Hvordan gjør et gen, som består av en streng av DNA skjult i en celle er kjernen, vite når den skal uttrykke seg selv? Hvordan har dette genet føre til produksjonen av en rekke aminosyrer kalles et protein? Hvordan kan ulike typer celler vite hvilke typer proteiner de må produsere? Svarene på slike spørsmål ligge i studier av genekspresjon., Dermed, denne samlingen eller artikler begynner med å vise hvordan en stille, godt bevoktet streng av DNA er uttrykt å lage RNA, og hvordan messenger-RNA er oversatt fra nukleinsyre koding til protein koding for å danne et protein. Underveis i artikkelen satt også undersøker innholdet av den genetiske koden, hvordan elementene i koden som ble forutsagt, og hvordan den faktiske codons ble bestemt.
Neste, vi slår til regulering av gener. Gener kan ikke kontrollere en organisme på sine egne; i stedet, de må samhandle med og svare på organismens omgivelser., Noen gener er konstitutive, eller alltid «på», uavhengig av miljøforholdene. Slike gener er blant de viktigste elementene i en cellens genom, og de styrer evnen til DNA for å formere seg, uttrykke seg selv, og reparere seg selv. Disse genene også kontroll protein syntese og mye av organismen sentrale metabolismen. I kontrast, regulerte gener er nødvendig bare av og til — men hvordan disse genene få slått «på» og «av»? Hva bestemte molekyler kontroll når de er uttrykt?
Det viser seg at regulering av slike gener som er forskjellig mellom prokaryotes og eukaryotes., For prokaryotes, mest regulatoriske proteiner er negativ, og derfor skru gener av. Her celler stole på protein–små molekyl bindende, der en ligand eller små molekyl signaler staten av cellen og om genuttrykk er nødvendig. Den repressor eller aktivator protein som binder seg i nærheten av sin pålagte mål: genet. Noen regulatoriske proteiner må ha en ligand som er knyttet til dem å være i stand til å binde seg, mens andre ikke er i stand til å binde når det er festet til en ligand. I prokaryotes, mest regulatoriske proteiner er begrenset til et bestemt gen, selv om det er noen proteiner som virker mer allment., For eksempel, noen repressors binde nær starten av mRNA-produksjon for en hel operon, eller klynge av coregulated gener. Videre, noen repressors ha en fin-tuning system kjent som demping, som bruker mRNA struktur for stoppe både transkripsjon og oversettelse avhengig av konsentrasjonen av en operon ‘ s end-produkt enzymer. (I eukaryotes, det er ingen eksakt tilsvarer demping, fordi transkripsjon oppstår i kjernen og oversettelse oppstår i cytoplasma, noe som gjør denne typen koordinert effekt umulig.,) Enda et lag av prokaryotic regulering påvirker strukturen av RNA polymerase, som slår på store grupper av gener. Her, sigma faktor av RNA polymerase endringer flere ganger for å produsere varme – og uttørking-resistente sporer. Her er artikler på prokaryotic regulering fordype deg i hvert av disse emnene, noe som fører til primær litteratur i mange tilfeller.
For eukaryotes, celle-celle forskjellene er bestemt av uttrykk av ulike sett av gener., For eksempel, en udifferensierte befruktede egg ser ut og fungerer ganske forskjellig fra en hud celle, et nevron, eller en muskel cellen på grunn av forskjeller i gener hver celle gir uttrykk for. En kreftcelle fungerer forskjellig fra en normal celle til samme grunn: Det uttrykker forskjellige gener. (Ved bruk av microarray analyse, forskere kan bruke slike forskjeller for å bistå i diagnostisering og valg av riktige kreft.) Det er interessant, i eukaryotes, standard tilstand av genuttrykk er «off» i stedet for «på», som i prokaryotes. Hvorfor er det slik?, Hemmeligheten ligger i chromatin, eller kompleks av DNA og histone proteiner som finnes i cellenes kjerne. Den histones er blant de mest evolusjonært bevart proteiner kjent; de er avgjørende for trivsel eukaryotes og brook liten endring. Når en bestemt gen er tett bundet med histone, at genet er «off.»Men hvordan, deretter, eukaryote gener klarer å unnslippe denne lyddemping? Dette er hvor histone-koden kommer inn i bildet., Denne koden omfatter endringer av histones’ positivt ladet aminosyrer for å lage noen områder der DNA er mer åpen og andre, som det er svært tett bundet opp. DNA-metylering er en mekanisme som ser ut til å være koordinert med histone endringer, spesielt de som fører til lyddemping av genuttrykk. Små noncoding RNAs som RNAi kan også være involvert i den regulatoriske prosesser som danner «stille» chromatin., På den annen side, når det haler av histone molekyler er acetylated på bestemte steder, for disse molekylene har mindre interaksjon med DNA, og dermed lot det mer åpent. Regulering av åpningen av slike domener er et hett tema i forskning. For eksempel, forskere vet nå at komplekser av proteiner som kalles chromatin ombygging komplekser bruke ATP å pakke DNA i mer åpne konfigurasjoner. Forskere har også funnet ut at det er mulig for cellene å opprettholde samme histone kode og DNA-metylering mønstre gjennom mange celle divisjoner., Dette utholdenhet uten å være avhengig av base sammenkobling kalles epigenetics, og det er rikelig med bevis for at epigenetisk endringer føre til mange sykdommer.
