive gener—til tross for det faktum at nesten alle cellene i kroppen din inneholder nøyaktig samme DNA., Disse ulike mønstre av genuttrykk føre til at ulike celletyper å ha ulike sett av proteiner, noe som gjør hver celle type unik spesialisert til å gjøre jobben sin.

For eksempel, en av jobbene til leveren er å fjerne giftige stoffer som alkohol fra blodet. For å gjøre dette, leverceller express genene som koder underenhetene (stykker) av et enzym som heter alkohol dehydrogenase. Dette enzymet bryter ned alkohol inn i en ikke-giftig molekyl. Nervecellene i en persons hjerne ikke fjerne giftstoffer fra kroppen, slik at de holder disse genene uuttalte, eller «slått av.,»På samme måte, cellene i leveren ikke sende signaler ved hjelp av nevrotransmittere, slik at de holder nevrotransmitter gener som er slått av (Figur 1).

Figur 1. Forskjellige cellene har forskjellige gener «slått på.»

Det er mange andre gener som er uttrykt på en annen måte mellom leveren celler og nevroner (eller helst to celletyper i en flercellede organismen som deg selv).

Hvordan cellene «bestemmer» hvilke gener for å slå på?

Nå er det er et vanskelig spørsmål! Mange faktorer som kan påvirke hvilke gener i en celle uttrykker., Ulike celletyper express ulike sett av gener, som vi så ovenfor. Men to ulike celler av samme type kan også ha forskjellige gen uttrykk mønstre avhengig av deres miljø og indre tilstand.

Grovt sett kan vi si at en celle er genuttrykk mønsteret bestemmes av informasjon fra både inni og utenfor cellen.

• Eksempler på informasjon fra inne i cellen: proteiner som den arvet fra moren sin celle, om sin DNA er skadet, og hvor mye ATP det har.,
• Eksempler på informasjon fra utenfor cellen: kjemiske signaler fra andre celler, mekanisk signaler fra den ekstracellulære matrix, og næringsinnhold.

Hvordan gjøre disse signaler hjelpe en celle «bestemmer» hvilke gener til å uttrykke? Cellene ikke ta avgjørelser i den forstand at du eller jeg ville. I stedet har de molekylære mekanismer som konvertere informasjon—for eksempel binding av et kjemisk signal til sin reseptor—til en endring i genuttrykk.

Som et eksempel, la oss vurdere hvordan cellene reagerer på vekstfaktorer., En vekstfaktor er et kjemisk signal fra en tilstøtende celle som instruerer en cellen til å vokse og dele seg. Vi kan si at cellen «merknader» vekst faktor og «bestemmer» for å dele, men hvordan disse prosessene faktisk skje?

Figur 2. Vekst faktor spørre celledeling

• cellen gjenkjenner vekst faktor gjennom fysisk binding av vekst faktor til en reseptor proteinet på celleoverflaten.,
• Binding av vekst faktor som fører til reseptoren til å endre form, og utløser en rekke kjemiske hendelser i cellen som du vil aktivere proteiner som kalles transkripsjon faktorer.
• transkripsjon faktorer som binder seg til visse sekvenser av DNA i kjernen og føre til transkripsjon av celledeling-relaterte gener.
• produkter av disse genene finnes ulike typer proteiner som gjør at cellen deler (stasjon celle vekst og/eller trykk cellen frem i celle syklus).,

Dette er bare ett eksempel på hvordan en celle kan konvertere en kilde til informasjon i en endring i genuttrykk. Det er mange andre, og forstå logikken av genet, regulering, er et område av den pågående forskningen i biologi i dag.

Growth factor-signalisering er komplekse og innebærer aktivering av en rekke mål, inkludert både transkripsjon faktorer og ikke-transkripsjonsfaktor proteiner.,

Prokaryotic og Eukaryote Gener Regulering

for Å forstå hvordan genuttrykk reguleres, må vi først forstå hvordan et gen som koder for et funksjonelt protein i en celle. Prosessen skjer i både prokaryotic og eukaryote celler, bare i litt forskjellige måter.,

Prokaryotic organismer er encellede organismer som mangler en cellekjernen, og deres DNA derfor flyter fritt i cellenes cytoplasma. Til å syntetisere protein, prosesser av transkripsjon og oversettelse forekommer nesten samtidig. Når den resulterende protein er ikke lenger nødvendig, transkripsjon stopper. Som et resultat, er den primære metoden for å kontrollere hva slags protein og hvor mye av hvert protein er uttrykt i en prokaryotic celle er regulering av DNA-transkripsjon. Alle de etterfølgende trinn skje automatisk. Når mer protein er nødvendig, mer transkripsjon oppstår., Derfor, i prokaryotic celler, kontroll av genuttrykk er for det meste på transcriptional nivå.

Eukaryote celler, i motsetning, har intracellulære organeller som legg til i sin kompleksitet. I eukaryote celler, DNA som finnes inne i cellen er kjernen og det er transkribert til RNA. Den nylig syntetisert RNA er så transporteres ut av cellekjernen til cytoplasma hvor ribosomes oversette RNA til protein., Prosesser av transkripsjon og oversettelse er fysisk adskilt av kjernefysiske membran; transkripsjon skjer kun i kjernen, og oversettelsen bare oppstår utenfor kjernen i cytoplasma. Regulering av genuttrykk kan oppstå i alle faser av prosessen (Figur 1)., Forskriften kan oppstå når DNA er uncoiled og løsnet fra nucleosomes til å binde transkripsjonfaktorer (epigenetisk nivå), når RNA er transkribert (transcriptional nivå), når RNA er behandlet og eksportert til cytoplasma etter at den er transkribert (post-transcriptional nivå), når RNA er oversatt til proteiner (translasjonsforskning nivå), eller etter at proteinet har blitt gjort (post-translasjon-nivå).

Figur 1., Prokaryotic transkripsjon og oversettelse opptrer samtidig i cytoplasma, og reguleringen skjer på transcriptional nivå. Eukaryote genuttrykk reguleres under transkripsjon og RNA-bearbeiding, som finner sted i kjernen, og i løpet av protein oversettelse, som finner sted i cytoplasma. Ytterligere regulering kan skje gjennom post-translational modifisering av proteiner.

Den forskjeller i regulering av genuttrykk mellom prokaryotes og eukaryotes er oppsummert i Tabell 1., Regulering av genuttrykk er diskutert i detalj i senere moduler.

Sjekk Din Forståelse

Svar på spørsmålet(s) nedenfor for å se hvor godt du forstår emnene som er nevnt i forrige avsnitt. Denne korte quiz teller ikke på karakteren i klassen, og du kan ta det til et ubegrenset antall ganger.

Bruk denne quizen for å sjekke din forståelse og avgjøre om (1) å studere forrige avsnitt ytterligere eller (2) å gå videre til neste avsnitt.