Məlumat

5.4: Transkripsiyanın tənzimlənməsi - Biologiya

5.4: Transkripsiyanın tənzimlənməsi - Biologiya


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Yuxarıda təsvir olunan proseslər hər hansı bir gen transkripsiya edildikdə tələb olunur. Transkripsiyanı yandıran və ya söndürən molekulyar açarlar hansılardır? Bu bir mövzuda yazılmış bütün kitablar olsa da, transkripsiyanın tənzimlənməsinin əsas mexanizmi transkripsiyanı tənzimləyən zülallar və DNT-dəki tənzimləyici ardıcıllıqlar arasında yüksək spesifik qarşılıqlı təsirlərdən asılıdır.

Biz bilirik ki, promotorlar transkripsiyanın harada başladığını göstərir, lakin müəyyən bir genin transkripsiya ediləcəyini nə müəyyənləşdirir? Transkripsiyanın başlanması üçün tələb olunan promotor ardıcıllıqlarına əlavə olaraq, genlər genin transkripsiyasını idarə edən əlavə tənzimləyici ardıcıllıqlara (genlə eyni DNT molekulunda DNT ardıcıllığı) malikdirlər. Tənzimləyici ardıcıllıqlar sıx və xüsusi olaraq transkripsiya tənzimləyiciləri, DNT ardıcıllığını tanıyan və onlara bağlana bilən zülallarla bağlanır. Bu cür zülalların DNT-yə bağlanması, müəyyən promotordan transkripsiyanın qarşısını almaq və ya artırmaqla transkripsiyanı tənzimləyə bilər.

Prokaryotlarda tənzimləmə

Əvvəlcə prokaryotlardan bir nümunəyə baxaq. Bakteriyalarda genlər çox vaxt qruplar şəklində toplanır ki, eyni zamanda ifadə edilməli olan genlər bir-birinin yanında olur və hamısı eyni promotor tərəfindən vahid vahid kimi idarə olunur. Şəkil 5.4.2-də göstərilən lak operonu şəkər laktozasının qəbulu və parçalanması üçün lazım olan zülalları kodlayan genlər qrupundan biridir. Lac operon, lac z, lac y və lac a üç geni tək bir promotor tərəfindən idarə olunur.

Bakterial hüceyrələr ümumiyyətlə enerji ehtiyacları üçün qlükozadan istifadə etməyi üstün tuturlar, lakin qlükoza mövcud deyilsə və laktoza varsa, bakteriyalar laktozu götürüb enerji üçün onu parçalayacaqlar. Laktozanı qəbul etmək və parçalamaq üçün zülallar yalnız qlükoza olmadıqda və laktoza mövcud olduqda lazım olduğundan, bakteriya hüceyrələrinə lak operonun genlərini yalnız bu şərtlərdə ifadə etmək üçün bir yola ehtiyac var. Laktoza olmadıqda, hüceyrələrin bu genləri ifadə etməsinə ehtiyac yoxdur.

Bakteriyalar buna necə nail olurlar? Genlərin lak klasterinin transkripsiyası ilk növbədə lak promotorunun -10 ardıcıllığının aşağı axınında DNT bölgəsinə bağlanan repressor zülalı tərəfindən idarə olunur. Xatırladaq ki, promotor, transkripsiyaya başlamaq üçün RNT polimerazının bağlanmalı olduğu yerdir. Repressorun bağlandığı yer operator adlanır (şəkildə O ilə işarələnmişdir). Repressor bu mövqedə bağlandıqda, o, RNT polimerazının genləri köçürməsini fiziki olaraq bloklayır, necə ki, yolunuzu bağlayan bir avtomobil sizi çıxarmağınıza mane olur.

Aydındır ki, siz getmək istəyirsinizsə, yolunuzu kəsən avtomobili çıxarmaq lazımdır. Eyni şəkildə, transkripsiyanın baş verməsi üçün RNT polimeraza üçün yolu təmizləmək üçün repressor operatordan çıxarılmalıdır. Repressor necə çıxarılır?

Şəkər laktoza mövcud olduqda, o, repressorla birləşir, konformasiyasını dəyişdirir ki, daha operatora bağlanmır. Repressor operatora artıq bağlanmadıqda, RNT polimerazının qarşısındakı "yol bloku" çıxarılır və lak operonun genlərinin transkripsiyasına imkan verir.

Laktozanın bağlanması lak operonda genlərin ifadəsini induksiya etdiyi üçün laktoza induktor adlanır. (Texniki olaraq, induktor allolaktozadır, hüceyrə tərəfindən laktozadan hazırlanmış bir molekuldur, lakin prinsip eynidir.)

Bunu xüsusilə təsirli bir nəzarət sistemi edən şey, lak operonun genlərinin laktozu parçalayan zülalları kodlamasıdır. Bu genləri işə salmaq üçün laktoza mövcud olmalıdır. Laktoza parçalandıqdan sonra repressor yenidən operatora bağlanır və lak genləri artıq ifadə olunmur. Bu, genlərin yalnız lazım olduqda ifadə edilməsinə imkan verir.

Bəs qlükoza səviyyələri lak genlərinin ifadəsinə necə təsir edir? Daha əvvəl qeyd etmişdik ki, qlükoza mövcud olsaydı, laktoza istifadə olunmazdı. İkinci səviyyəli nəzarət, promotora bitişik sahəyə bağlanan və lak promotorunu bağlamaq üçün RNT polimerazanı işə götürən CAP adlı bir zülal tərəfindən həyata keçirilir. Qlükoza tükəndikdə, CAP ilə bağlanan cAMP səviyyələrində artım var. CAP cAMP kompleksi daha sonra Şəkil 5.4.3-də göstərildiyi kimi CAP sahəsini birləşdirir. Laktoza səviyyəsi yüksək olduqda, CAP bağlanması və operatordan ayrılan lak repressorun birləşməsi lak operonun ən çox ehtiyac duyulduğu zaman yüksək səviyyəli transkripsiyasını təmin edir. CAP zülalının bağlanması RNT polimeraza üçün yaşıl işıq kimi düşünülə bilər, repressorun çıxarılması isə onun qarşısındakı barrikadanın qaldırılmasına bənzəyir. Hər iki şərt yerinə yetirildikdə, RNT polimeraza aşağı axın genlərini transkripsiya edir.

Bayaq təsvir etdiyimiz lak operon yalnız qlükoza tükənməsi və laktoza mövcudluğu ilə bağlı xüsusi şərtlər altında ifadə olunan genlər toplusudur. Müəyyən bir şərt yerinə yetirilmədikdə, digər genlər ifadə edilə bilər. Buna misal olaraq bakteriya hüceyrələrində triptofanın amin turşusunun sintezi üçün lazım olan fermentləri kodlayan trp operonu göstərmək olar. Bu genlər, hüceyrənin ətrafından triptofanın mövcud olduğu hallar istisna olmaqla, hər zaman ifadə edilir. Bu o deməkdir ki, bu genlərin triptofanın iştirakı ilə ifadə olunmasının qarşısı alınmalıdır. Bu, operatora yalnız triptofanın iştirakı ilə bağlanacaq repressor zülalının olması ilə əldə edilir.

