Inligting

D3. Beheer van geentranskripsie in eukariote - Biologie

D3. Beheer van geentranskripsie in eukariote - Biologie


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.

Drie groot verskille bestaan ​​in die beheermeganismes wat gebruik word om geen transkripsie in eukariote te reguleer in vergelyking met prokariote.

  • veelvuldige veranderinge vind plaas in die struktuur van chromatien op die plek van transkripsie
  • positiewe meganismes reguleer transkripsies baie meer gereeld as negatiewe.
  • transkripsie en vertaling vind plaas op ruimtelik en tydelik verskillende plekke en tye.

Die genome van eukariote is baie groter as prokariote. Dit stel 'n paar probleme met betrekking tot binding. Onthou, DNA -bindende proteïene toon nie -spesifieke en spesifieke binding aan. Nie-spesifieke binding kan 'n proteïen help om 'n spesifieke plek in die genoom te vind, maar soos die grootte van die genoom toeneem, verhoog die kans om veelvuldige spesifieke plekke wat ewekansig versprei is te vind. Hierdie probleem kan vermy word as verskeie proteïene benodig word om 'n aktiewe transkripsiekompleks te genereer. Die kans om twee of meer spesifieke plekke vir verskillende proteïene in die omgewing op ander plekke te vind as wat nodig is vir geen transkripsie, is baie laag. Verskeie negatiewe reguleerders sou nie nodig wees nie, aangesien slegs die binding van een reguleerder waarskynlik voldoende sou wees. Die meeste eukariotiese gene het ongeveer 5 regulatoriese plekke vir binding van transkripsiefaktore en RNA-polimerase. Voorbeelde van hierdie transkripsiefaktore word in die onderstaande figuur getoon.

Figuur: Beheer van globien geen transkripsie


Figuur: Voorbeeld van transkripsie komplekse. (herdruk met toestemming van Kanehisa Laboratories en die KEGG-projek: www.kegg.org)

Lig kan selfs geenuitdrukking reguleer deur indirek 'n onaktiewe transkripsiefaktor in plante te aktiveer. Die transkripsiefaktor PIF3 bind aan 'n promotorgebied (G-boks) van ligresponsiewe gene. Slegs wanneer PIF3 'n ander transkripsiefaktor, Pr, bind, word transkripsie geaktiveer. Pr, 'n 'fotoreseptor' word in 'n onaktiewe vorm in die sitoplasma aangetref. Wanneer dit rooi lig absorbeer, ondergaan dit 'n konformasieverskuiwing en beweeg in die kern in, waar dit PIF3 kan bind en transkripsie kan aktiveer. Die aktiveringskompleks word gedeaktiveer wanneer Pr in wisselwerking is met verrooi lig.

Figuur: Wanneer rooi lig geabsorbeer word, word 'n fitochroomfotoreseptor van die onaktiewe Pr-vorm na die aktiewe Pfr-vorm omgeskakel

p53 inligting van die HHMI

animasie: p53 en geen transkripsie van die HHMI (laai stadig)


D3. Beheer van geentranskripsie in eukariote - Biologie

Aanvang is die eerste stap van eukariotiese transkripsie en vereis RNAP en verskeie transkripsiefaktore om voort te gaan.

Leerdoelwitte

Beskryf hoe transkripsie begin en verloop langs die DNA -string

Belangrike wegneemetes

Kern punte

  • Eukariotiese transkripsie word in die kern van die sel uitgevoer en verloop in drie opeenvolgende stadiums: inisiasie, verlenging en beëindiging.
  • Eukariote vereis dat transkripsiefaktore eers aan die promotorgebied bind en dan help om die toepaslike polimerase te werf.
  • RNA Polymerase II is die polimerase wat verantwoordelik is vir die transkripsie van mRNA.

