Genexpressie en Genregulatie

• Biology
• Tertiary Education

Genexpressie en Genregulatie

Vandaag

• Wat is genexpressie en genregulatie?
• Genregulatie in prokaryoten/eukaryoten
• Genexpressie in prokaryoten/eukaryoten 

Genregulatie

Elke cel van elk organisme heeft exact hetzelfde genetische materiaal; tijdens de celdeling wordt het DNA namelijk precies verdubbelt.

Genregulatie

Dat zou echter betekenen dat tijdens de Eiwit synthese ALLE mogelijke eiwitten gemaakt worden door élke cel , de hele tijd.

Dat is niet handig.

Genregulatie

Daarom worden er genen aan en uit gezet:

Dat noemen we genregulatie

Genregulatie

Genregulatie verschilt per organisme: 

• Prokaryoten gebruiken inductoren om genen te reguleren.
• Eukaryoten zetten genen permanent aan of uit.

Genexpressie

We praten over genexpressie wanneer er translatie plaatsvindt en één van de genen dus tot uiting komt. Daarover later meer.

Prokaryoot en Eukaryoot

Je weet:

Prokaryoten ééncelligen zonder celkern.
Eukaryoot (vaak) meercelligen met celkern

Prokaryoten: Genregulatie

Alleen prokaryoten hebben een stuk gen genaamd een  "operon".

Het operon bestaan uit verschillende onderdelen:

Prokaryoten

Prokaryoten hebben een stuk gen genaamd een  "operon".

Het operon bestaan uit verschillende onderdelen:

Structuur genen

De structuurgenen zijn de genen die informatie bevatten over het te maken eiwit. 

De structuurgenen liggen vaak naast elkaar zodat de genexpressie voor deze genen tegelijkertijd kan worden geregeld.

Prokaryoten

Prokaryoten hebben een stuk gen genaamd een  "operon".

Het operon bestaan uit verschillende onderdelen:

Regulator gen

Het regulator gen zorgt voor de 

synthese van het "repressor eiwit".

Dit gebeurt via eiwitsynthese met mRNA.

Prokaryoten

Prokaryoten hebben een stuk gen genaamd een  "operon".

Het operon bestaan uit verschillende onderdelen:

Promotor

de promotor is het stukje waaraan RNA-polymerase, het enzym dat zorgt voor RNA replicatie, kan binden en kan "vertrekken".

Prokaryoten

Prokaryoten hebben een stuk gen genaamd een  "operon".

Het operon bestaan uit verschillende onderdelen:

Operator

De operator is het oranje stukje en is een bindplaats voor de repressor. 

De repressor past hier dus als een soort puzzelstukje precies op.

Die operator is dus een soort aan- en uitknop :)

De repressor, gemaakt door de regulatorgen , kan zich binden aan de "operator".

Daardoor kan het RNA-polymerase enzym niet vertrekken en kunnen dus de structuurgenen niet gekopieerd worden.

Inductor

Dit proces speelt zich af als er géén inductor aanwezig is.

Een goed voorbeeld hiervoor is de E-coli bacterie.

E-coli

E-coli is een bacterie die in ons darmkanaal leeft.

E-coli eet vooral Glucose en Lactose. 

Om lactose te kunnen verteren moet E-coli een 

enzym aanmaken (Beta-galactosidase). Enzymen zijn eiwitten

Nu is het voor E-coli enorm onhandig om dat enzym aan te maken als er géén lactose aanwezig is. 

Dat kost enorm veel energie!

E-coli

De genexpressie (het maken van het enzym) hangt

dus af van het milieu (aanwezigheid van lactose)

Dit gebeurt omdat lactose kan binden aan de repressor; waardoor de repressor niet meer kan binden aan de operator. 

In dat geval kan RNA-polymerase binden aan de 

promotor; en komt het gen tot uiting.

Eukaryoten: Mensen

Eukaryoten zijn méércelligen (vaak) , daarom is het niet handig om voor elke cel altijd repressors te maken.

Dat kost te veel energie!

Eukaryoten: Mensen

.

Bij mensen worden er tijdens de embryonale ontwikkeling tot en met zo'n 220 verschillende type cellen gedifferentieerd.

Dit is handig, omdat niet élke cel élk eiwit hoeft te maken.

Spiercellen hoeven geen Insuline te maken, alvleesklier cellen wel

Embryonale stamcellen, de cellen die zich tijdens de zwangerschap als éérste delen zijn

omnipotent of totipotent.

Deze kunnen zich dus nog in álle celtypes verdelen. Onder andere de cellen voor de placenta of navelstreng!

Na die eerste paar delingen zijn er bepaalde genen uitgezet, waardoor de cellen zich "alleen" nog kunnen delen in de celtypes van het organisme zelf! 

Dit noemen we pluripotent.

Uiteindelijk zullen er steeds meer genen worden uitgezet waardoor de overblijvende stamcellen zich alleen nog kunnen delen in specifieke celtypes.

Bloedstamcellen kunnen zich bijvoorbeeld delen in de verschillende bloedcellen.

dit noemen we multipotent

Mensen: regulatorgenen

Maar hoe worden die genen dan uitgezet?

Simpel! 

Bij mensen kan RNA-polymerase alleen maar binden aan de promoter als er transcriptiefactoren aanwezig zijn.

Die transcriptiefactoren worden gemaakt door een regulatorgen!

Mensen: regulatorgenen

De regulatorgenen tijdens de embryonale ontwikkeling beïnvloeden elkaar; een soort domino effect. 

De plaats van een stamcel in het embryo bepaald welke regulatorgenen aan gaan. Hierdoor worden bepaalde eiwitten gemaakt die de nabijgelegen weer beïnvloeden.

Mensen

Ook bij volwassenen word genexpressie gereguleerd; zo maakt je thyroïde minstens 3 eiwitten aan maar niet tegelijkertijd en zeker niet de hele tijd.

Mensen

Een factor voor genexpressie is het milieu. Zo kunnen het voor komen van bepaalde stoffen ook zorgen voor genexpressie.

Een hoog gehalte van glucose in het bloed zorgt bijvoorbeeld voor de maakt van Insuline.

Histonen

Over het algemeen ligt DNA in de cellen opgerold; dat kan je een beetje vergelijken met een boekrol

Ligt het DNA mooi opgerold, dan valt het gen niet af te lezen.

Maar wordt het wat opengerold; dan kan RNA-polymerase wel binden

GEN

Histonen

Het ligt opgerold over histonen:

GEN

DNA-methylering

Om de genen wat dichter op elkaar te leggen, dus het "uitzetten" van de genen, wordt er een methyl-groep aangebonden.

Dit heet ook wel "DNA-methylering". 

Bij de deling van DNA worden deze methyleringspatronen ook doorgegeven.

DNA-methylering

Door het doorgeven van methyleringspatronen kan een organisme , op basis van milieu, bepaalde genregulaties doorgeven aan zijn nakomelingen! 

Dit heet "epigenetica"