Eukariotlarda tənzimləmə

Eukariotlarda transkripsiya həmçinin zülalların xüsusi DNT ardıcıllığına bağlanması ilə tənzimlənir, lakin yuxarıda göstərilən sadə sxemlərdən bəzi fərqlərlə. Əksər eukaryotik genlər üçün ümumi transkripsiya faktorları və RNT polimeraza (yəni, bazal transkripsiya kompleksi) yüksək səviyyəli transkripsiya üçün zəruridir, lakin kifayət deyil.

Eukariotlarda yüksək səviyyəli transkripsiyaya nail olmaq üçün gücləndiricilər adlanan əlavə tənzimləyici ardıcıllıqlar və gücləndiricilərə bağlanan zülallar lazımdır. Gücləndiricilər genlərin transkripsiyasını tənzimləyən DNT ardıcıllığıdır. Prokaryotik tənzimləyici ardıcıllıqlardan fərqli olaraq, gücləndiricilərin nəzarət etdikləri genin yanında olması lazım deyil. Çox vaxt onlar DNT-dən çox kilobaza uzaqda olurlar. Adından da göründüyü kimi, gücləndiricilər müəyyən bir genin transkripsiyasını gücləndirə (artıra) bilər.

Transkripsiya olunan gendən uzaq olan DNT ardıcıllığı onun transkripsiya səviyyəsinə necə təsir edə bilər?

Gücləndiricilər, öz növbəsində, promotorda bağlanmış zülallarla qarşılıqlı əlaqədə ola bilən zülalları (transkripsiya aktivatorları) birləşdirərək işləyirlər. DNT-nin gücləndirici bölgəsi, onunla əlaqəli transkripsiya aktivatoru(lar)ı DNT-nin döngəsi ilə uzaq TATA qutusuna bağlanmış bazal transkripsiya kompleksi ilə təmasda ola bilər (əvvəlki səhifə). Bu, gücləndiricidə bağlanmış zülalın bazal transkripsiya kompleksindəki zülallarla əlaqə yaratmasına imkan verir.

Gücləndirici ilə əlaqəli transkripsiya aktivatorunun uzaq promotordan transkripsiyanı artırmasının bir yolu, promotorda bazal transkripsiya kompleksinin əmələ gəlməsinin tezliyini və səmərəliliyini artırmaqdır.

Gücləndirici ilə bağlanmış zülalların transkripsiyaya təsir göstərə biləcəyi başqa bir mexanizm promotora həmin bölgədəki xromatinin strukturunu dəyişdirə bilən digər zülalları cəlb etməkdir. Daha əvvəl qeyd etdiyimiz kimi, eukariotlarda DNT xromatin əmələ gətirmək üçün zülallarla qablaşdırılır. DNT bu zülallarla sıx əlaqəli olduqda, transkripsiyaya daxil olmaq çətindir. Beləliklə, DNT-ni transkripsiya mexanizmi üçün daha əlçatan edə bilən zülallar da transkripsiyanın nə dərəcədə baş verməsində rol oynaya bilər.

Gücləndiricilərə əlavə olaraq, səsboğucu adlanan mənfi tənzimləyici ardıcıllıqlar da var. Belə tənzimləyici ardıcıllıqlar transkripsiya repressor zülallarına bağlanır. Transkripsiya aktivatorları və repressorları modul zülallardır - onların DNT-ni bağlayan hissəsi və bazal transkripsiya kompleksi ilə qarşılıqlı əlaqədə olmaqla transkripsiyanı aktivləşdirən və ya repressiya edən hissəsi var.


Transkripsiya faktorlarının və mikroRNT-lərin kombinator tənzimlənməsi

Gen tənzimlənməsi molekulyar biologiya haqqında tam anlayış əldə etmək üçün əsas amildir. Cis-çox sayda transkripsiya faktorunun bağlanma yerlərindən ibarət tənzimləyici modullar (CRM) gen ifadəsində əsas tənzimləyicilər kimi təsdiq edilmişdir. Son illərdə mikroRNT (miRNA) kimi tanınan yeni tənzimləyicinin genlərin tənzimlənməsində mühüm rol oynadığı aşkar edilmişdir. Bu arada, transkripsiya faktoru və mikroRNT birgə tənzimlənməsi geniş şəkildə müəyyən edilmişdir. Beləliklə, CRM-lər və mikroRNA-lar arasındakı əlaqələr bioloqlar arasında maraq doğurdu.

Nəticələr

Biz CRM və miRNA-lara əsaslanan yeni kombinator tənzimləyici modullar qurduq. Onların gen ifadə profillərinə təsirini təhlil edərək, həm CRM-lər, həm də miRNA-lar tərəfindən hədəflənən genlərin əhəmiyyətli dərəcədə oxşar şəkildə ifadə etdiyini gördük. Bundan əlavə, biz CRM-lərdən, miRNA-lardan və onların hədəf genlərindən ibarət tənzimləyici şəbəkə qurduq. Onun strukturunu araşdıraraq, irəli ötürülmə dövrəsinin gen tənzimlənməsində mühüm rol oynayan əhəmiyyətli bir şəbəkə motivi olduğunu gördük. Bundan əlavə, biz miRNA-ların embrion hüceyrələrə təsirini daha da təhlil etdik və müəyyən etdik ki, mir-154, eləcə də bəzi digər miRNA-lar embrion inkişafında CRM-lərlə əhəmiyyətli birgə tənzimləmə təsirinə malikdir.

Nəticələr

CRM və miRNA-ların birgə tənzimlənməsinə əsaslanaraq, biz xüsusilə embrion inkişaf zamanı genlərin tənzimlənməsində mühüm rol oynadığı aşkar edilmiş yeni kombinator tənzimləyici şəbəkə qurduq.


5.4 RNT DNT Şablonundan Transkripsiya edilmişdir

RNT molekulları proses vasitəsilə bir DNT şablonundan əmələ gəlir transkripsiya. Yəni, DNT spiralının zəncirlərindən birindən RNT-nin tək zəncirinin transkripsiya edilir. Məhz, DNT molekulu transkripsiya ediləcək genin yerində açılır. RNT polimeraza RNT molekulunun əmələ gəlməsini kataliz edir (və ya transkript) DNT ilə komplementarlığa əsaslanaraq: DNT-də guanin (G) olduğu yerdə RNT zəncirinə tamamlayıcı sitozin (C) əlavə olunur. Lakin DNT şablonunda adenin (A) olduğu yerdə RNT transkriptinə urasil (U) əlavə edilir. Məsələn, TGCACA DNT əsasları ACGUGU RNT əsaslarına transkripsiya edilir.