Sleutel terme

  • onderdrukker: enige proteïen wat aan DNA bind en sodoende die uitdrukking van gene reguleer deur die transkripsietempo te verminder
  • aktiveerder: enige chemikalie of middel wat een of meer gene reguleer deur die transkripsietempo te verhoog
  • polimerase: enige van verskeie ensieme wat die vorming van polimere van DNA of RNA kataliseer deur 'n bestaande string DNA of RNA as 'n templaat te gebruik

Stappe in eukariotiese transkripsie

Eukariotiese transkripsie word in die kern van die sel uitgevoer deur een van drie RNA-polimerases, afhangende van die RNA wat getranskribeer word, en verloop in drie opeenvolgende stadiums:

Begin van transkripsie in Eukariote

Anders as die prokariotiese RNA -polimerase wat op sigself aan 'n DNA -sjabloon kan bind, benodig eukariote verskeie ander proteïene, transkripsiefaktore genoem, om eers aan die promotorstreek te bind en dan die gepaste polimerase te werf. Die voltooide samestelling van transkripsiefaktore en RNA-polimerase bind aan die promotor en vorm 'n transkripsie-inisiëringskompleks (PIC).

Die mees omvattende bestudeerde kernpromotorelement in eukariote is 'n kort DNS-volgorde bekend as 'n TATA-boks, wat 25-30 basispare stroomop van die beginplek van transkripsie gevind word. Slegs ongeveer 10-15% van soogdiergene bevat TATA-bokse, terwyl die res ander kernpromotorelemente bevat, maar die meganismes waardeur transkripsie by promotors met TATA-bokse geïnisieer word, is goed gekarakteriseer.

Die TATA-boks, as 'n kernpromotor-element, is die bindingsplek vir 'n transkripsiefaktor bekend as TATA-bindende proteïen (TBP), wat self 'n subeenheid is van 'n ander transkripsiefaktor: Transkripsiefaktor II D (TFIID). Nadat TFIID via die TBP aan die TATA-boks gebind het, kombineer nog vyf transkripsiefaktore en RNA-polimerase om die TATA-boks in 'n reeks fases om 'n vooraf-inisiëringskompleks te vorm. Een transkripsiefaktor, Transkripsiefaktor II H (TFIIH), is betrokke by die skeiding van opponerende stringe van dubbelstring-DNS om die RNA-polimerase toegang tot 'n enkelstrengige DNA-sjabloon te verskaf. Slegs 'n lae of basale transkripsietempo word egter slegs deur die pre-inisiëringskompleks aangedryf. Ander proteïene bekend as aktiveerders en onderdrukkers, tesame met enige geassosieerde koaktiveerders of medepressors, is verantwoordelik vir die modulasie van transkripsietempo. Aktivatorproteïene verhoog die transkripsietempo, en repressorproteïene verlaag die transkripsietempo.

Eukariotiese transkripsie-inisiasie: 'N Algemene promotor van 'n geen wat deur RNA -polimerase II getranskribeer word, word getoon. Transkripsiefaktore herken die promotor, RNA-polimerase II bind dan en vorm die transkripsie-inisiasiekompleks.

Die drie eukariotiese RNA -polimerases (RNAP's)

Die kenmerke van eukariotiese mRNA-sintese is aansienlik meer kompleks dié van prokariote. In plaas van 'n enkele polimerase wat uit vyf subeenhede bestaan, het die eukariote drie polimerases wat elk uit 10 subeenhede bestaan. Elke eukariotiese polimerase benodig ook 'n duidelike stel transkripsiefaktore om dit na die DNA -sjabloon te bring.

RNA -polimerase I is geleë in die nucleolus, 'n gespesialiseerde kernonderbou waarin ribosomale RNA (rRNA) getranskribeer, verwerk en in ribosome saamgestel word. Die rRNA -molekules word beskou as strukturele RNA's omdat dit 'n sellulêre rol speel, maar nie in proteïene vertaal word nie. Die rRNA's is komponente van die ribosoom en is noodsaaklik vir die proses van translasie. RNA -polimerase I sintetiseer al die rRNA's behalwe die 5S rRNA -molekule.

