Regulatie genexpressie

• Biologie
• Secundair onderwijs

Regulatie van genexpressie

Noodzaak van regulatie

Variatie in intensiteit van genexpressie:

• Enzymen nodig voor basisfunctie cel: continue expressie
  
• Enzymen voor specifieke functie cel: niet continue expressie

Voorkomen van verspilling grondstoffen en energie

Noodzaak van regulatie

• In gedifferentieerde cel wordt beperkt gedeelte DNA-info gebruikt. Bv.: levercel gebruikt info voor synthese van bloedplasmaproteïnen en niet info voor bindweefselproteïnen.
• Soms tijdelijk gebruik van genen. Bv.: tijdens embryonale ontwikkeling worden er andere genen gebruikt dan tijdens volwassen leven.

Opbouw van een expressie-eenheid

Gen is onderdeel van een combinatie van verschillende DNA-segmenten die samen een expressie-eenheid vormen.

Opbouw van een expressie-eenheid

Expressie-eenheid:

• Transcriptie-eenheid = basensequentie van 1 of meerdere naast elkaar gelegen genen die coderen voor specifieke proteïnen = structuurgenen. 
• Promotor = kort stukje DNA dat als startsignaal voor transcriptie dient. Bevat basensequenties dat RNA-polymerase herkent en waar het aan kan binden.
• Regulatorgenen of regelgenen = genen die coderen voor proteïenen die via een proteïne-DNA-interactie de transcriptie van structuurgenen kunnen beïnvloeden.

De promotor en de regelgenen laten toe genen te activeren of blokkeren naargelang de omstandigeheden in een cel.

Opbouw van een expressie-eenheid

Regulatie van genexpressie bij prokaryoten

Omdat prokaryoten 1cellig zijn moeten ze zich snel kunnen aanpassen aan wijzigingen in hun milieu.

Bijvoorbeeld waneer er geen glucose aanwezig is maar wel lactose, dan heeft een bacterie nood aan enzymen die lactose kunnen verwerken. Deze enzymen zijn niet altijd beschikbaar, bijvoorbeeld wanneer er glucose aanwezig is, maar als er enkel lactose aanwezig is dan worden deze enzymen wel geproduceerd.

Regulatie van genexpressie bij prokaryoten

In een bacterieel chromosoom liggen functioneel bij elkaar horende structuurgenen vaak vlak naast elkaar en hun transcriptie staat onder controle van 1 gemeenschappelijke promotor. Die volledige expressie-eenheid = operon.

Promotor, operator en structuurgenen = operon.

Genregulatie door repressie en inductie

Genregulatie bij E. coli voor lactose-metabolisme:
repressor-inductor model.

1.  Geen lactose: lac-operon met repressor
   indien geen lactose in extern milieu van E. coli:
   -> Expressie lac-operon wordt onderdrukt door repressor.
   -> Repressorproteïne bindt op de operator
   -> Binding is hindernis voor RNA-polymerase die zo niet kan beginnen met transcriptie.
   -> Geen lactoseverterende enzymen worden gevormd.

Genregulatie door repressie en inductie

Genregulatie door repressie en inductie

2. Wel lactose: lac-operon met inductor
      Indien wel lactose in extern milieu van E. coli: 

      -> Inductor (allactose) bindt aan repressor.
      -> Vorm van repressorproteïne verandert. 
      -> Repressor kan niet binden aan operator. 
      -> Structuurgenen worden aangeschakeld.

      -> Lactoseverterende enzymen worden gevormd.

Regulatie van genexpressie bij eukaryoten

• Bij ééncelligen eukaryoten zoals gistcellen: snelle adaptatie aan omgeving kan ook noodzakelijk zijn.
  
• Bij meercelligen: acute regulatie van genexpressie veel minder nodig. Cellen bevinden zich in een inwendigmilieu dat door homeostasemechanismen stabiel
  wordt gehouden. Genregulatie bij meercellige eukaryote is meer gericht op differentiatie.