Transkripsiya edilmiş RNT daha sonra yuxarıda təsvir edilən rollarla mRNT, tRNT və ya rRNA kimi fəaliyyət göstərir. Hər iki halda, bitkilər, heyvanlar və göbələklər kimi eukariotlarda RNT molekulları hüceyrənin nüvəsində qurulur. Transkripsiyadan sonra RNT hüceyrənin sitoplazmasında zülal sintezini davam etdirmək üçün nüvəni tərk edir.

Bakteriya kimi prokaryotik orqanizmlərdə mRNT transkripti dərhal polipeptidin əmələ gəlməsindəki roluna hazırdır. Lakin eukariotlarda geniş emal tələb olunur. RNT emalı bəzi nukleotidlərin redaktə edilməsini, DNT-nin kodlaşdırılmayan bölgələrinin çıxarılmasını və transkriptin ribosom tərəfindən tanınması üçün hazırlanmasını əhatə edir.

Şəkil 5.4 Tək bir RNT zəncirinin DNT şablonundan transkripsiya edilir.


Histon modifikasiyası

İnsan genomu 23 insan xromosomunun hər birində yüzlərlə və minlərlə gen olan 20.000-dən çox geni kodlaşdırır. Əvvəlki bölmədə müzakirə edildiyi kimi, nüvədəki DNT dəqiq şəkildə sarılır, qatlanır və nüvəyə sığması üçün xromatinə sıxılır. O, həmçinin xüsusi hüceyrə növlərinin işləməsi üçün lazım olduqda xüsusi seqmentlərə daxil olmaq üçün təşkil edilmişdir.

Təşkilat və ya qablaşdırmanın birinci səviyyəsi DNT zəncirlərinin histon zülalları ətrafında dolanmasıdır. Histonlar DNT-ni nükleosom kompleksləri adlanan struktur vahidlərə yığır və sifariş edir, bu da zülalların DNT bölgələrinə daxil olmasını idarə edə bilir (Şəkil 5-2a). Elektron mikroskop altında DNT-nin histon zülalları ətrafında dolanması nukleosomlar yaratmaq üçün ipdəki kiçik muncuqlara bənzəyir (Şəkil 5-2b).

Şəkil 5-2: DNT-nin nukleosomları . DNT (a) nukleosom kompleksləri yaratmaq üçün histon zülallarının ətrafında qatlanır. Bu nukleosomlar zülalların əsas DNT-yə daxil olmasını idarə edir. Elektron mikroskopla (b) baxdıqda nukleosomlar ipdəki muncuqlara bənzəyir. ("mikroqraf" krediti: Chris Woodcock tərəfindən işin dəyişdirilməsi)

Bu histon zülalları molekulun müxtəlif hissələrini ifşa etmək üçün sim (DNT) boyunca hərəkət edə bilər. Müəyyən bir geni kodlayan DNT RNT-yə transkripsiya ediləcəksə, DNT-nin həmin bölgəsini əhatə edən nukleosomlar DNT-dən aşağı sürüşərək həmin xüsusi xromosom bölgəsini aça və transkripsiya faktorları və RNT polimeraz da daxil olmaqla transkripsiya mexanizminə imkan verə bilər. Nukleosom komplekslərinin hərəkəti, nukleosomları DNT boyunca itələmək üçün ATP hidrolizindən gələn enerjidən istifadə edən ATP-dən asılı olan xromatinin yenidən qurulması kompleksləri tərəfindən əldə edilir.

Şəkil 5-3: Nukleosomlar DNT boyunca sürüşə bilər . Nukleosomlar bir-birinə yaxın məsafədə olduqda (yuxarıda), transkripsiya faktorları bağlana bilmir və gen ifadəsi söndürülür. Nukleosomlar bir-birindən çox uzaqlaşdıqda (aşağıda), DNT ifşa olunur. Transkripsiya faktorları bağlana bilər, gen ifadəsinin baş verməsinə imkan verir. Histonların və DNT-nin modifikasiyası nukleosom məsafəsinə təsir göstərir.

Histon zülallarının DNT ilə nə qədər sıx əlaqədə olması həm histon zülallarında, həm də DNT-də olan kimyəvi siqnallarla tənzimlənir. Bu siqnallar histon zülallarına və ya DNT-yə əlavə edilən funksional qruplardır (aka tags) və xromosom bölgəsinin açıq (evromatik) və ya qapalı (heteroxromatik) olmasını müəyyən edir (Şəkil 5-3 histon zülallarına və DNT-yə dəyişiklikləri təsvir edir). Bu etiketlər qalıcı deyil, lakin lazım olduqda əlavə edilə və ya silinə bilər. Nuklein turşularına birbaşa əlavə edilən ən çox yayılmış kimyəvi qruplar metil qruplarıdır, histon zülallarına əlavə olunanlara isə fosfat, metil və ya asetil qrupları daxildir. Bu funksional qruplar zülalın N-terminusunda histon "tails" ilə xüsusi amin turşularına bağlanır və ən əsası DNT əsas ardıcıllığını dəyişmir, lakin onlar DNT-nin histon zülalları ətrafında nə qədər sıx sarılmış olduğunu dəyişdirirlər.

DNT mənfi yüklü bir molekuldur və dəyişdirilməmiş histonlar müsbət yüklüdür, buna görə də histonun yükündəki dəyişikliklər DNT molekulunun nə qədər sıx bağlanacağını dəyişəcəkdir. Məsələn, asetil qrupları kimi kimyəvi modifikasiyalar əlavə etməklə, histonun yükü daha az müsbət olur və DNT-nin histonlara bağlanması çox vaxt rahatlaşır. Bu, genin əlçatanlığını artırmağa imkan verir. Fosfat qrupları mənfi yüklüdür, buna görə də histon quyruqlarının fosforlaşması müsbət yüklü histon zülallarının DNT-yə bağlanmasını azaldır və bu da genin əlçatanlığına səbəb olur. Histon quyruqlarının metilləşməsinin, histon quyruqlarının hansı amin turşularının dəyişdirilməsindən və əlavə olunan metil qruplarının sayından asılı olaraq, gen transkripsiyasını həm sıxışdırır, həm də aktivləşdirir. Sadəlik üçün, gen susdurulması və ya heterokromatin ilə nəticələnən funksional qrup kimi metilasiyanı müzakirə edəcəyik. Metilasiyanın DNT-nin sarılmasının artmasına necə səbəb olduğuna dair bir fərziyyə metil qruplarının qeyri-polyar olması və qeyri-polyar molekulların bir-birinə birləşməsinə (və ya bağlanmasına) meylli olmasıdır. Buna görə də, histonların üzərində nə qədər çox metil qrupu varsa, histonların bir-birinə daha sıx bağlanma ehtimalı bir o qədər yüksəkdir.

Histon quyruğuna edilən bütün modifikasiyalar arasında ümumi cəhət ondan ibarətdir ki, ya modifikasiya DNT-nin histonlar ətrafında qıvrılmasını rahatlaşdırır və DNT-nin daha “açıq” olmasına və transkripsiya mexanizmi üçün əlçatan olmasına imkan verir, ya da modifikasiya DNT-nin qıvrılmasını sıxaraq, DNT-nin qıvrılmasına səbəb olur. daha “qapalı” və transkripsiya baxımından səssiz olur (Şəkil 5-3-ə baxın). Buna görə də, histon-DNT qarşılıqlı sıxlığının dəyişdirilməsi xromatinin bəzi bölgələrini transkripsiyaya açır və digərlərini bağlayır.