RNA-polimerase II is in die kern geleë en sintetiseer alle proteïenkoderende kern pre-mRNA's. Eukariotiese pre-mRNA's ondergaan uitgebreide verwerking na transkripsie, maar voor vertaling. RNA-polimerase II is verantwoordelik vir die transkripsie van die oorweldigende meerderheid van eukariotiese gene, insluitend al die proteïenkoderende gene wat uiteindelik in proteïene en gene vir verskeie tipes regulerende RNA's vertaal word, insluitend mikroRNA's (miRNA's) en langkoderende RNA's (lncRNA's) .

RNA-polimerase III is ook in die kern geleë. Hierdie polimerase transkribeer 'n verskeidenheid strukturele RNA's wat die 5S pre-rRNA's, oordrag pre-RNA's (pre-tRNA's) en klein kern pre-RNA's insluit. Die tRNA's speel 'n kritieke rol in translasie: hulle dien as die adaptormolekules tussen die mRNA -sjabloon en die groeiende polipeptiedketting. Klein kern-RNA's het 'n verskeidenheid funksies, insluitend “splicing” pre-mRNAs en regulering van transkripsiefaktore. Nie alle miRNA's word getranskribeer deur RNA Polymerase II nie, RNA Polymerase III transkribeer sommige daarvan.

Model transkripsie: Hierdie interaktiewe modelleer die proses van DNA -transkripsie in 'n eukariotiese sel.


16.5 Eukariotiese Post-transkripsionele Geenregulering

In hierdie afdeling sal jy die volgende vraag ondersoek:

Verbinding vir AP ® -kursusse

Post-transkripsionele regulering kan op enige stadium na transkripsie plaasvind. Een belangrike post-transkripsionele meganisme is RNA-splyting. Nadat RNA getranskribeer is, word dit dikwels gewysig om 'n volwasse RNA te skep wat gereed is om vertaal te word. Soos ons in vorige hoofstukke bestudeer het, behels die verwerking van boodskapper -RNA die verwydering van introne wat nie vir proteïene kodeer nie. Spliceosome verwyder die introne en ligeer die eksons saam, dikwels in verskillende volgordes as hul oorspronklike volgorde op die nuut getranskribeerde (onvolwasse) boodskapper-RNA. 'n GTP-dop word by die 5'-end gevoeg en 'n poli-A-stert word by die 3'-end gevoeg. Hierdie volwasse boodskapper -RNA verlaat dan die kern en betree die sitoplasma. Eenmaal in die sitoplasma, kan die tydsduur van die boodskapper-RNA daar woon voordat dit afgebreek word-'n kenmerkende lewensduur of 'rakleeftyd' van die molekule wat RNA-stabiliteit genoem word-om die hoeveelheid proteïen wat gesintetiseer word, te beheer. RNA-stabiliteit word deur verskeie faktore beheer, insluitend mikroRNA's (miRNA of RNAi, RNA-interferensie) miRNA's verminder altyd stabiliteit en bevorder verval van boodskapper-RNA.

Inligting aangebied en die voorbeelde wat in die afdeling uitgelig word, ondersteun konsepte wat in Big Idea 3 van die AP ® Biologie Kurrikulumraamwerk uiteengesit word. Die leerdoelwitte wat in die kurrikulumraamwerk genoem word, bied 'n deursigtige basis vir die AP ® Biologiekursus, 'n ondersoekgebaseerde laboratoriumervaring, onderrigaktiwiteite en AP ® -vrae. 'N Leerdoel kombineer die vereiste inhoud met een of meer van die sewe wetenskapspraktyke.

