Hoe wordt een gen tot expressie gebracht om een ​​proteïne te produceren

Genexpressie is een cellulair proces waarmee de informatie gecodeerd in een bepaald gen wordt gebruikt om een ​​functioneel eiwit of een RNA-molecuul te produceren. Het komt voor in alle bekende levensvormen, inclusief eukaryoten, prokaryoten en virussen. De transcriptie van een gen in een mRNA-molecuul en de translatie van het mRNA in een polynucleotide-keten van een functioneel eiwit staan ​​bekend als het centrale dogma van de moleculaire biologie. Genexpressie kan in verschillende stappen van het proces worden gereguleerd, zoals transcriptie, post-transcriptionele modificaties, translatie en post-translationele modificaties. De differentiële expressie van genen maakt het de cel mogelijk om de vereiste hoeveelheid eiwitten voor het functioneren van de cel te produceren.

Key Areas Covered

1. Wat is Gene-expressie
     - Definitie, transcriptie, vertaling
2. Hoe wordt de Genexpressie gereguleerd
     - Definitie, regeling in eukaryoten en prokaryoten

Sleutelbegrippen: Eukaryoten, Genexpressie, mRNA, Prokaryoten, Proteïne, Transcriptie, Vertaling

Wat is Gene-expressie

Genexpressie is het proces waarbij genetische instructies worden gebruikt om genproducten te synthetiseren. Over het algemeen stroomt de informatie van DNA naar mRNA naar eiwit. De twee belangrijkste stappen van de genexpressie zijn transcriptie en translatie. Het centrale dogma van moleculaire biologie wordt getoond in Figuur 1.

Figuur 1: Centraal dogma van moleculaire biologie

Transcriptie

Transcriptie verwijst naar het proces van het kopiëren van de informatie van een gen naar een nieuw RNA-molecuul. Het is de eerste stap van genexpressie in zowel eukaryoten als prokaryoten. RNA-polymerase is het enzym dat betrokken is bij de transcriptie. Drie verschillende soorten RNA worden geproduceerd tijdens transcriptie: boodschapper-RNA (mRNA), overdracht-RNA (tRNA) en ribosomaal RNA (rRNA). Het mRNA draagt ​​de genetische informatie van de kern naar het cytoplasma. Het tRNA is een adaptor-RNA dat dient als de fysieke koppeling tussen mRNA en aminozuren. Het rRNA vormt de integrale delen van het ribosoom. Het transcriptieproces wordt getoond in Figuur 2.

Figuur 2: transcriptie

Bij sommige virussen is het genetische materiaal echter negatief-sense-RNA. Hier transcribeert het RNA-afhankelijke RNA-polymerase het negatief-sense-RNA in een mRNA.  

Post-transcriptionele modificaties

Post-transcriptionele modificaties verwijzen naar het proces van het omzetten van het primaire RNA-transcript in een volwassen mRNA-molecuul. Ze komen vooral voor in de eukaryote genexpressie. Het mRNA-molecuul geproduceerd door de transcriptie is bekend als het primaire RNA-transcript of pre-mRNA. Het wordt verwerkt om het volwassen mRNA-molecuul te produceren in vier stappen: 5 'capping, polyadenylatie en alternatieve splitsing. De 5 'aftopping is de toevoeging van een GTP aan het 5'-uiteinde van het pre-mRNA-molecuul. polyadenylering is de toevoeging van een poly-A-staart aan het 3'-uiteinde van het pre-mRNA-molecuul. Zowel de 5'-dop als de poly-A-staart voorkomen de afbraak van het mRNA-molecuul. Eukaryote genen bestaan ​​uit introns en exons. Alleen intronen zijn gecodeerd voor de aminozuursequentie van een gen. Daarom worden exons verwijderd tijdens RNA-splitsing. Alternatieve splitsing is de productie van coderende sequenties van verschillende polypeptideketens door verschillende patronen van introns te combineren. Post-transcriptionele modificatie in eukaryotisch mRNA is weergegeven in figuur 3.

Figuur 3: Post-transcriptionele modificaties

De meeste prokaryotische genen komen voor in clusters die bekend staan ​​als operons. De operons bestaan ​​uit verschillende, functioneel gerelateerde genen die door een enkele promoter worden gereguleerd. Ze transcriberen om een ​​polycistronisch mRNA-molecuul te produceren dat verschillende functioneel gerelateerde eiwitten synthetiseert.

Vertaling

Vertaling verwijst naar het proces waarbij de genetische code die door een mRNA-molecuul wordt gedragen, wordt gedecodeerd, waardoor een polypeptideketen van een bepaald eiwit wordt geproduceerd. Het komt in het cytoplasma voor door ribosomen. Een systeem van drie aminozuren is betrokken bij de bepaling van elk aminozuur in de polypeptideketen. De drie nucleotiden in het mRNA die een aminozuur voorstellen is bekend als een codon. Het volledige codonsysteem staat bekend als de genetische code. Verschillende tRNA-moleculen bevatten anticodons die fixeren met elk codon in het mRNA. Daarom dragen ze het overeenkomstige aminozuur voor de synthese van de polypeptideketen. Vertaling wordt getoond in figuur 4.

Figuur 4: Vertaling

Post-translationele wijzigingen

Posttranslationele modificaties zijn de covalente en enzymatische modificatie van de polypeptideketen van een functioneel eiwit. Verschillende polysaccharide, lipide of anorganische groepen worden toegevoegd om een ​​functioneel eiwit te produceren. Deze modificaties staan ​​bekend als glycosylatie, fosforylering, sulfatering, enz. Verschillende co-factoren kunnen ook worden toegevoegd om de functie van het eiwit te reguleren. De post-translationele modificaties van insuline-eiwit zijn weergegeven in figuur 5.

Figuur 5: Post-translationele modificaties

Hoe wordt de Genexpressie gereguleerd

De cel reguleert de genexpressie om het aantal eiwitten dat in de cel wordt geproduceerd te verhogen of te verlagen. In eukaryoten kan dit worden bereikt door de verschillende stappen van genexpressie zoals transcriptie, post-transcriptionele modificaties, translatie en post-translationele modificaties. In prokaryoten wordt de regulatie van de genexpressie echter bereikt tijdens de initiatie van de genexpressie.

Conclusie

De productie van functionele eiwitten in de cel wordt bereikt door de expressie van genen in het genoom. De twee belangrijkste stappen van de genexpressie zijn transcriptie en translatie in allerlei levende organismen, waaronder eukaryoten, prokaryoten en virussen. Transcriptie is de productie van een mRNA-molecuul op basis van de nucleotidesequentie van het gen. Translatie is de productie van een polypeptideketen op basis van de codonsequentie van het mRNA-molecuul. In eukaryoten kan de genexpressie worden gereguleerd in zowel transcriptionele als translationele niveaus. De genexpressie in prokaryoten wordt echter gereguleerd tijdens de start van transcriptie.

Referentie:

1. "10.3.1 Genexpressie en eiwitsynthese." Planten in actie, Beschikbaar Hier.

Afbeelding met dank aan:

1. "Centraal Dogma van moleculaire biochemie met enzymen" door Dhorspool op en.wikipedia (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia
2. "Proces van transcriptie (13080846733)" door Genomics Education Program - Proces van transcriptie (CC BY 2.0) via Commons Wikimedia
3. "Figuur 15 03 02" door CNX OpenStax - (CC BY 4.0) via Commons Wikimedia
4. "0324 DNA-vertaling en codons" door OpenStax - (CC BY 4.0) via Commons Wikimedia
5. "Insuline pad" door geupload door Fred de oester (CC BY-SA 4.0) via Commons Wikimedia