İçindəkilər

Zülal üçün kodlaşdıran DNT transkripsiya vahidi hər iki a kodlaşdırma ardıcıllığı, proteinə çevriləcək və tənzimləmə ardıcıllığı, həmin zülalın sintezini istiqamətləndirən və tənzimləyən. Kodlaşdırma ardıcıllığından əvvəlki ("yuxarı") tənzimləmə ardıcıllığı beş əsas tərcümə olunmamış bölgə (5'UTR) adlanır, kodlaşdırma ardıcıllığından sonrakı ("aşağı axını") ardıcıllığı üç əsas tərcümə olunmamış bölgə (3'UTR) adlanır. [3]

DNT replikasiyasından fərqli olaraq, transkripsiya bir DNT tamamlayıcısında timin (T) meydana gəldiyi bütün hallarda nukleotid urasil (U) ehtiva edən bir RNT komplementi ilə nəticələnir.

İki DNT zəncirindən yalnız biri transkripsiya üçün şablon kimi xidmət edir. DNT-nin antisens zolağı transkripsiya zamanı RNT polimeraza tərəfindən 3' ucundan 5' ucuna qədər oxunur (3' → 5'). Tamamlayıcı RNT əks istiqamətdə, 5' → 3' istiqamətində yaradılır, timin üçün urasil keçidi istisna olmaqla, hiss zəncirinin ardıcıllığına uyğun gəlir. Bu istiqamət ona görədir ki, RNT polimeraz yalnız artan mRNT zəncirinin 3' ucuna nukleotidlər əlavə edə bilir. Yalnız 3' → 5' DNT zəncirinin bu istifadəsi DNT replikasiyasında görünən Okazaki fraqmentlərinə ehtiyacı aradan qaldırır. [3] Bu həm də DNT replikasiyasında olduğu kimi RNT sintezini başlatmaq üçün RNT primerinə ehtiyacı aradan qaldırır.

The yox-DNT-nin şablon (hissi) zəncirinə kodlaşdırıcı zəncir deyilir, çünki onun ardıcıllığı yeni yaradılmış RNT transkripti ilə eynidir (timinin urasillə əvəzlənməsi istisna olmaqla). Bu, DNT ardıcıllığını təqdim edərkən konvensiya tərəfindən istifadə olunan ipdir. [5]

Transkripsiyanın bəzi düzəliş mexanizmləri var, lakin onlar DNT-nin surətini çıxarmaq üçün idarəetmə mexanizmlərindən daha az və daha az effektivdir. Nəticədə, transkripsiya DNT replikasiyasına nisbətən daha aşağı kopyalama sədaqətinə malikdir. [6]

Transkripsiyaya bölünür təşəbbüs, promotorun qaçması, uzanma,xitam. [7]

Transkripsiya Redaktəsinin qurulması

Məməli transkripsiyasında gücləndiricilər, transkripsiya faktorları, Mediator kompleksi və DNT ilmələri

Məməlilərdə transkripsiyanın qurulması genlərin transkripsiya başlanğıc yerlərinin yaxınlığında yerləşən əsas promotor və promotor-proksimal elementlər də daxil olmaqla bir çox cis-tənzimləyici elementlər tərəfindən tənzimlənir. Ümumi transkripsiya faktorları ilə birləşən əsas promotorlar birbaşa transkripsiyanın başlanması üçün kifayətdir, lakin ümumiyyətlə aşağı bazal aktivliyə malikdir. [8] Digər mühüm cis-tənzimləyici modullar transkripsiya başlanğıc yerlərindən uzaq olan DNT bölgələrində lokallaşdırılmışdır. Bunlara gücləndiricilər, səsboğucular, izolyatorlar və bağlama elementləri daxildir. [9] Elementlərin bu bürcləri arasında gücləndiricilər və onlarla əlaqəli transkripsiya faktorları gen transkripsiyasının başlanmasında aparıcı rola malikdir. [10] Genin promotorundan uzaqda yerləşən DNT bölgəsində lokallaşdırılmış gücləndirici gen transkripsiyasına çox böyük təsir göstərə bilər, bəzi genlər aktivləşdirilmiş gücləndirici sayəsində 100 dəfəyə qədər artan transkripsiyaya məruz qalır. [11]

Gücləndiricilər genomun əsas gen tənzimləyici elementləri olan bölgələridir. Gücləndiricilər hüceyrə tipinə xas gen transkripsiya proqramlarına nəzarət edirlər, çox vaxt hədəf genlərinin promotorları ilə fiziki yaxınlıqda olmaq üçün uzun məsafələri keçərək. [12] Yüz minlərlə gücləndirici DNT bölgəsi olsa da, [13] müəyyən bir toxuma növü üçün yalnız xüsusi gücləndiricilər onların tənzimlədiyi promotorlarla yaxınlaşdırılır. Beyin kortikal neyronları üzərində aparılan bir araşdırmada, hədəf promotorlarına gücləndiricilər gətirən 24,937 döngə tapıldı. [11] Çoxsaylı gücləndiricilər, hər biri tez-tez hədəf genlərindən uzaq olan on və ya yüz minlərlə nukleotidlər, hədəf gen promotorlarına çevrilir və ümumi hədəf genlərinin transkripsiyasını idarə etmək üçün bir-biri ilə əlaqələndirə bilirlər. [12]

Bu bölmədəki sxematik təsvir, hədəf genin promotoru ilə yaxın fiziki yaxınlığa gəlmək üçün ətrafa fırlanan gücləndiricini göstərir. Döngə birləşdirici zülalın dimeri (məsələn, CTCF və ya YY1 dimeri) ilə sabitləşir, dimerin bir üzvü gücləndiricidə öz bağlama motivinə, digər üzvü isə promotorda bağlanma motivinə lövbərlənir (təsdiqlənir). təsvirdə qırmızı ziqzaqlar). [14] Hüceyrə funksiyasının bir neçə spesifik transkripsiya faktoru (insan hüceyrəsində təxminən 1600 transkripsiya faktoru [15] var) ümumiyyətlə gücləndiricidə [16] xüsusi motivlərə və bu gücləndirici ilə əlaqəli transkripsiya faktorlarının kiçik birləşməsinə bağlanır. bir DNT döngəsi ilə promotora, hədəf genin transkripsiya səviyyəsini idarə edir. Mediator (adətən qarşılıqlı təsir göstərən strukturda təxminən 26 zülaldan ibarət kompleks) gücləndirici DNT ilə əlaqəli transkripsiya faktorlarından tənzimləyici siqnalları birbaşa promotorla əlaqəli RNT polimeraza II (pol II) fermentinə ötürür. [17]