Groot idee 3 Lewende stelsels stoor, haal, stuur en reageer op inligting wat noodsaaklik is vir lewensprosesse.
Blywende begrip 3.A Oorerflike inligting maak voorsiening vir kontinuïteit van die lewe.
Noodsaaklike kennis 3.A.1 DNA, en in sommige gevalle RNA, is die primêre bron van oorerflike inligting.
Wetenskappraktyk 6.5 Die student kan alternatiewe wetenskaplike verduidelikings evalueer.
Leerdoelwit 3.1 Die student is in staat om wetenskaplike verklarings te konstrueer wat die strukture en meganismes van DNA en RNA gebruik om die bewering dat DNA en in sommige gevalle RNA die primêre bron van oorerflike inligting is, te ondersteun.
Noodsaaklike kennis 3.A.1 DNA, en in sommige gevalle RNA, is die primêre bron van oorerflike inligting.
Wetenskappraktyk 6.4 Die student kan bewerings en voorspellings maak oor natuurlike verskynsels gebaseer op wetenskaplike teorieë en modelle.
Leerdoelwit 3.6 Die student kan voorspel hoe 'n verandering in 'n spesifieke DNS- of RNS-volgorde veranderinge in geenuitdrukking tot gevolg kan hê.

Onderwysersondersteuning

Stel mRNA-modifikasies bekend deur video's soos hierdie oor 5'caps en 3'poly-A-sterte te gebruik.

Studente besef dalk nie dat splitsing met variasie plaasvind nie, nie alle introne word heeltyd op presies dieselfde manier uitgesny nie. Differensiële splitsing produseer verskillende proteïenprodukte. Hierdie een stel RNA -splitsing bekend.

RNA word getranskribeer, maar moet in 'n volwasse vorm verwerk word voordat vertaling kan begin. Hierdie verwerking nadat 'n RNA-molekule getranskribeer is, maar voordat dit in 'n proteïen vertaal word, word post-transkripsionele modifikasie genoem. Soos met die epigenetiese en transkripsionele stadiums van verwerking, kan hierdie post-transkripsionele stap ook gereguleer word om geenuitdrukking in die sel te beheer. As die RNA nie verwerk, geskuif of vertaal word nie, sal geen proteïen gesintetiseer word nie.

RNA Splicing, die eerste fase van post-transkripsionele beheer

In eukariotiese selle bevat die RNA -transkripsie dikwels streke, genaamd introne, wat verwyder word voor translasie. Die streke van RNA wat vir proteïen kodeer, word eksons genoem (Figuur 16.11). Nadat 'n RNA -molekuul getranskribeer is, maar voordat dit vertrek uit die kern wat vertaal moet word, word die RNA verwerk en word die introne verwyder deur te splits.

Evolusieverbinding

Alternatiewe RNA -splitsing

In die sewentigerjare is gene die eerste keer waargeneem wat alternatiewe RNA -splitsing vertoon. Alternatiewe RNA-splyting is 'n meganisme wat toelaat dat verskillende proteïenprodukte uit een geen geproduseer word wanneer verskillende kombinasies van introne, en soms eksons, uit die transkripsie verwyder word (Figuur 16.12). Hierdie alternatiewe splitsing kan lukraak wees, maar meer dikwels word dit beheer en dien dit as 'n meganisme van geenregulering, met die frekwensie van verskillende splitsingsalternatiewe wat deur die sel beheer word as 'n manier om die produksie van verskillende proteïenprodukte in verskillende selle of by verskillende stadiums van ontwikkeling. Alternatiewe splitsing word nou beskou as 'n algemene meganisme van geenregulering in eukariote volgens een skatting, 70 persent van die gene by mense word uitgedruk as veelvuldige proteïene deur alternatiewe splitsing.

  1. Buigsaamheid neem toe omdat mRNA verander kan word nadat transkripsie voltooi is.
  2. Buigsaamheid neem toe omdat gene verdeel en gekombineer kan word in nuwe gene.
  3. Buigsaamheid neem af omdat die mRNA -molekule kleiner word.
  4. Buigsaamheid neem af omdat DNS tydens alternatiewe splitsing afgebreek word.

Skakel na Leer

Visualiseer hoe mRNA -splitsing plaasvind deur na die proses in aksie in hierdie video te kyk.

  1. Sodra 'n mRNA gesplits is, kan die oorspronklike mRNA nie weer geskep word nie.
  2. Gesplete RNA kan nie behoorlike proteïene produseer nie.
  3. Splicing vind glad nie plaas nie.
  4. Splicing vind plaas op die verkeerde plek op mRNA.

