Główna zawartość
Kurs: Biologia - program rozszerzony > Rozdział 6
Lekcja 5: Regulacja ekspresji genów i specjalizacja komórki- DNA and chromatin regulation
- Regulation of transcription
- Różnicowanie komórek (dyferencjacja)
- Non-coding RNA (ncRNA)
- Operony i regulacja genów u bakterii
- Przegląd: Regulacja ekspresji genów u bakterii
- Operon laktozowy (lac)
- Operon laktozowy
- Przegląd: Regulacja ekspresji genów eukariotycznych
- Czynniki transkrypcyjne
- Regulacja ekspresji genów i specjalizacja komórki
© 2024 Khan AcademyWarunki użytkowaniapolitykę prywatnościInformacja o plikach cookie
Przegląd: Regulacja ekspresji genów u bakterii
Przegląd operonów, sekwencji regulatorowych DNA, genów regulatorowych. Białka represorowe i aktywatory. Tłumaczenie na język polski: fundacja Edukacja dla Przyszłości, przy wsparciu Fundacji HASCO-LEK.
Kluczowe punkty:
- U bakterii geny są zwykle zorganizowane w grupy genów zwane operonami. Geny w operonach są transkrybowane jako grupa i mają jeden promotor.
- W skład operonu wchodzą regulatorowe sekwencje DNA, które działają jako miejsca przyłączania białek regulatorowych, promujących lub hamujących transkrypcję.
- Białka regulatorowe często przyłączają się do małych cząsteczek, które sprawiają, że białka stają się aktywne lub nieaktywne poprzez zmianę ich zdolności łączenia się z DNA.
- Niektóre operony są indukowalne, co oznacza, że są uruchamiane w obecności pewnej konkretnej niewielkiej cząsteczki. Inne są reprymowalne, co oznacza, że regułą jest, że są włączone, ale mogą zostać wyłączone przez małą cząsteczkę.
Wprowadzenie
Mamy tendencję do myślenia o bakteriach jako o czymś prostym, nieskomplikowanym. Ale nawet najprostsza bakteria ma złożone zadania, jeśli chodzi o regulację ekspresji genów! Bakterie w Twoich jelitach lub pomiędzy Twoimi zębami mają genom, który zawiera tysiące różnych genów. Większość z tych genów koduje białka, każde posiadające własną funkcję, takie jak uczestniczenie w odżywianiu, podtrzymanie struktury komórki i obronę przed wirusami.
Niektóre z tych białek są potrzebne stale, a inne potrzebne są tylko w pewnych okolicznościach. Zatem nie wszystkie geny ulegają ekspresji w komórce przez cały czas. Możesz myśleć o genomie jak o książce kucharskiej z wieloma różnymi przepisami. Komórka wykorzysta tylko te przepisy (geny ulegną ekspresji), które najbardziej odpowiadają jej obecnymi potrzebom.
Jak regulowana jest ekspresja genów?
Istnieją różne formy regulacji ekspresji genów, to znaczy mechanizmy kontroli, które decydują o tym, które geny ulegną ekspresji i na jakim poziomie. Jednakże regulacja ekspresji genów odbywa się w dużej mierze na poziomie transkrypcji.
W przypadku bakterii mamy do czynienia ze specyficznymi cząsteczkami regulatorowymi, które kontrolują, czy dany gen zostanie przepisany na mRNA. Cząsteczki te działają często poprzez przyłączenie się do DNA w pobliżu genu i wspomagają lub blokują enzym transkrypcyjny, polimerazę RNA. Przyjrzyjmy się bliżej temu, jak regulowane są geny u bakterii.
Geny bakteryjne często występują w operonach
U bakterii, powiązane geny często występują na chromosomie w grupach i są przepisywane za pomocą jednego promotora (punktu przyłączenia polimerazy RNA) jako jedna jednostka. Taka grupa genów pod kontrolą jednego promotora jest znana pod nazwą operon. Operony są powszechne u bakterii, a rzadkie u eukariotów, w tym u ludzi.