Gücləndiricilər aktiv olduqda, ümumiyyətlə Şəkildə göstərildiyi kimi iki gücləndirici RNT (eRNA) istehsal edərək, iki fərqli istiqamətdə fəaliyyət göstərən RNT polimerazaları ilə DNT-nin hər iki zəncirindən transkripsiya edilir. [18] Aktiv olmayan gücləndirici qeyri-aktiv transkripsiya faktoru ilə bağlana bilər. Transkripsiya amilinin fosforilasiyası onu aktivləşdirə bilər və bu aktivləşdirilmiş transkripsiya faktoru daha sonra onun bağlı olduğu gücləndiricini aktivləşdirə bilər (şəkildə gücləndirici ilə bağlı transkripsiya amilinin fosforilləşməsini təmsil edən kiçik qırmızı ulduza baxın). [19] Aktivləşdirilmiş gücləndirici hədəf genindən mesajçı RNT transkripsiyasını aktivləşdirməzdən əvvəl RNT-nin transkripsiyasına başlayır. [20]

CpG adasının metilasiyası və demetilasiyası Edit

Promotorların təxminən 60% -ində transkripsiyanın tənzimlənməsi CpG dinukleotidləri daxilində sitozinlərin metilasiyası ilə də idarə olunur (burada 5' sitozin 3' guanin və ya CpG sahələri ilə izlənilir). 5-metilsitozin (5-mC) sitozinin DNT əsasının metilləşdirilmiş formasıdır (şəklə bax). 5-mC əsasən CpG yerlərində tapılan epigenetik markerdir. İnsan genomunda təxminən 28 milyon CpG dinukleotidi var. [21] Məməlilərin əksər toxumalarında orta hesabla CpG sitozinlərinin 70%-80%-i metilləşir (5-metilCpG və ya 5-mCpG əmələ gətirir). [22] 5'sitozin-guanin 3' ardıcıllığında metilləşdirilmiş sitozinlər tez-tez CpG adaları adlanan qruplarda baş verir. Promotor ardıcıllıqlarının təxminən 60%-də CpG adası var, gücləndirici ardıcıllıqların yalnız 6%-də isə CpG adası var. [23] CpG adaları tənzimləyici ardıcıllıqları təşkil edir, çünki CpG adaları bir genin promotorunda metilləşirsə, bu, gen transkripsiyasını azalda və ya susdura bilər. [24]

DNT metilasiyası MeCP2, MBD1 və MBD2 kimi metil bağlayan domen (MBD) zülalları ilə qarşılıqlı əlaqə vasitəsilə gen transkripsiyasını tənzimləyir. Bu MBD zülalları yüksək dərəcədə metilləşdirilmiş CpG adalarına ən güclü şəkildə bağlanır. [25] Bu MBD zülalları həm metil-CpG bağlayan domenə, həm də transkripsiya repressiya sahəsinə malikdir. [25] Onlar metilləşdirilmiş DNT-yə bağlanır və xromatinin yenidən qurulması və/yaxud histon dəyişdirici fəaliyyəti ilə metilləşdirilmiş CpG adalarına istiqamətləndirici və ya birbaşa zülal komplekslərini bağlayırlar. MBD zülalları ümumiyyətlə yerli xromatini sıxışdırır, məsələn, repressiv histon işarələrinin daxil edilməsini kataliz edərək və ya nukleosomların yenidən qurulması və xromatinin yenidən təşkili yolu ilə ümumi repressiv xromatin mühiti yaratmaqla. [25]

Əvvəlki bölmədə qeyd edildiyi kimi, transkripsiya faktorları bir genin ifadəsini tənzimləmək üçün xüsusi DNT ardıcıllığına bağlanan zülallardır. DNT-də bir transkripsiya faktorunun bağlanma ardıcıllığı adətən təxminən 10 və ya 11 nukleotid uzunluğundadır. 2009-cu ildə ümumiləşdirildiyi kimi, Vaquerizas et al. insan genomunda bütün insan zülalını kodlayan genlərin təxminən 6%-ni təşkil edən genlər tərəfindən kodlanmış təxminən 1400 müxtəlif transkripsiya faktorunun olduğunu göstərir. [26] Siqnallara cavab verən genlərlə əlaqəli olan transkripsiya faktorunu bağlayan yerlərin (TFBS) təxminən 94%-i gücləndiricilərdə, belə TFBS-lərin isə yalnız 6%-i promotorlarda baş verir. [16]

EGR1 proteini CpG adalarının metilasyonunun tənzimlənməsi üçün vacib olan xüsusi bir transkripsiya faktorudur. EGR1 transkripsiya faktorunun bağlanma yeri tez-tez gücləndirici və ya promotor ardıcıllığında yerləşir. [27] Məməlilərin genomunda EGR1 üçün təqribən 12.000 bağlanma yeri var və EGR1 bağlanma yerlərinin təxminən yarısı promotorlarda, yarısı isə gücləndiricilərdə yerləşir. [27] EGR1-in hədəf DNT bağlama yerinə bağlanması DNT-də sitozin metilasiyasına həssas deyil. [27]

Yalnız kiçik miqdarda EGR1 transkripsiya faktoru zülalı stimullaşdırılmamış hüceyrələrdə aşkar edilsə də, EGR1 stimullaşdırmadan bir saat sonra gen zülala çevrilir. [28] Müxtəlif növ hüceyrələrdə EGR1 transkripsiya faktoru zülallarının ifadəsi böyümə faktorları, neyrotransmitterlər, hormonlar, stress və zədə ilə stimullaşdırıla bilər. [28] Beyində, neyronlar aktivləşdirildikdə, EGR1 zülalları yüksək səviyyədə tənzimlənir və onlar neyronlarda yüksək şəkildə ifadə olunan əvvəlcədən mövcud olan TET1 fermentlərinə bağlanır (işə götürür). TET fermentləri 5-metilsitozinin demetilizasiyasını kataliz edə bilər. EGR1 transkripsiya faktorları TET1 fermentlərini promotorlarda EGR1 bağlama yerlərinə gətirdikdə, TET fermentləri həmin promotorlarda metilləşdirilmiş CpG adalarını demetilləşdirə bilər. Demetilasyondan sonra bu promotorlar daha sonra hədəf genlərinin transkripsiyasına başlaya bilərlər. Neyronlarda yüzlərlə gen, onların promotorlarında metilləşdirilmiş tənzimləyici ardıcıllığa TET1-in EGR1 cəlb edilməsi yolu ilə neyronların aktivləşdirilməsindən sonra diferensial şəkildə ifadə edilir. [27]

Promotorların metilasiyası da siqnallara cavab olaraq dəyişdirilir. Üç məməli DNT metiltransferazası (DNMT1, DNMT3A və DNMT3B) DNT-də sitozinlərə metil qruplarının əlavə edilməsini kataliz edir. DNMT1 "xidmət" metiltransferazı olsa da, DNMT3A və DNMT3B yeni metilasiyaları həyata keçirə bilər. Bundan əlavə, iki splice protein izoforması da vardır DNMT3A gen: DNT metiltransferaza zülalları DNMT3A1 və DNMT3A2. [29]