Verbinding tussen wetenskap en praktyk vir AP® -kursusse

Dink daaroor

Wat is 'n evolusionêre voordeel van alternatiewe gene-splitsing van introne tydens post-transkripsionele modifikasie van mRNA?

Onderwysersondersteuning

Die vraag is 'n toepassing van Leerdoelwit 3.1 en Wetenskappraktyk 6.5 en Leerdoelwit 3.6 en Wetenskappraktyk 6.4 omdat studente gevra word om te verduidelik hoe alternatiewe speserye, dit wil sê die herrangskikking op introne na transkripsie, die produk (te) produseer en waarom dit splitsing bied evolusionêre voordeel(e).

Antwoord:

Beheer van RNA -stabiliteit

Voordat die mRNA die kern verlaat, word dit twee beskermende "pette" gegee wat verhoed dat die einde van die string afbreek tydens sy reis. Die 5' -dop, wat aan die 5' -einde van die mRNA geplaas word, bestaan ​​gewoonlik uit 'n gemetileerde guanosientrifosfaatmolekule (GTP). Die poli-A stert, wat aan die 3'-punt geheg is, is gewoonlik saamgestel uit 'n reeks adeniennukleotiede. Sodra die RNA na die sitoplasma vervoer is, kan die tyd wat die RNA daar bly, beheer word. Elke RNA -molekule het 'n gedefinieerde lewensduur en verval teen 'n spesifieke tempo. Hierdie verval kan beïnvloed hoeveel proteïene in die sel is. As die vervaltempo verhoog word, sal die RNA nie so lank in die sitoplasma bestaan ​​nie, wat die tyd vir translasie verkort. Omgekeerd, as die tempo van verval verminder, sal die RNA -molekule langer in die sitoplasma woon en kan meer proteïene vertaal word. Daar word na hierdie tempo van verval verwys as die RNA -stabiliteit. As die RNA stabiel is, word dit vir langer tydperke in die sitoplasma opgespoor.

Die binding van proteïene aan die RNA kan die stabiliteit daarvan beïnvloed. Proteïene, genoem RNA-bindende proteïene, of RBP's, kan aan die streke van die RNA net stroomop of stroomaf van die proteïenkoderende streek bind. Hierdie streke in die RNA wat nie in proteïen vertaal word nie, word die onvertaalde streke of UTR's genoem. Hulle is nie introne nie (dit is in die kern verwyder). Dit is eerder streke wat mRNA -lokalisering, stabiliteit en proteïenvertaling reguleer. Die gebied net voor die proteïenkoderingstreek word die 5 'UTR genoem, terwyl die gebied na die koderingstreek die 3' UTR genoem word (Figuur 16.13). Die binding van RBP's aan hierdie streke kan die stabiliteit van 'n RNA -molekule verhoog of verminder, afhangende van die spesifieke RBP wat bind.

RNA -stabiliteit en mikro -RNA's

Benewens RBP's wat bind aan en beheer (verhoog of verminder) RNA -stabiliteit, kan ander elemente genaamd mikroRNA's aan die RNA -molekule bind. Hierdie mikro -RNA's, of miRNA's, is kort RNA -molekules wat slegs 21–24 nukleotiede lank is. Die miRNA's word in die kern gemaak as langer pre-miRNA's. Hierdie pre-miRNA's word in volwasse miRNA's gekap deur 'n proteïen genaamd dicer. Soos transkripsiefaktore en RBP's, herken volwasse miRNA's 'n spesifieke volgorde en bind dit aan die RNA, maar miRNA's assosieer ook met 'n ribonukleoproteïenkompleks wat die RNA-geïnduseerde stilmaakkompleks (RISC) genoem word. RISC bind saam met die miRNA om die teiken mRNA af te breek. Saam vernietig miRNA's en die RISC -kompleks die RNA -molekule vinnig.


Kyk die video: Prokaryotic Vs. Eukaryotic Cells (Oktober 2022).