Was bestimmt, welches Protein zu einem bestimmten Zeitpunkt synthetisiert werden soll?

Die Regulierung der Genexpression und der Proteinsynthese findet auf mehreren Ebenen statt, und zusammen ermöglichen diese Ebenen eine genaue Kontrolle darüber, wann und in welchem ​​Ausmaß Gene aktiv sind. Es wäre unmöglich, eine umfassende Antwort auf eine so umfassende Frage zu geben. Hier ist ein Starter, beginnend mit der wichtigsten Tatsache:

DNA wird als Matrize zur Herstellung von Boten-RNA verwendet, die aus dem Zellkern exportiert wird, um Proteine ​​auf Ribosomen genannten Strukturen im Zytoplasma zu produzieren.

Auf der DNA-Ebene gibt es eine Menge Regulierung darüber, welche Gene wann und in welchem ​​Umfang in Boten-RNA transkribiert werden. Der Name für diese Regulation ist Transkriptionsregulation. Beispielsweise bindet ein Netzwerk von Proteinen, die als Transkriptionsfaktoren bezeichnet werden, an die DNA und reguliert die Zugänglichkeit eines Gens für Transkriptionsenzyme. Ein weiteres Beispiel: Auch die dreidimensionale Topographie der DNA ist wichtig. Epigenetische Merkmale können einige DNA-Abschnitte unzugänglich machen. Die spezifische Wirkung von distalen Elementen, die als Enhancer bezeichnet werden, kann auch das Expressionsniveau eines Gens beeinflussen. Auf dieser Ebene arbeiten viele Dinge zusammen.

Sobald eine Boten-RNA gebildet ist, muss sie aus dem Zellkern in die Zelle exportiert werden. Im Zytoplasma kann es verpackt, von der Übersetzung in Protein isoliert, abgebaut, angereichert werden, die Liste geht weiter. Dies wird als Translationsregulation bezeichnet . Derzeit konzentriert sich die biomedizinische und Grundlagenforschung stark auf microRNAs, das sind RNA-Spezies, die an der Regulierung der Menge an Boten-RNAs beteiligt sind, die in der Zelle vorhanden sind. Sie kommen auch im Zellkern vor. Viele Biotechnologien basieren auf diesem Konzept; Eine gängige Laborpraxis besteht auch darin, Gene von Forschungsinteresse durch eine als RNA-Interferenz bezeichnete Technik auszuschalten (deren Expression zu reduzieren).

Darüber hinaus gibt es eine Regulation der Proteinbiosynthese am Ribosom, das sich oft auf komplizierte Weise mit anderen Molekülen komplexiert, um eine zusätzliche Ebene der Abstimmung darüber sicherzustellen, wie viel Protein produziert wird und wie schnell.

Es gibt viele, viele andere bekannte Regulierungsebenen. Es bleiben auch noch viele unbekannte Regulationsmechanismen, mit deren Aufdeckung und Verständnis Wissenschaftler beschäftigt sind, während wir hier sprechen.

EDIT: Was bestimmt, welches Protein zu einem bestimmten Zeitpunkt synthetisiert werden soll? Die Geschichte und gegenwärtige Identität einer Zelle. Mit Identität meine ich seinen Zustand in Bezug auf die Regulierung seiner eigenen Genexpression sowie andere Dinge.

Sie fragen, wie eine Zelle oder ein Organismus die Proteinsynthese reguliert. Dies ist eine komplexe Frage mit vielen verschiedenen Teilen. Es ist gut dargestellt in Alberts Molecular Biology of the Cell, Kapitel 7, über genetische Schalter. Hier ist ein Online-Abschnitt aus diesem Kapitel in der Ausgabe von 2002.

An der Regulierung der Proteinsynthese ist viel beteiligt. Wenn Sie sich vorstellen können, es zu regulieren, ist es in der Regel reguliert. Hier ist eine Abbildung von Alberts, um Sie zum Nachdenken anzuregen:

Es gibt einige Dinge, die für alle Gene erforderlich sind. Allgemeine Transkriptionsfaktoren zum Beispiel und die Pribnow- oder TATAAT-Box. Das Vorhandensein, das Fehlen, der Ort und die Zugänglichkeit dieser Dinge können das Niveau der Proteinsynthese durch die Zelle regulieren. Andere Dinge werden zwischen verschiedenen Genen unterscheiden. Unter bestimmten Bedingungen werden bestimmte genregulatorische Proteine ​​produziert, nicht so schnell zerstört, aktiviert, in den Zellkern eindringen gelassen usw., regulatorische Sequenzen werden exponiert oder nicht exponiert, methyliert oder unmethyliert ... und die Transkriptionsraten werden sich entsprechend ändern (steigend wenn diese Protein-Gen-Interaktionen den Zusammenbau, die Bindung und die Transkription durch die Polymerase stabilisieren, nehmen sie ab, wenn sie den Zusammenbau, die Bindung und die Transkription durch die Polymerase destabilisieren).

Dies ist nur ein Vorgeschmack auf die wunderbare Welt der Genregulation in der eukaryotischen Zelle. Wie es in Alberts heißt, kodieren von den rund 30.000 menschlichen Genen schätzungsweise 5–10 % genregulatorische Proteine. Und das sind nur die Proteine, die direkt die Transkription regulieren.