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Genexpression ist der Prozess, bestimmtes auszudrücken Gene in dem Phänotyp. Wenn ein Gen aus dem DNA wird umgewandelt in RNA und wird dann in a . übersetzt Aminosäuresequenz von denen a Protein auftritt, wird ein Gen exprimiert. Gene kodieren nicht nur für Proteine, sondern auch für andere Makromoleküle wie Transfer-RNA oder ribosomale RNA. Unterschiede in der Genexpression sind das, was a Zelle eigenen Charakter oder Funktion. Die Regulierung der Genexpression ermöglicht es Zellen, verschiedene Proteine zu produzieren, wenn die Zelle sie benötigt.
Genexpression kommt in allen bekannten Lebensformen vor. Beide Prokaryoten (Bakterien und Archaeen) wenn Eukaryoten ihre Genexpression anpassen, wenn sich Umweltfaktoren ändern. Genexpression ist auch wichtig in Zelldifferenzierung. Bei der Entwicklung mehrzelliger Eukaryoten aus a Zygote Für ein erwachsenes Individuum müssen die richtigen Gene zur richtigen Zeit und am richtigen Ort exprimiert werden. Der Phänotyp wird durch die Synthese von Proteinen, aus denen der Organismus aufgebaut ist, und durch die Synthese von Enzyme die bestimmte Aspekte des Stoffwechsels katalysieren. In allen Organismen wird die Genexpression durch sogenannte Regulatorgene. In Prokaryoten aktivieren Regulatorgene ein Repressorgen, das Unterdrücker macht. In Eukaryoten kodieren Regulatorgene bestimmte Transkriptionsfaktoren die die Genexpression regulieren.
Verordnung
Genregulation bei Prokaryoten
In Prokaryoten enthalten Strukturgene die Informationen für die Proteinsynthese im Ribosomen. Entlang von Strukturgenen, Transkription mRNA, tRNA und rRNA zu bilden. Unter dem Einfluss dieser RNA-Moleküle werden in den Ribosomen Proteine synthetisiert. In vielen Prokaryoten kodieren bestimmte Strukturgene Enzyme. Ein Beispiel ist ein Enzym, das an der Verdauung und Absorption von . beteiligt ist Laktose. Wenn diese nicht vorhanden ist, findet keine Transkription dieser Gene statt. Denn es gibt ein Unterdrücker gebunden an die Operator die vor den Strukturgenen in der DNA liegt. RNA-Polymerase das hängt mit dem zusammen Promoter wird dadurch blockiert und kann die Strukturgene nicht lesen. Ein Regulatorgen kodiert das Repressormolekül. Neben dem Operator können auch Repressormoleküle mit dem Induktor, in diesem Fall Laktose. Wenn Laktose vorhanden ist, bindet sie an den Repressor. Dadurch löst sich der Repressor von der DNA und setzt den Operator frei. Die RNA-Polymerase kann nun den Operator passieren, um die Strukturgene abzulesen. Ermöglicht Ribosomen, gewünschte Enzyme zu synthetisieren.
Strukturgene werden aufgrund der Anwesenheit von Laktose exprimiert. Da der Induktor oft das Substrat der Enzyme ist, die unter dem Einfluss der Strukturgene synthetisiert werden, erfolgt die Regulation der Genexpression automatisch.
Genregulation bei Eukaryoten
In Eukaryoten kodieren Regulatorgene Transkriptionsfaktoren. RNA-Polymerase funktioniert nur, wenn bestimmte Transkriptionsfaktoren an den Promotor gebunden sind. Das Platz von a Stammzelle im Embryo bestimmt, welches regulatorische Gen eingeschaltet ist und dadurch welcher Transkriptionsfaktor gebildet wird. Wenn es an eine bestimmte Sequenz in der DNA der Stammzelle bindet, wird ein bestimmter Satz von Genen exprimiert. So entstehen durch eine Verkettung von Genregulation und Genexpression verschiedene spezialisierte Zellen, Gewebe und Organe.
Genexpressionskontrolle
Transkriptionskontrolle
Der Grad der Transkription kann auf verschiedene Weise beeinflusst werden. Negative Regulierung ist z. B. durch Bindung möglich Unterdrücker oder Schalldämpfer zur DNA, epigenetisch Veränderungen an der DNA oder Histon-Modifikationen. Positivkontrolle ist möglich mit Verstärker, Aktivatoren und Co-Aktivatoren. Auch die Expression einiger Gene in Prokaryoten durch vorzeitigen Abbau der Transkription gehemmt.
RNA-Verarbeitungskontrolle
Während der RNA-Verarbeitung die Prä-mRNA wird in mRNA umgewandelt. Biene Eukaryoten kann passieren Spleißen mehrere mRNAs (und damit Proteine) werden aus einem Gen hergestellt. Das Spleißen kann sowohl durch Spleißen von Repressoren wenn Spleißverstärker beeinflusst werden. Nicht funktionelle mRNAs regulieren die Genexpression negativ. Auch der fehlende Bau von a Poly-A-Schwanz oder 5'-Cap-Struktur die (Prä-)mRNA wird schnell abgebaut.
RNA-Transportkontrolle
Um ihre Funktion letztendlich erfüllen zu können, muss eine (m)RNA fast immer Kern durch eine Kernpore verlassen. Die RNAs können jedoch nur dann die Kernpore passieren, wenn sie bestimmte Proteine gebunden haben. Das Fehlen dieser Proteine oder das Fehlen einer Bindungsfähigkeit verhindert, dass die RNA den Zellkern verlässt.
Übersetzungsprüfung
Bei der Übersetzung die mRNA-Sequenz wird in eine Aminosäuresequenz übersetzt durch Ribosom. Die Übersetzung ist am effizientesten, wenn die Glanz-Dalgarno- (in Prokaryoten) oder Kozak-Sequenz (bei Eukaryoten) in der RNA mit der idealen Sequenz identisch sind. Weichen diese Sequenzen vom Ideal ab, ist die Affinität nimmt ebenfalls ab, was zu einer geringeren Proteinsynthese führt. Die Translation kann auch durch das Startcodon (AUG) für das Ribosom unzugänglich, unter anderem durch Bedeckung mit einem RNA-bindenden Protein oder einem kleinen RNA-Fragment.
Verweise
- Alberts B et al., Molekularbiologie der Zelle Fünfte Ausgabe, 2008 ISBN 978-0-8153-4105-5