Biotechnologie in TB jaar 2, blok 2. Genregulatie, Cel differentiatie, Toepassingen in DNA technieken, Genetische merkers en DNA technieken (o.a PCR), Genetische Modificatie.
,Regulatie genexpressie
Hoofdstuk 18 – Control of gen expression
Paragraaf 1: Bacteria often respond to environmental change by regulating transcription
Een metabolische weg kan gecontroleerd worden in 2 niveaus.
Cellen kunnen de activiteit van enzymen aanpassen die al
aanwezig zijn -> snelle respons die gebaseerd is op de
gevoeligheid van veel enzymen naar chemische signalen die de
katalytische activiteiten verhogen of verlagen.
Cellen kunnen het productie niveau van verschillende enzymen
aanpassen. Ze kunnen de genexpressie reguleren door enzymen
te coderen. De controle van enzymproductie gebeurt bij een
niveau van transcriptie, de synthese van mRNA van de genen die
coderen voor deze enzymen.
Operons: the basic concept
In de figuur hierboven dient een promoter voor alle 5 genen, die
de transcriptie unit bijdragen. Een promoter is een plaats waar
RNA polymerase kan binden aan DNA en de transcriptie begint.
De transcriptie ontstaat door een lange mRNA molecuul die
codeert voor de 5 polypeptiden die de enzymen vormen in de tryptofaan weg. De cel kan deze enkele
mRNA transleren in 5 verschillende polypeptiden, omdat het mRNA word onderbroken met de start
en stop codons. Die signaleren waar de codonsequentie voor elke polypeptide begint en eindigt.
Deze genen zijn
gecoördineerd
gecontroleerd. Wanneer
een E. coli tryptofaan
moet maken voor zichzelf
omdat de omgeving
aminozuren mist, alle
enzymen voor het
metabolische weg worden
gesynthetiseerd op
hetzelfde moment. De
aan-uit knop is een
segment van DNA ->
operator. Een operator is
gepositioneerd binnen de
promoter of in sommige
gevallen tussen de
promoter en de
enzymcoderende genen.
De operator controleert
de toegang van RNA polymerase van de genen. De operator, de promoter en de genen die zij
beheersen, het hele stuk DNA dat nodig is voor de enzymproductie voor de tryptofaanroute - vormt
een operon.
Het trp operon wordt aangezet, waardoor RNA polymerase kan binden aan de promoter en
transcribeert de genen van het operon. Het trp operon kan uitgezet worden door een eiwit die trp
repressor wordt genoemd. Een repressor bindt aan de operator en blokkeert de aanhechting van RNA
polymerase aan de promoter -> voorkomen van transcriptie van de genen. Een repressor eiwit is
specifiek voor de operator van een enkele operon. Een repressor eiwit wordt gecodeerd door een
regulatoire gen – trpR. trpR bevindt zich op een afstandje van het trp operon en heeft zijn eigen
,promoter. Regulatoire genen worden continue uitgedrukt, alleen bij een lage waarde en een paar trp
repressor moleculen zijn altijd aanwezig in E.coli cellen.
Waarom is het trp operon dan niet altijd uitgezet? Als eerst: de binding van repressors aan operators
is omkeerbaar. Een operator wisselt tussen twee toestanden: een met de repressor gebonden en een
zonder de repressor gebonden. Als tweede: de trp repressor, zoals veel regulatoire eiwitten, is een
allosterisch eiwit met twee verschillende vormen: actief en inactief, die een kleine affiniteit heeft voor
de trp operator. Alleen wanneer een tryptofaanmolecuul bindt aan de trp-repressor op een
allosterische plaats, verandert het repressoreiwit in de actieve vorm die zich kan hechten aan de
operator, waardoor het operon wordt uitgeschakeld.
Tryptofaan dient hier als een corepressor, een klein molecuul die samenwerkt met een repressoreiwit
om een operon uit te schakelen. Wanneer een tryptofaan accumuleert, meer tryptofaan moleculen
associëren met trp repressor moleculen, die dan kunnen binden aan de trp operator en het
uitschakelen van de productie van de tryptofaanweg enzymen. De trp operator is een voorbeeld van
hoe genexpressie kan reageren met veranderingen in de cel zijn binnenste en buitenste milieu.
Repressible and Inducible Operons: Two types of Negative Gen Regulation
Het trp operon is een repressible operon omdat de transcriptie meestal aan is, maar kan ook
onderdrukt worden (repressed) wanneer een specifiek klein molecuul (tryptofaan) allosterisch bindt
aan een regulatoir eiwit. Daarentegen, een inducible operon is meestal uit, maar kan gestimuleerd
worden (induced) om aan te gaan wanneer een specifiek klein molecuul reageert met een verschillend
regulatoir eiwit.
Het gen voor B-galactosidase (lacZ) is deel van het lac
operon, wat inhoud dat twee andere genen coderen voor
enzymen die functioneren voor het gebruik van lactose. De
totale transcriptie eenheid die onder het bevel van één
hoofdoperator en promoter staat. Het regulatoire gen, lacL,
bevind zicht buiten het lac operon, codeert voor een
allosterische repressor eiwit die het lac operon uit kan
schakelen door aan het lac operon te binden. Het trp
repressor eiwit is inactief en heeft tryptofaan nodig als een
corepressor om aan een operator te binden. De lac
repressor daarentegen is
actief, door te binden aan de
operator en lac operon uit te
schakelen. In dit geval, een
specifiek klein molecuul, een
inducer, inactiveert de
repressor -> mRNA
transcriptie begint en de
enzymen voor gebruik van
lactose worden gemaakt.