Birləşmə izoformu DNMT3A2 klassik dərhal-erkən genin məhsulu kimi davranır və məsələn, neyronların aktivləşdirilməsindən sonra möhkəm və keçici şəkildə istehsal olunur. [30] DNT metiltransferaza izoformu DNMT3A2-nin sitozinlərə metil qruplarını bağladığı və əlavə etdiyi yer histondan sonrakı transtranslyasiya dəyişiklikləri ilə müəyyən edilir. [31] [32] [33]

Digər tərəfdən, sinir aktivləşdirilməsi DNMT3A1-in deqradasiyasına səbəb olur və ən azı bir qiymətləndirilmiş hədəf promotorun azaldılmış metilasiyası ilə müşayiət olunur. [34]

Başlama Redaktəsi

Transkripsiya bir və ya bir neçə ümumi transkripsiya faktoru ilə birlikdə RNT polimerazının "qapalı kompleks" yaratmaq üçün "promotor" kimi istinad edilən xüsusi DNT ardıcıllığına bağlanması ilə başlayır. "Qapalı kompleksdə" promotor DNT hələ də tam ikiqat zəncirlidir. [7]

Bir və ya daha çox ümumi transkripsiya faktorunun köməyi ilə RNT polimeraza, daha sonra RNT polimeraza-promotor "açıq kompleks" yaratmaq üçün təxminən 14 əsas cüt DNT-ni açır. "Açıq kompleks"də promotor DNT qismən açılmış və tək zəncirlidir. Açıqlanmış, tək zəncirli DNT-yə “transkripsiya qabarcığı” deyilir. [7]

RNT polimeraza, bir və ya bir neçə ümumi transkripsiya faktorunun köməyi ilə, sonra a seçir transkripsiya başlanğıc saytı transkripsiya qabarcığında başlanğıc NTP və transkripsiyanın başlanğıc yeri ardıcıllığını tamamlayan uzanan NTP (və ya qısa RNT primeri və uzanan NTP) ilə birləşir və ilkin RNT məhsulunu əldə etmək üçün bağ əmələ gəlməsini katalizləyir. [7]

Bakteriyalarda RNT polimeraza holoenzimi beş alt bölmədən ibarətdir: 2 α alt bölməsi, 1 β alt bölməsi, 1 β' alt bölməsi və 1 ω alt bölməsi. Bakteriyalarda siqma faktoru kimi tanınan bir ümumi RNT transkripsiya faktoru var. RNT polimeraza əsas fermenti RNT polimeraza holoenzimini yaratmaq üçün bakterial ümumi transkripsiya (sigma) amilinə bağlanır və sonra bir promotorla birləşir. [7] (RNT polimeraza 2 α alt bölməsindən, 1 β alt bölmədən, yalnız 1 β' alt bölmədən ibarət olan əsas fermentə siqma alt bölməsi bağlandıqda holoenzim adlanır). Eukariotlardan fərqli olaraq, yeni yaranan bakteriya mRNT-nin başlanğıc nukleotidi dəyişdirilmiş guanin nukleotidi ilə örtülmür. Bakterial transkriptlərin başlanğıc nükleotidi 5′ trifosfat (5′-PPP) daşıyır ki, bu da transkripsiyanın başlama yerlərinin genom miqyasında xəritələşdirilməsi üçün istifadə edilə bilər. [35]

Arxeya və eukaryotlarda RNT polimeraza bakteriyadakı beş RNT polimeraza alt bölməsinin hər birinə homoloji olan subunitləri ehtiva edir və həmçinin əlavə subunitləri ehtiva edir. Arxeya və eukaryotlarda bakterial ümumi transkripsiya amili siqmanın funksiyaları birlikdə işləyən çoxsaylı ümumi transkripsiya faktorları tərəfindən yerinə yetirilir. [7] Arxeyada üç ümumi transkripsiya faktoru var: TBP, TFB və TFE. Eukariotlarda, RNT polimeraza II-dən asılı transkripsiyada altı ümumi transkripsiya faktoru var: TFIIA, TFIIB (arxeal TFB-nin ortoloqu), TFIID (əsas alt bölmənin, TBP-nin archaeal TBP-nin ortoloqu olduğu çoxalt amil), TFIIE (arxeal TFE-nin ortoloqu), TFIIF və TFIIH. TFIID, TBP-nin bağlanması səbəbindən DNT-yə bağlanan ilk komponentdir, TFIIH isə işə götürülən son komponentdir. Arxeya və eukaryotlarda RNT polimeraza-promotor qapalı kompleksi adətən “preinitiasiya kompleksi” adlanır. [36]

Transkripsiyanın başlanğıcı aktivatorlar və repressorlar kimi tanınan əlavə zülallar və bəzi hallarda transkripsiya başlama kompleksinin formalaşmasını və funksiyasını modulyasiya edən əlaqəli koaktivatorlar və ya corepressorlar tərəfindən tənzimlənir. [7]

Təşviqçidən qaçın

Birinci bağ sintez edildikdən sonra RNT polimeraza promotordan qaçmalıdır. Bu müddət ərzində RNT transkriptini buraxmaq və kəsilmiş transkriptlər istehsal etmək tendensiyası var. Bu abortiv inisiasiya adlanır və həm eukariotlar, həm də prokaryotlar üçün ümumidir. [37] Təxminən 10 nukleotidin eşik uzunluğuna malik RNT məhsulu sintez olunana qədər abortiv inisiasiya baş verir və bu zaman promotorun qaçması baş verir və transkripsiya uzanma kompleksi əmələ gəlir.

Mexanik olaraq, promotorun qaçması, RNT polimeraza holoenzimi ilə promotor arasında qarşılıqlı əlaqəni pozmaq üçün lazım olan enerjini təmin edən DNT-nin sıxılması ilə baş verir. [38]

Bakteriyalarda tarixən hesab olunurdu ki, siqma faktoru promotorun təmizlənməsi baş verdikdən sonra mütləq sərbəst buraxılır. Bu nəzəriyyə kimi tanınırdı məcburi buraxılış modeli. Bununla belə, sonrakı məlumatlar göstərdi ki, promotorun təmizlənməsindən sonra və ondan sonra siqma faktoru stoxastik modelə uyğun olaraq buraxılır. stokastik buraxılış modeli. [39]

Eukariotlarda, RNT polimeraza II-dən asılı promotorda, promotor klirensi ilə TFIIH, RNT polimeraz II-nin karboksi terminal sahəsində serini 5-i fosforilləşdirir və bu, qapaq fermentinin (CE) işə salınmasına səbəb olur. [40] [41] CE-nin eukariotlarda promotor klirensini necə induksiya etməsinin dəqiq mexanizmi hələ məlum deyil.

