Definieer de term Regulatie zoals deze van toepassing is op genen

een cel kan alleen goed functioneren als de nodige eiwitten op het juiste moment worden gesynthetiseerd. Alle cellen controleren of reguleren de synthese van eiwitten uit informatie gecodeerd in hun DNA. Het proces om een gen aan te zetten om RNA en proteã ne te produceren wordt genuitdrukking genoemd. Of het nu gaat om een eenvoudig eencellig organisme of een complex meercellig organisme, elke cel controleert wanneer en hoe zijn genen worden uitgedrukt., Om dit te laten gebeuren, moet er een mechanisme zijn om te controleren wanneer een gen wordt uitgedrukt om RNA en eiwit te maken, hoeveel van het eiwit wordt gemaakt, en wanneer het tijd is om te stoppen met het maken van dat eiwit omdat het niet langer nodig is.

de regulatie van genexpressie bespaart energie en ruimte. Het zou een aanzienlijke hoeveelheid energie voor een organisme nodig hebben om elk gen te allen tijde uit te drukken, dus het is energiezuiniger om de genen alleen aan te zetten wanneer ze nodig zijn., Bovendien bespaart slechts het uitdrukken van een subset van genen in elke cel ruimte omdat DNA van zijn strak opgerolde structuur moet worden afgewikkeld om DNA te transcriberen en te vertalen. Cellen zouden enorm moeten zijn als elk eiwit in elke cel de hele tijd tot expressie zou komen.

de controle van genexpressie is uiterst complex. Storingen in dit proces zijn schadelijk voor de cel en kunnen leiden tot de ontwikkeling van vele ziekten, waaronder kanker.,

expressie van genen

om een cel goed te laten functioneren, moeten de nodige eiwitten op het juiste moment worden gesynthetiseerd. Alle cellen controleren of reguleren de synthese van eiwitten uit informatie gecodeerd in hun DNA. Het proces om een gen aan te zetten om RNA en proteã ne te produceren wordt genuitdrukking genoemd., Of het nu gaat om een eenvoudig eencellig organisme of een complex meercellig organisme, elke cel controleert wanneer en hoe zijn genen worden uitgedrukt. Om dit te laten gebeuren, moet er een mechanisme zijn om te controleren wanneer een gen wordt uitgedrukt om RNA en eiwit te maken, hoeveel van het eiwit wordt gemaakt, en wanneer het tijd is om te stoppen met het maken van dat eiwit omdat het niet langer nodig is.

de regulatie van genexpressie bespaart energie en ruimte., Het zou een aanzienlijke hoeveelheid energie voor een organisme nodig hebben om elk gen te allen tijde uit te drukken, dus het is energiezuiniger om de genen alleen aan te zetten wanneer ze nodig zijn. Bovendien bespaart slechts het uitdrukken van een subset van genen in elke cel ruimte omdat DNA van zijn strak opgerolde structuur moet worden afgewikkeld om DNA te transcriberen en te vertalen. Cellen zouden enorm moeten zijn als elk eiwit in elke cel de hele tijd tot expressie zou komen.

de controle van genexpressie is uiterst complex., Storingen in dit proces zijn schadelijk voor de cel en kunnen leiden tot de ontwikkeling van vele ziekten, waaronder kanker.

genregulatie maakt cellen verschillend

genregulatie is hoe een cel controleert welke genen, uit de vele genen in zijn genoom, worden “ingeschakeld” (uitgedrukt). Dankzij genregulatie heeft elk celtype in je lichaam een andere set actieve genen—ondanks het feit dat bijna alle cellen van je lichaam exact hetzelfde DNA bevatten., Deze verschillende patronen van genuitdrukking veroorzaken uw Diverse celtypes om verschillende reeksen proteã nen te hebben, makend elk celtype uniek gespecialiseerd om zijn werk te doen.

een van de taken van de lever is bijvoorbeeld het verwijderen van giftige stoffen zoals alcohol uit de bloedbaan. Om dit te doen, drukken levercellen genen uit die coderen voor subeenheden (stukken) van een enzym dat alcoholdehydrogenase wordt genoemd. Dit enzym breekt alcohol af in een niet-toxisch molecuul. De neuronen in iemands hersenen verwijderen geen gifstoffen uit het lichaam, dus houden ze deze genen onuitgedrukt, of “uitgeschakeld”.,”Ook sturen de cellen van de lever geen signalen met behulp van neurotransmitters, dus houden ze neurotransmittergenen uitgeschakeld (figuur 1).

figuur 1. Verschillende cellen hebben verschillende genen ” ingeschakeld.”

Er zijn veel andere genen die verschillend tot expressie komen tussen levercellen en neuronen (of twee celtypen in een meercellig organisme zoals u).

hoe “beslissen” cellen welke genen worden ingeschakeld?

nu is er een lastige vraag! Vele factoren die kunnen beà nvloeden welke genen een cel uitdrukt., De verschillende celtypes drukken verschillende reeksen genen uit, zoals wij hierboven zagen. Nochtans, kunnen twee verschillende cellen van hetzelfde type ook verschillende patronen van de genuitdrukking hebben afhankelijk van hun milieu en interne staat.in grote lijnen kunnen we zeggen dat het genexpressiepatroon van een cel wordt bepaald door informatie van zowel binnen als buiten de cel.

