Genexpression

Die Genexpression ist der Prozess, bei dem der genetische Code – die Nukleotidsequenz-eines Gens verwendet wird, um die Proteinsynthese zu steuern und die Strukturen der Zelle zu erzeugen. Gene, die für Aminosäuresequenzen kodieren, werden als „Strukturgene“ bezeichnet.

Der Prozess der Genexpression umfasst zwei Hauptstufen:

Transkription: die Produktion von Messenger-RNA (mRNA) durch das Enzym RNA-Polymerase und die Verarbeitung des resultierenden mRNA-Moleküls.,

Translation: die Verwendung von mRNA zur direkten Proteinsynthese und die anschließende posttranslationale Verarbeitung des Proteinmoleküls.

Einige Gene sind für die Produktion anderer Formen von RNA verantwortlich, die bei der Translation eine Rolle spielen, einschließlich Transfer-RNA (tRNA) und ribosomaler RNA (rRNA).

Ein strukturelles Gen umfasst eine Reihe verschiedener Komponenten:

• Exons. Exons kodieren für Aminosäuren und bestimmen gemeinsam die Aminosäuresequenz des Proteinprodukts., Es sind diese Teile des Gens, die im reifen mRNA-Molekül dargestellt werden.
• Introns. Introns sind Teile des Gens, die nicht für Aminosäuren kodieren und vor der Translation aus dem mRNA-Molekül entfernt (gespleißt) werden.

Gene control regions

• Start-Seite. Eine Startseite für die Transkription.
• Träger. Eine Region ein paar hundert Nukleotide ’stromaufwärts‘ des Gens (gegen das 5′ Ende). Es wird nicht in mRNA transkribiert, sondern spielt eine Rolle bei der Kontrolle der Transkription des Gens., Transkriptionsfaktoren binden an spezifische Nukleotidsequenzen im Promotorbereich und unterstützen die Bindung von RNA-Polymerasen.
• Enhancer. Einige Transkriptionsfaktoren (sogenannte Aktivatoren) binden an Regionen, die als „Enhancer“ bezeichnet werden und die Transkriptionsrate erhöhen. Diese Stellen können Tausende von Nukleotiden aus den kodierenden Sequenzen oder innerhalb eines Introns sein. Einige Enhancer sind bedingt und funktionieren nur in Gegenwart anderer Faktoren sowie Transkriptionsfaktoren.
• Schalldämpfer., Einige Transkriptionsfaktoren (sogenannte Repressoren) binden an Regionen, die als „Schalldämpfer“ bezeichnet werden und die Transkriptionsrate senken.

Hinweis: Der Begriff „Genexpression“ bezieht sich manchmal nur auf die Transkriptionsphase.

Transkription

Die Transkription ist der Prozess der RNA-Synthese, der durch die Wechselwirkung von Promotoren und Enhancern gesteuert wird., Es werden verschiedene Arten von RNA hergestellt, darunter Messenger-RNA (mRNA), die die Aminosäuresequenz im Proteinprodukt spezifiziert, sowie Transfer-RNA (tRNA) und ribosomale RNA (rRNA), die eine Rolle im Translationsprozess spielen.

die Transkription umfasst vier Schritte:

1. Einleitung. Das DNA-Molekül wickelt sich ab und trennt sich zu einem kleinen offenen Komplex. RNA-polymerase bindet an den Promotor der Vorlage-Strang.
2. Dehnung. RNA-Polymerase bewegt sich entlang des Schablonenstrangs und synthetisiert ein mRNA-Molekül., In Prokaryoten ist RNA-Polymerase ein Holoenzym, das aus einer Reihe von Untereinheiten besteht, einschließlich eines Sigma-Faktors (Transkriptionsfaktor), der den Promotor erkennt. In Eukaryoten gibt es drei RNA-Polymerasen I, II und III. Der Prozess beinhaltet einen korrekturlese-Mechanismus.
3. Kündigung. In Prokaryoten gibt es zwei Möglichkeiten, die Transkription zu beenden. Bei der Rho-abhängigen Terminierung ist ein Proteinfaktor namens „Rho“ für die Störung des Komplexes verantwortlich, an dem der Template-Strang, die RNA-Polymerase und das RNA-Molekül beteiligt sind., Bei der rho-unabhängigen Terminierung bildet sich am Ende des RNA-Moleküls eine Schleife, die sich löst. Die Beendigung in Eukaryoten ist komplizierter und beinhaltet die Zugabe zusätzlicher Adeninnukleotide an der 3′ des RNA-Transkripts (ein Prozess, der als Polyadenylierung bezeichnet wird).
4. die Verarbeitung. Nach der Transkription wird das RNA-Molekül auf verschiedene Arten verarbeitet: Introns werden entfernt und die Exons werden zu einem reifen mRNA-Molekül zusammengespleißt, das aus einer einzigen proteinkodierenden Sequenz besteht., Die RNA-Synthese beinhaltet die normalen Basenpaarungsregeln, aber das Basis-Thymin wird durch das Basis-Uracil ersetzt.