For transkripsjon til å skje, og området rundt en prospektiv transkripsjon sone behov for å være vikles. Dette er en kompleks prosess som krever koordinering av histone modifikasjoner, transkripsjonsfaktor bindende og andre chromatin ombygging aktiviteter. Når DNA er åpne, bestemte DNA-sekvenser er deretter tilgjengelig for spesifikke proteiner til å binde., Mange av disse proteinene er utløsere, mens andre er repressors; i eukaryotes, alle slike proteiner er ofte kalles transkripsjon faktorer (TFs). Hver TF har en bestemt DNA-bindende domene som gjenkjenner en 6-10 base-par motiv i DNA, samt en effector domene. I reagensglasset, forskere kan finne et fotavtrykk av en TF om at proteinet binder seg til sine matchende motiv i et stykke av DNA. De kan også se om TF bindende bremser overføring av DNA på gel elektroforese.,
For å aktivere TF, den effector domene rekrutter RNA polymerase II, den eukaryote mRNA-produserende polymerase, for å starte transkripsjon av det tilsvarende genet. Noen aktivere TFs selv slå på flere gener på en gang. Alle TFs bind i arrangører like oppstrøms av eukaryote gener, lik bakteriell regulatoriske proteiner. Men, de binder også på områder som kalles enhancers, som kan være orientert fremover eller bakover og ligger oppstrøms eller nedstrøms, eller selv i introns av et gen, og fortsatt aktivere genuttrykk., Fordi mange gener er coregulated, studere genuttrykk over hele genom via microarrays eller massivt parallelle sekvenser gjør at undersøkere til å se hvilke grupper av gener som er coregulated under differensiering, kreft og andre stater og prosesser.
de Fleste eukaryotes også gjøre bruk av små noncoding RNAs å regulere genuttrykk. For eksempel, enzymet Dicer finner dobbel-strandet regioner av RNA og kutt ut kort stykker som kan tjene i en regulerende rolle. Argonaute er et annet enzym som er viktig i reguleringen av små noncoding RNA–avhengig systemer., Her er vi offfer en innledende artikkel om disse RNAs, men mer innhold som er nødvendig, vennligst kontakt redaktørene hvis du er interessert i å bidra.
Preging er ennå en annen prosess som er involvert i eukaryote gener regulering; denne prosessen innebærer stanse av en av de to alleler av et gen for en celle i hele levetiden. Preging påvirker et mindretall av gener, men flere viktige vekst regulatorer er inkludert. For noen gener, mors kopi er alltid brakt til taushet, mens for ulike gener, den faderlige kopi er alltid brakt til taushet., Den epigenetisk merker plassert på disse genene i løpet av egg eller sperm dannelse er trofast kopiert inn i hver eneste celle, og dermed vil påvirke disse genene i hele levetiden av organismen.
enda en mekanisme som gjør at enkelte gener for å bli brakt til taushet for en organisme er hele levetiden er X inaktivering. I kvinnelige pattedyr, for eksempel, en av de to kopier av X-kromosomet er stengt og komprimeres i stor grad., Dette utkobling prosessen krever transkripsjon, deltakelse av to noncoding RNAs (hvorav ett strøk den inaktive X-kromosom), og deltakelse i et DNA-bindende protein som kalles CTCF. Som den mulige rollen som regulerende noncoding RNAs i denne prosessen er undersøkt, mer informasjon om X inaktivering vil uten tvil bli oppdaget.