• voorbeelden van informatie vanuit de cel: de eiwitten die het geërfd heeft van zijn moedercel, of het DNA beschadigd is en hoeveel ATP het heeft.,
• voorbeelden van informatie van buiten de cel: chemische signalen van andere cellen, mechanische signalen van de extracellulaire matrix en nutriëntenniveaus.

Hoe helpen deze aanwijzingen een cel om te” beslissen ” welke genen ze moeten uitdrukken? Cellen nemen geen beslissingen in de zin dat jij of ik dat zouden doen. In plaats daarvan, hebben zij moleculaire wegen die informatie—zoals de band van een chemisch signaal aan zijn receptor—in een verandering in genuitdrukking omzetten.

als voorbeeld, laten we eens kijken hoe cellen reageren op groeifactoren., Een groeifactor is een chemisch signaal van een naburige cel die een doelcel instrueert om te groeien en te delen. We zouden kunnen zeggen dat de cel “merkt” de groeifactor en “besluit” om te delen, maar hoe komen deze processen eigenlijk?

Figuur 2. Groeifactor celdeling

• de cel detecteert de groeifactor door fysische binding van de groeifactor aan een receptoreiwit op het celoppervlak.,
• Binding van de groeifactor zorgt ervoor dat de receptor van vorm verandert, wat een reeks chemische gebeurtenissen in de cel teweegbrengt die eiwitten activeren die transcriptiefactoren worden genoemd.
• de transcriptiefactoren binden aan bepaalde DNA-sequenties in de kern en veroorzaken transcriptie van celdelingsgerelateerde genen.
• de producten van deze genen zijn verschillende soorten eiwitten die de celverdeling maken (de celgroei stimuleren en/of de cel vooruit duwen in de celcyclus).,

Dit is slechts een voorbeeld van hoe een cel een bron van informatie kan omzetten in een verandering in genexpressie. Er zijn vele anderen, en het begrijpen van de logica van genverordening is vandaag een gebied van lopend onderzoek in biologie.

de signalisatie van de groeifactor is complex en impliceert de activering van een verscheidenheid van doelstellingen, met inbegrip van zowel transcriptiefactoren als niet-transcriptiefactoreiwitten.,

prokaryotische en eukaryotische genregulatie

om te begrijpen hoe genexpressie wordt gereguleerd, moeten we eerst begrijpen hoe een gen codeert voor een functioneel eiwit in een cel. Het proces komt in zowel prokaryotic als eukaryotic cellen voor, enkel in lichtjes verschillende manieren.,

prokaryotische organismen zijn eencellige organismen zonder celkern, en hun DNA drijft daarom vrij in het celcytoplasma. Om een proteã ne samen te stellen, komen de processen van transcriptie en vertaling bijna gelijktijdig voor. Wanneer het resulterende eiwit niet meer nodig is, stopt de transcriptie. Dientengevolge, is de primaire methode om te controleren welk type van proteã ne en hoeveel van elke proteã ne in een prokaryotic cel wordt uitgedrukt de verordening van de transcriptie van DNA. Alle volgende stappen gebeuren automatisch. Wanneer meer proteã ne wordt vereist, komt meer transcriptie voor., Daarom, in prokaryotic cellen, is de controle van genuitdrukking meestal op het transcriptional niveau.

eukaryotische cellen hebben daarentegen intracellulaire organellen die hun complexiteit vergroten. In eukaryotic cellen, is DNA vervat binnen de kern van de cel en daar wordt het in RNA getranscribeerd. Nieuw samengesteld RNA wordt dan getransporteerd uit de kern in het cytoplasma, waar de ribosomen RNA in proteã ne vertalen., De processen van transcriptie en Vertaling worden fysisch gescheiden door het kernmembraan; de transcriptie komt slechts binnen de kern voor, en de vertaling komt slechts buiten de kern in het cytoplasma voor. De regulatie van genexpressie kan in alle stadia van het proces voorkomen (figuur 1)., Verordening kan voorkomen wanneer het DNA wordt afgerold en losgemaakt van nucleosomen om transcriptiefactoren te binden (epigenetisch niveau), wanneer het RNA wordt getranscribeerd (transcriptioneel niveau), wanneer het RNA wordt verwerkt en geëxporteerd naar het cytoplasma nadat het is getranscribeerd (post-transcriptioneel niveau), wanneer het RNA wordt vertaald in eiwit (translationeel niveau), of nadat het eiwit is gemaakt (post-translationeel niveau).

figuur 1., De prokaryotic transcriptie en de vertaling komen gelijktijdig in het cytoplasma voor, en de verordening komt op het transcriptional niveau voor. Eukaryotic genuitdrukking wordt geregeld tijdens transcriptie en de verwerking van RNA, die in de kern plaatsvinden, en tijdens eiwitvertaling, die in het cytoplasma plaatsvindt. Verdere regulering kan optreden door post-translationele wijzigingen van proteã nen.

De verschillen in de regulatie van genexpressie tussen prokaryoten en eukaryoten zijn samengevat in Tabel 1., De verordening van genuitdrukking wordt in detail in volgende modules besproken.

Controleer uw begrip

beantwoord de vraag(en) hieronder om te zien hoe goed u de onderwerpen begrijpt die in de vorige sectie werden behandeld. Deze korte quiz telt niet mee voor je cijfer in de klas, en je kunt het opnieuw een onbeperkt aantal keer.

Gebruik deze quiz om uw begrip te controleren en te beslissen of (1) de vorige sectie verder te bestuderen of (2) verder te gaan naar de volgende sectie.