Uzatma Redaktəsi

DNT-nin bir zəncirinin, the şablon ipi (və ya kodlaşdırmayan zəncir) RNT sintezi üçün şablon kimi istifadə olunur. Transkripsiya davam etdikcə, RNT polimeraza şablon zəncirindən keçir və RNT nüsxəsini yaratmaq üçün DNT şablonu ilə əsas cütləşmə tamamlayıcılığından istifadə edir (keçmə zamanı uzanır). RNT polimeraza 3' → 5' şablon zəncirindən keçsə də, kodlaşdırıcı (şablon olmayan) zəncir və yeni əmələ gələn RNT də istinad nöqtələri kimi istifadə edilə bilər, buna görə də transkripsiya 5' → 3' baş verən kimi təsvir edilə bilər. Bu, kodlaşdırma zəncirinin dəqiq surəti olan 5' → 3'-dən bir RNT molekulu istehsal edir (istisna ki, timinlər urasillərlə əvəz olunur və nukleotidlər DNT-də deoksiriboza (bir az oksigen) malik olduğu riboza (5 karbonlu) şəkərdən ibarətdir. atom) şəkər-fosfat onurğasında). [ sitat lazımdır ]

mRNT transkripsiyası tək bir DNT şablonunda çoxlu RNT polimerazları və çoxlu transkripsiyanın raundlarını (xüsusi mRNT-nin gücləndirilməsi) əhatə edə bilər, beləliklə, genin tək bir nüsxəsindən çoxlu mRNT molekulları sürətlə istehsal oluna bilər. [ sitat lazımdır ] Prokaryotlarda və eukariotlarda xarakterik uzanma sürətləri təxminən 10-100 nts/san təşkil edir. [42] Eukariotlarda isə nukleosomlar transkripsiyanın uzanması zamanı polimerazaların transkripsiyasına əsas maneə kimi çıxış edirlər. [43] [44] Bu orqanizmlərdə nukleosomlar tərəfindən induksiya edilən pauza TFIIS kimi transkripsiya uzanma faktorları ilə tənzimlənə bilər. [44]

Uzatma həmçinin səhv daxil edilmiş əsasları əvəz edə bilən korrektə mexanizmini əhatə edir. Eukariotlarda bu, müvafiq RNT redaktə amillərinin bağlanmasına imkan verən transkripsiya zamanı qısa fasilələrlə uyğunlaşa bilər. Bu fasilələr RNT polimeraza və ya xromatin quruluşuna görə daxili ola bilər. [ sitat lazımdır ]

Xitam Redaktəsi

Bakteriyalar transkripsiyanın dayandırılması üçün iki fərqli strategiyadan istifadə edirlər - Rho-müstəqil sonlanma və Rho-dan asılı sonlanma. Rho-müstəqil transkripsiyanın dayandırılmasında, yeni sintez edilmiş RNT molekulu G-C ilə zəngin bir saç sancağı döngəsi əmələ gətirdikdə, RNT transkripsiyası dayanır. When the hairpin forms, the mechanical stress breaks the weak rU-dA bonds, now filling the DNA–RNA hybrid. This pulls the poly-U transcript out of the active site of the RNA polymerase, terminating transcription. In the "Rho-dependent" type of termination, a protein factor called "Rho" destabilizes the interaction between the template and the mRNA, thus releasing the newly synthesized mRNA from the elongation complex. [45]

Transcription termination in eukaryotes is less well understood than in bacteria, but involves cleavage of the new transcript followed by template-independent addition of adenines at its new 3' end, in a process called polyadenylation. [46]


Gene expression is controlled by a number of features – regulation of transcription and translation:

In eukaryotes, transcription or target genes can be stimulated or inhibited when specific transcriptional factors move from the cytoplasm into the nucleus. As only target genes are transcribed, it means that specific proteins are made. Each type of body cell has different target cells so they give different characteristics i.e. a nerve cell is different to a red blood cell. Transcription factors can change the rate of transcription and the process is as follows:

  • The transcription factors move in by diffusion into the nucleus from the cytoplasm.
  • When in the nucleus they may bind to promoter sequence (the sequence which is the start of the target gene).
  • The transcription factors either increase or decrease the rate of transcription depending if they have bound onto the promoter sequence.

Some transcription factors are called activators where they increase the rate of transcription. This is done by the transcription factors helping the RNA polymerase to bind to the promoter sequence to activate transcription. Others are called repressors where they decrease the rate of transcription. This is done by the transcription factors binding to the promoter sequence preventing RNA polymerase from binding. This stops transcription.

Oestrogen can initiate the transcription of target genes. NB: Sometimes it can cause a transcription factor to be a repressor. You don’t need to know this for the AQA exam. A transcription factor may be bound to an inhibitor stopping it from binding to the promoter sequence. Oestrogen binds to the transcription factor making an oestrogen-oestrogen receptor complex and changes the site where the inhibitor is joined on (called DNA binding site). This means that the inhibitor is detached allowing the transcription factor to attach to the promoter sequence. NB: You don’t need to know the name of the inhibitor. Also the DNA binding site on the transcription factor stays changed whilst the oestrogen has bound to it.

In eukaryotes and some prokaryotes, translation of the mRNA produced from target genes can be inhibited by RNA interference known as RNAi. Short RNA molecules such as micro RNA, known as miRNA, and small interference RNA, known as siRNA, form an RNA Induced Silencing Complex, known as RISC, with proteins. NB: The small RNA molecules known to be double stranded in the revision guides or in textbooks this is confusing so it is better to start the process as miRNA and siRNA being single stranded. RNA forms a complex with a protein which is an enzyme called RNA hydrolase. miRNA does not form a complex with RNA hydrolase but another protein. These RNA molecules can each make a RISC with more then one protein and the proteins involved do not need to be known for AQA. The complexes each attach to their target mRNA sequence and preventing translation in different ways. This is how it is done for each small RNA molecules:

  • siRNA/miRNA in plants:
  • The bases on the siRNA attach to the bases on the mRNA by complementary base pairing.
  • RNA hydrolase hydrolyses the mRNA strand into fragments preventing translation to occur as the whole polypeptide chain will not be made

NB: It is not necessary to know that the fragments are degraded in the processing body. If you want to learn this there is no harm.

  • miRNA in mammals:
  • The bases on the miRNA attach to the bases on the mRNA by complementary base pairing.
  • Ribosomes are prevented from attaching to the mRNA strand stopping translation from occurring.

NB: Again here, it is not necessary to know that mRNA is degraded or stored in the processing body.

Epigenetics involves heritable changes in gene function, without changes to the DNA base sequence. These changes are caused by changes in the environment (more exposure to pollution) that inhibit transcription by:

  • Increased methylation of DNA:A methyl group (known as an epigenetic mark) attaches to cytosine that has to be part of the nucleotide that is attached to guanine by a phosphodiester bond. NB: You may be confused right now but look at the diagram below of one strand of DNA and notice which of the cytosine nucleotides the methyl group joins on to. Notice that the nucleotide on the far right of the strand and the third one from the left does not have a methyl group as they are not next to a nucleotide with guanine as the base. The joining of the methyl group should not be confused by joining on to cytosine which is complementary to guanine on the other strand as this is wrong. Also the methyl group – CH3 – does not change the base sequence but the structure. As the structure has changed, it has become harder for enzymes to attach to the DNA stopping the expression of a gene. If the tumour suppressor gene is not transcribed it can cause cancer.