Ogólnie rzecz biorąc operon zawiera geny, które są aktywne tym samym procesie. Na przykład, dobrze zbadany operon laktozowy operon lac obejmuje geny, które kodują białka zaangażowane w wychwyt i metabolizm konkretnego cukru - laktozy. Operony pozwalają komórce efektywnie wyrażać geny, których produkty są potrzebne w tym samym czasie.
Anatomia operonu
W skład operonu, oprócz sekwencji kodujących białka, wchodzą także sekwencje regulatorowe DNA, które kontrolują transkrypcję operonu. Zwykle te sekwencje są miejscami przyłączania białek regulatorowych, które kontrolują to, jak operon jest przepisywany. Promotor, czyli miejsce, gdzie przyłącza się polimeraza RNA, jest jednym z przykładów regulatorowej sekwencji DNA.
Większość operonów ma inne sekwencje regulatorowe oprócz promotora. Tymi sekwencjami są miejsca na DNA, gdzie przyłączają się białka regulatorowe, które aktywują lub hamują ekspresję genu.
- Niektóre białka regulatorowe są represorami. Łączą się one z fragmentami DNA nazywanymi operatorami. Kiedy białko łączy się ze swoim operatorem, represor wycisza transkrypcję (np. poprzez zahamowanie poruszania się polimerazy RNA wzdłuż DNA).
- Niektóre białka regulatorowe są aktywatorami. Kiedy aktywator łączy się ze swoim miejscem na DNA, aktywuje transkrypcję operonu (np. poprzez pomoc polimerazie RNA w przyłączeniu się do promotora).
Skąd biorą się białka regulatorowe? Jak każde inne białko, są wytwarzane w organizmie, są kodowane przez geny w genomie bakteryjnym. Geny, które kodują białka regulatorowe są często nazywane genami regulatorowymi.
Wiele białek regulatorowych może sama się "włączyć" lub "wyłączyć" dzięki małym cząsteczkom. Małe cząsteczki łączą się z białkami, zmieniając ich kształt i zmieniając ich zdolność do łączenia się z DNA. Na przykład, aktywator może tylko być aktywny (zdolny, aby przyłączyć się do DNA), kiedy jest połączony z konkretną, małą cząsteczką.
Operony dzielimy na indukowalne i reprymowalne
Niektóre operony są zwykle "wyłączone", ale mogą zostać "włączone" przez małe cząsteczki. Ta cząsteczka jest nazywana induktorem i taki operon nazywany wtedy indukowalnym.
- Na przykład operon lac jest peronem indukowalnym, który koduje enzym metabolizujący laktozę (cukier). Jest włączany tylko, gdy laktoza jest obecna (a inne bardziej preferowane cukry są nieobecne). W tym przypadku induktorem jest allolaktoza, zmieniona forma laktozy.
Inne operony są zwykle "włączone", ale mogą zostać "wyłączone" przez małe cząsteczki. Ta cząsteczka jest nazywana korepresorem i taki operon nazywany wtedy reprymowalnym.
- Na przykład, trp operon jest operonem reprymowalnym, który koduje enzym biorący udział w syntezie tryptofanu (aminokwas). Ten operon ulega ciągłej ekspresji, ale może ona zostać zahamowana, kiedy jest obecne wysokie stężenie tryptofanu. Korepresorem w tym przypadku jest tryptofan.
Te przykłady ilustrują ważną kwestię: regulacja ekspresji genów pozwala bakteriom odpowiadać na zmieniające się warunki środowiska poprzez zmianę ekspresji genów (i w ten sposób zmianę zestawu białek obecnych w komórce).
Niektóre geny i operony ciągle ulegają ekspresji
Wiele genów pełni szczególną rolę i ulega ekspresji tylko w pewnych warunkach, jak opisano powyżej. Jednakże, istnieją też takie geny, których produkty są stale potrzebne komórce do utrzymywania niezbędnych funkcji życiowych. Geny metabolizmu podstawowego ulegają ciągłej ekspresji podczas normalnych warunków wzrostu ("ciągle aktywne"). Geny metabolizmu podstawowego mają promotory i inne sekwencje regulatorowe DNA, które zapewniają ciągłą ekspresję.
Chcesz dołączyć do dyskusji?
Na razie brak głosów w dyskusji