Translation

In translation wird das reife mRNA-Molekül als Vorlage verwendet, um eine Reihe von Aminosäuren zusammenzusetzen, um ein Polypeptid mit einer bestimmten Aminosäuresequenz zu erzeugen. Der Komplex im Zytoplasma, bei dem dies auftritt, wird Ribosom genannt. Ribosomen sind eine Mischung aus ribosomalen Proteinen und ribosomaler RNA (rRNA) und bestehen aus einer großen Untereinheit und einer kleinen Untereinheit.,

Übersetzung umfasst vier Schritte:

1. Einleitung. Die kleine Untereinheit des Ribosoms bindet am 5′ – Ende des mRNA-Moleküls und bewegt sich in eine 3 ‚ – Richtung, bis sie auf ein Startcodon (AUG) trifft. Es bildet dann einen Komplex mit der großen Einheit des Ribosomenkomplexes und einem Initiations-tRNA-Molekül.
2. Dehnung. Nachfolgende Codons auf dem mRNA-Molekül bestimmen, welches tRNA-Molekül, das mit einer Aminosäure verbunden ist, an die mRNA bindet. Ein Enzym Peptidyltransferase verbindet die Aminosäuren unter Verwendung von Peptidbindungen miteinander., Der Prozess wird fortgesetzt und produziert eine Kette von Aminosäuren, während sich das Ribosom entlang des mRNA-Moleküls bewegt.
3. Kündigung. Translation in terminiert, wenn der ribosomale Komplex einen oder mehrere Stop-Codons (UAA, UAG, UGA) erreicht. Der ribosomale Komplex in Eukaryoten ist größer und komplizierter als in Prokaryoten. Darüber hinaus werden die Prozesse der Transkription und Translation in Eukaryoten zwischen dem Kern (Transkription) und dem Zytoplasma (Translation) unterteilt, was mehr Möglichkeiten für die Regulation der Genexpression bietet.,
4. Post-übersetzung Verarbeitung des proteins

Gen-Verordnung

Gen-regulation-ist eine Bezeichnung für die zellulären Prozesse, die Steuern, die rate und die Art und Weise der Genexpression. Ein komplexer Satz von Wechselwirkungen zwischen Genen, RNA-Molekülen, Proteinen (einschließlich Transkriptionsfaktoren) und anderen Komponenten des Expressionssystems bestimmt, wann und wo bestimmte Gene aktiviert werden und wie viel Protein oder RNA-Produkt produziert wird.,

Einige Gene werden kontinuierlich exprimiert, da sie Proteine produzieren, die an grundlegenden Stoffwechselfunktionen beteiligt sind; einige Gene werden als Teil des Prozesses der Zelldifferenzierung exprimiert; und einige Gene werden als Ergebnis der Zelldifferenzierung exprimiert.

Mechanismen der Genregulation umfassen:

• Regulierung der Transkriptionsrate. Dies ist die Wirtschaftlichste Methode der Regulierung.
• Regulierung der Verarbeitung von RNA-Molekülen, einschließlich alternativem Spleißen, um mehr als ein Proteinprodukt aus einem einzigen Gen zu produzieren.
• Regulierung der Stabilität von mRNA-Molekülen.,
• Regulierung der Übersetzungsrate.

Transkriptionsfaktoren sind Proteine, die eine Rolle bei der Regulierung der Transkription von Genen durch Bindung an spezifische regulatorische Nukleotidsequenzen spielen.

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