Moleculaire genetica

Moleculaire genetica
Genregulatie.
Als alle genen tegelijk tot expressie zouden komen, zouden al
deze verschillende eiwitten niet in de cel passen. Net als
prokaryoten kunnen eukaryoten de genexpressie reguleren op
verschillende niveaus, zie het figuur hiernaast. In principe is de
genregulatie bij eukaryoten hetzelfde als bij prokaryoten.
Regulatie van de genexpressie bij eukaryoten vindt op
verschillende niveaus plaats:

Chromosoom niveau.
Zoals al eerder te lezen was, is DNA samen met eiwitten
verpakt tot chromatinen. Een van de manieren waarop
deze verpakking een rol speelt, is de locatie van de
promoter ten opzichte van het nucleosoom dat bepaald
waar het gen wordt getranscribeerd. Ook chemische
modificaties (veranderingen) in de histonen en het DNA
kunnen de structuur van chromatinen en de
genexpressie beïnvloeden. Bij histoonmodificaties wordt
de structuur van de histoonstaarten veranderd door
enzymen, die katalyseren de toevoeging of verwijdering
van chemische groepen. Voorbeelden van deze
chemische groepen zijn: acethylgroep, fosfaatgroep en
methylgroep. Bij DNA-modificaties worden de basen van
DNA door enzymen gemethyleerd. De meeste basen
worden gemethyleerd met cytosine. DNA dat actief wordt
getranscribeerd is minder gemethyleerd dan inactief
DNA.

Transcriptie niveau.
RNA-polymerase wordt tijdens het binden geholpen doorcis- en trans-werkende
elementen. Cis-werkende elementen, controle elementen, zijn sequenties in het
DNA. Er zijn twee soorten cis-werkende elementen: proximale controle elementen
(in de promoter gelegen) en distal controle elementen (verweg van de promoter
gelegen). Voorbeelden van proximale controle elementen zijn TATA box
(sequentie bestaande uit A en T) en CAAT box (sequentie bestaande uit
GGCCAATCT) en beïnvloeden de efficiëntie van de promoter. Een groep distal
controle elementen wordt ook wel enhancer genoemd. Enhancers beïnvloeden de
efficiëntie van de promoter van een afstand. Elke enhancer bestaat ongeveer uit
tien distal controle elementen, die elk één of twee activatoren kan binden. Met
deze tien controle elementen zijn verscheidene combinaties te maken. De
transcriptie zal alleen worden gestart wanneer de juiste activatoren aanwezig zijn
in de cel om aan de unieke combinatie van controle elementen te kunnen binden.
In de figuur hieronder zie je hoe verschillende activatoren kunnen bijdragen aan
het vormen van een type cellen. Proximale controle elementen helpen bij de
regulatie van transcriptie door het binden van eiwitten, activatoren of repressors.
Trans-werkende elementen, transcriptiefacoten, zijn proteïnen die in grote
diversiteit voorkomen. Er zijn twee type transcriptie factoren (alle genen, die
eiwitten coderen) en specifieke transcriptie factoren (bepaalde genen, die eiwitten
coderen). In het andere figuur hieronder zie je hoe enhancers en
transcriptiefactoren bijdragen aan de regulatie.
Biologie | Enzymen en eiwitsynthese VWO | Moleculaire genetica

RNA-processing niveau.
Een van de manieren waarop genregulatie op dit niveau
kan plaatsvinden is door alternatieve RNA-splicing,
waarbij verschillende mNRA-moleculen worden gevomrd
uit het zelfde pre-mRNA, doorop verschillende manieren
het DNA te bestempelen als intronen of exonen, zie het
figuur rechts hierboven. Een andere manier is door
afbraak van mRNA-moleculen. In eukaryoten kunnen
mRNA-moleculen uren, dagen of zelfs weken overleven
voordat ze worden afgebroken door enzymen. Dit heeft
als nadeel dat eukaryoten hun eiwitsynthese niet snel
kunnen aanpassen op veranderende
milieuomstandigheden. De afbraak van mRNAmoleculen begint met het verkorten van de poly-Astaart waarna de 5’-cap wordt verwijderd. Na de
verwijdering van de 5’-cap knipt het enzym nuclease het
mRNA-molecuul kapot.

Translatie niveau.
De regulatie op translatie niveau vind meestal op
verschillende manieren plaats tijdens de initiatie.
Een van de manieren is het blokkeren van de
binding van het ribosoom door regulatoreiwitten,
die zich binden aan een specifieke sequentie in
het mRNA. In eicellen kan de binding van het
ribosoom ook worden geblokkeerd. Echter wordt
de blokkade veroorzaakt door een te korte polyA-staart. Om toch de translatie te kunnen
beginnen voegt een enzym meer adenine toe,
zodat de poly-A-staart wordt verlengt.

Proteïneprocessing en degradatie niveau.
Regulatie kan tevens bij eukaryoten optreden
bij het verwerken van polypeptiden tot een
functioneel eiwit.
Zo ondergaan veel polypeptiden chemische
veranderingen voordat ze kunnen
functioneren.
Verder kan regulatie op dit niveau
plaatsvinden bij eiwitten die naar het
oppervlakte van de cel moeten worden
vervoert. Een andere manier waarbij
regulatie een rol speelt is de tijd dat een
eiwit actief is in de cel.
Bron: http://genetica.webklik.nl/page/genregulatie
Biologie | Enzymen en eiwitsynthese VWO | Moleculaire genetica