Voor het lac operon, de
inducer allolactose, een isomeer dat gevormd wordt in kleine hoeveelheden van lactose die de cel
binnenkomt. Geen lactose = geen allolactose = repressor actief = lac operon is silenced.
In deze zin van genregulatie: de enzymen van de lactose pathway worden inducible enzymen
genoemd, omdat hun synthese gestimuleerd wordt door een chemisch signaal (allolactose). De
enzymen voor tryptofaan synthese zijn repressible. Repressible enzymen functioneren in anabolische
pathways, die essentiële eindproducten van ruw materiaal (precursors) synthetiseren. Inducible
enzymen kunnen meestal functioneren in katabolische pathways die nutriënten afbreken naar simpele
moleculen.
, Regulatie van trp en lac operons beïnvloed de negatieve controle van genen, omdat de operons
uitgeschakeld zijn door de actieve vorm van hun respectieve repressor eiwitten.
Positive Gene Regulation
Genregulatie wordt positief genoemd alleen wanneer een
regulatoir eiwit direct interact met het genoom om transcriptie
aan te zetten.
Wanneer glucose en lactose beide aanwezig zijn in het milieu
bij E. coli, hij wil liever glucose gebruiken. De enzymen voor
glucose afbraak in glycolyse zijn altijd aanwezig. Wanneer
lactose aanwezig is en glucose in kleine hoeveelheden, gebruikt
E. coli lactose als een energiebron en alleen dan synthetiseert
het aanzienlijke hoeveelheden van de enzymen voor lactose
afbraak.
Het mechanisme hangt af van de interatie van een allosterische
regulatoir eiwit met een klein organisch molecuul, cyclische
AMP (cAMP). In dit geval, cAMP accumuleert wanneer glucose
schaars is. Het regulatoire eiwit, cAMP receptor eiwit (CRP), is
een activator, een eiwit dat bindt aan DNA en stimuleert de
transcriptie van een gen. Wanneer cAMP bindt aan dit
regulatoir eiwit, CRP neemt zijn actieve vorm aan en kan dan
hechten aan een specifieke plaats bij de upstream eind van de
lac promoter. Deze hechting verhoogt de affiniteit van RNA
polymerase voor de lac promoter, die liever laag is zelfs
wanneer er geen lac repressor gebonden is aan de operator.
Doordat RNA polymerase bindt aan de promoter, wordt de
waarde van transcriptie verhoogt van het lac operon. De
hechting van CRP aan de promoter stimuleert gen expressie ->
positieve regulatie.
Wanneer de hoeveelheid van glucose toeneemt, de cAMP
concentratie gaat omlaag en zonder cAMP hecht CRP niet meer aan
het lac operon. Omdat CRP inactief is, RNA polymerase bindt minder
efficiënt aan de promoter en transcriptie van het lac operon gaat door
in lage levels, zelfs wanneer lactose aanwezig is.
Dus, het lac operon is onder duale controle: negatieve controle door
de lac repressor en positieve controle door CRP. De staat van de lac
repressor (met allolactose die bind of niet) beïnvloed of er wel of geen
transcriptie plaats vind van de lac operons genen.
CRP helpt ook andere operons die enzymen coderen die gebruikt
worden in katabolische pathways.
Paragraaf 2: Eukaryotic gene expression is regulated at many stages
De verschillen tussen celtypen zijn daarom niet te wijten aan het feit
dat er verschillende genen aanwezig zijn, maar aan differentiële
genexpressie, de expressie van verschillende genen door cellen met
hetzelfde genoom. In alle organismes, genexpressie wordt
gecontroleerd bij transcriptie: regulatie bij dit stadium gebeurt vaak
in reactie van signalen die van buitenaf komen, zoals hormonen of
andere signalerende moleculen.
Voordelen van het kopen van samenvattingen bij Stuvia op een rij:
√ Verzekerd van kwaliteit door reviews
Stuvia-klanten hebben meer dan 700.000 samenvattingen beoordeeld. Zo weet je zeker dat je de beste documenten koopt!
Snel en makkelijk kopen
Je betaalt supersnel en eenmalig met iDeal, Bancontact of creditcard voor de samenvatting. Zonder lidmaatschap.
Focus op de essentie
Samenvattingen worden geschreven voor en door anderen. Daarom zijn de samenvattingen altijd betrouwbaar en actueel. Zo kom je snel tot de kern!
Veelgestelde vragen
Wat krijg ik als ik dit document koop?
Je krijgt een PDF, die direct beschikbaar is na je aankoop. Het gekochte document is altijd, overal en oneindig toegankelijk via je profiel.
Tevredenheidsgarantie: hoe werkt dat?
Onze tevredenheidsgarantie zorgt ervoor dat je altijd een studiedocument vindt dat goed bij je past. Je vult een formulier in en onze klantenservice regelt de rest.
Van wie koop ik deze samenvatting?
Stuvia is een marktplaats, je koop dit document dus niet van ons, maar van verkoper ilonadeweert. Stuvia faciliteert de betaling aan de verkoper.
Zit ik meteen vast aan een abonnement?
Nee, je koopt alleen deze samenvatting voor €8,49. Je zit daarna nergens aan vast.