  • Decreased of associated histones: An acetyl group – COCH3 – is another epigenetic mark which attaches to histone proteins to make the chromatin (mixture of DNA wound around histone proteins) less condensed for easy genetic expression to occur. The problem originates when histone deacetylase breaks the bond between the histone protein and acetyl group. The DNA becomes highly condensed making hard for enzymes to carry out the gene expression. NB: Histone deacetylase can be abbreviated into HDAC but it is best that you stay with the full name.

Epigenetic changes to the DNA are fortunately reversible therefore they are good targets by drugs to stop the effects of epigenetic occurring. These drugs can either stop DNA methylation or can inhibit histone deacetylase allowing the acetyl groups to remain attached to the DNA.


7.4 Regulation of Gene Expression

Each of your cells has at least 20,000 genes. In fact, all of your cells have the same genes. Do all of your cells make the same proteins? Xeyr! If they did, then all your cells would be alike (and you’d be a blob that couldn’t do anything except, well, be a blob). Instead, you have cells with different structures and functions. This is because different cells make different proteins. They do this by using, or expressing, different genes. Using a gene to make a protein is called gene expression.

Go ahead and be expressive! Your genes are!

How Gene Expression is Regulated

Gen ifadəsi düzgün zülalların lazım olduqda və harada istehsal olunduğunu təmin etmək üçün tənzimlənir. Regulation may occur at any point in the expression of a gene, from the start of transcription to the processing of a protein after translation. The focus in this lesson is the regulation of transcription. Göründüyü kimi Şəkil below, transcription is controlled by regulatory proteins. The proteins bind to regions of DNA, called regulatory elements, which are located near promoters. After regulatory proteins bind to regulatory elements, they can interact with RNA polymerase, the enzyme that transcribes DNA to mRNA. Regulatory proteins are typically either activators or repressors.

  • Activators promote transcription by enhancing the interaction of RNA polymerase with the promoter.
  • Repressors prevent transcription by impeding the progress of RNA polymerase along the DNA strand.

Other factors may also be involved in the regulation of transcription, but these are typically the key players.

Regulation of Transcription. Regulatory proteins bind to regulatory elements to control transcription. The regulatory elements are embedded within the DNA.

Prokaryotik genlərin tənzimlənməsi

Transcription is regulated differently in prokaryotes and eukaryotes. In general, prokaryotic regulation is simpler than eukaryotic regulation.

The Role of Operons

Regulation of transcription in prokaryotes typically involves operons. An operon is a region of DNA that consists of one or more genes that encode the proteins needed for a specific function. The operon also includes a promoter and an operator. The operator is a region of the operon where regulatory proteins bind. It is located near the promoter and helps regulate transcription of the operon genes.

The Lac Operon

A well-known example of operon regulation involves the lac operon in E. coli bacteria (see Şəkil below and the video at the link below). The lac operon consists of a promoter, an operator, and three genes that encode the enzymes needed to digest lactose, the sugar found in milk. The lac operon is regulated by lactose in the environment. http://www.youtube.com/watch?v=oBwtxdI1zvk

  • When lactose is absent, a repressor protein binds to the operator. The protein blocks the binding of RNA polymerase to the promoter. As a result, the lac genes are not expressed.
  • When lactose is present, the repressor protein does not bind to the operator. This allows RNA polymerase to bind to the promoter and begin transcription. As a result, the lac genes are expressed, and lactose is digested.

Why might it be beneficial to express genes only when they are needed? (Hint: synthesizing proteins requires energy and materials.)

Eukaryotic Gene Regulation

In eukaryotic cells, the start of transcription is one of the most complicated parts of gene regulation. There may be many regulatory proteins and regulatory elements involved. Regulation may also involve enhancers. Enhancers are distant regions of DNA that can loop back to interact with a gene’s promoter.

The TATA Box

Different types of cells have unique patterns of regulatory elements that result in only the necessary genes being transcribed. That’s why a skin cell and nerve cell, for example, are so different from each other. However, some patterns of regulatory elements are common to all genes, regardless of the cells in which they occur. An example is the TATA box. This is a regulatory element that is part of the promoter of most eukaryotic genes. A number of regulatory proteins bind to the TATA box, forming a multi-protein complex. It is only when all of the appropriate proteins are bound to the TATA box that RNA polymerase recognizes the complex and binds to the promoter. Once RNA polymerase binds, transcription begins.

Regulation During Development

The regulation of gene expression is extremely important during the development of an organism. Regulatory proteins must turn on certain genes in particular cells at just the right time so the organism develops normal organs and organ systems. Homeobox genes are an example of genes that regulate development. They code for regulatory proteins that switch on whole series of major developmental genes. In insects, homeobox genes called hox genes ensure that body parts such as limbs develop in the correct place. Şəkil below shows how a mutation in a hox gene can affect an insect’s development.

Gene Expression and Cancer

The mutations that cause cancer generally occur in two types of regulatory genes: tumor-suppressor genes and proto-oncogenes (see Şəkil aşağıda). These genes produce regulatory proteins that control the cell cycle. When the genes mutate, cells with mutations divide rapidly and without limits.

TED Ed: The Cancer Gene We All Have:

TED Ed: How does cancer spread through the body?

  • Gene transcription is controlled by regulatory proteins that bind to regulatory elements on DNA. The proteins usually either activate or repress transcription.
  • Regulation of transcription in prokaryotes typically involves an operon, such as the lac operon in E. coli. The lac operon is regulated by proteins that behave differently depending on whether lactose is present.
  • Regulation of transcription in eukaryotes is generally more complex. It involves unique regulatory elements in different cells as well as common regulatory elements such as the TATA box. Regulation is especially important during development. It may involve regulatory genes such as homeobox genes that switch other regulatory genes on or off. Mutations in regulatory genes that normally control the cell cycle cause cancer.

Dərsin Təkrarlanması Sualları

Xatırla

1. What is gene expression?

2. Describe how regulatory proteins regulate gene expression.

3. Identify the TATA box and its function in transcription.

4. What is a homeobox gene?

Apply Concepts

5. Draw a diagram to show how the lac operon is regulated.

6. Sketch how an insect with a mutated hox gene might look. Explain your sketch.

Tənqidi düşünün

7. Why is gene regulation especially important during development?

Nəzərə alınmalı olan məqamlar

Scientists know more about human chromosomes and genes than they know about the genetic material of most other species. In fact, scientists have identified all of the approximately 20,000-25,000 genes in human DNA.


Videoya baxın: Biologiya. DNT və RNT Nuklein turşulari (Iyul 2022).


Şərhlər:

  1. Northclif

    Deməli sonsuzluqdan uzaq deyil :)

  2. Arashilkree

    bu mesaj misilsizdir))), çox bəyəndim :)



Mesaj yazmaq