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Wird die RNA-Polymerase von Proteinen beeinflusst, die an die kodierende Sequenz eines Gens gebunden sind?

Wird die RNA-Polymerase von Proteinen beeinflusst, die an die kodierende Sequenz eines Gens gebunden sind?


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Ich entwerfe ein synthetisches Genkonstrukt, um Gene in zu exprimieren E coli entweder von Ptet oder PLacO angetrieben. Das Konstrukt würde so aussehen:

-Ptet-(Gen1)-PLacO-(Gen2)-

Ich möchte jedes Gen entweder mit aTc oder IPTG exprimieren, aber ich möchte sicherstellen, dass die Transkription jedes Gens unabhängig gesteuert werden kann.

Angenommen, ich füge nur aTc hinzu und die Transkription wird an der Ptet-Position initiiert, würde RNA-Polymerase auf LacI stoßen, das an den PLacO-Promotor gebunden ist, und die Transkription aufhören? Oder würde es die LacI-Transkription (Gen 2) abbrechen? Ich bin mir nicht sicher, ob eine Terminatorsequenz eingefügt werden muss, um sicherzustellen, dass die Expression jedes Gens entkoppelt ist.


Gute Frage! Stellen Sie zunächst sicher, dass Sie am Ende Ihres ersten Gens mehrere Transkriptions-Stopp-/Terminator-Sequenzen haben. Dies ist ein ganz normales Verfahren. Auch in Ihrem Fall ist das Phänomen Transkriptionsinterferenz (TI) praktisch. Hier ist eine Rezension zu TI. Zusamenfassend:

der Begriff TI bezieht sich normalerweise auf den direkten negativen Einfluss einer Transkriptionsaktivität auf eine zweite Transkriptionsaktivität in cis.

Obwohl TI meistens als zwei sich gegenseitig beeinflussende Transkriptionsereignisse definiert wird, beruht dies auf der niedrigen Ebene darauf, dass sich zwei an die DNA gebundene Proteine ​​gegenseitig beeinflussen. Da LacIs Funktion nun darin besteht, die Transkription zu hemmen, ist es stark an die DNA gebunden und ich würde sagen, selbst wenn eine Polymerase irgendwie durch die polyA-Signale am Ende des ersten Gens schlüpft, wird sie wahrscheinlich durch das bereits gebundene LacI gestoppt beim zweiten Promoter.

Alternativ könnten Sie dem ersten Gen einen schwachen Promotor entgegensetzen und seine Expression steuern, sodass er mit der ankommenden Polymerase des ersten Gens kollidiert und sie so stoppt, bevor das zweite Gen erreicht wird. Auch hier ist ein weiterer Artikel über TI, der ein Genregulationsnetzwerk basierend auf TI vorschlägt.


RNA-Polymerase V lenkt Transkriptions-Silencing-Komponenten auf Promotoren von Protein-kodierenden Genen

Transkriptionelles Gen-Silencing kontrolliert Transposons und andere repetitive Elemente durch RNA-gerichtete DNA-Methylierung (RdDM) und Heterochromatin-Bildung. Eine Schlüsselkomponente des RdDM-Wegs von Arabidopsis ist ARGONAUTE4 (AGO4), das mit siRNAs assoziiert, um die DNA-Methylierung zu vermitteln. Hier zeigen wir, dass AGO4 vorzugsweise auf transponierbare Elemente abzielt, die in Promotoren von Protein-kodierenden Genen eingebettet sind. Dieses Bindungsmuster von AGO4 kann nicht einfach durch die Sequenzen von AGO4-gebundenen siRNAs erklärt werden, stattdessen wird die AGO4-Bindung an spezifische Gen-Promotoren auch durch lange nicht-kodierende RNAs (lncRNAs) vermittelt, die von der RNA-Polymerase V produziert werden. lncRNA-vermittelte AGO4-Bindung an Gen Promotoren lenkt die asymmetrische DNA-Methylierung zu diesen genomischen Regionen und ist an der Regulierung der Expression von Zielgenen beteiligt. Schließlich überlappt die AGO4-Bindung die DNA-Methylierungsstellen, die von der biotischen Stressreaktion beeinflusst werden. Basierend auf diesen Ergebnissen schlagen wir vor, dass die Ziele von AGO4-gerichtetem RdDM regulatorische Einheiten sind, die für die Kontrolle der Genexpression unter bestimmten Umweltbedingungen verantwortlich sind.


Wird die RNA-Polymerase von Proteinen beeinflusst, die an die kodierende Sequenz eines Gens gebunden sind? - Biologie

Prüfung 3: Kap. 17: Vom Gen zum Protein

Fast jedes mRNA-Gen, das für ein Protein kodiert, beginnt mit dem Startcodon AUG und damit mit einem Methionin.

Fast jede proteinkodierende Sequenz endet mit einem der drei Stopcodons (UAA, UAG und UGA), die nicht für Aminosäuren kodieren, aber das Ende der Translation signalisieren.

Während der Translation werden Nukleotidbasentripletts (Codons) in mRNA der Reihe nach in 5’ → 3’-Richtung entlang der mRNA gelesen. Aminosäuren werden durch die Folge von Codons spezifiziert. Welche Aminosäuresequenz spezifiziert die folgende mRNA-Nukleotidsequenz?

Drücken Sie die Aminosäuresequenz mit den dreibuchstabigen Abkürzungen aus, die durch Bindestriche getrennt sind (z. B. Met-Ser-Thr-Lys-Gly).

Eine Aminosäuresequenz wird durch Folgen von Drei-Buchstaben-Codons auf der mRNA bestimmt, die jeweils für eine bestimmte Aminosäure oder ein Stoppsignal kodieren. Die mRNA wird in 5’ → 3’ Richtung translatiert.

Für welche Aminosäure kodiert das Codon GCA?

Um die durch die mRNA-Sequenz spezifizierten Aminosäuren zu identifizieren, müssen Sie die Sequenz zunächst in Codons von jeweils drei Nukleotiden unterteilen. Dies kann durch Platzieren eines Leerzeichens zwischen jedem Codon erfolgen. Welches der folgenden ist die richtige Aufteilung der Codons für die angegebene Sequenz? Achten Sie auf die richtige Platzierung der Leerzeichen.

Die Rolle der DNA bei der Bestimmung von Aminosäuresequenzen

Bevor ein mRNA-Molekül auf dem Ribosom in ein Protein übersetzt werden kann, muss die mRNA zunächst aus einer DNA-Sequenz transkribiert werden.

Welche Aminosäuresequenz gibt die folgende DNA-Nukleotidsequenz an?

Drücken Sie die Aminosäuresequenz mit den dreibuchstabigen Abkürzungen aus, die durch Bindestriche getrennt sind (z. B. Met-Ser-His-Lys-Gly).

Bevor mRNA in eine Aminosäuresequenz translatiert werden kann, muss die mRNA zunächst durch Transkription aus DNA synthetisiert werden. Die Basenpaarung bei der mRNA-Synthese folgt etwas anderen Regeln als bei der DNA-Synthese: Uracil (U) ersetzt Thymin (T) bei der Paarung mit Adenin (A). Die von der mRNA spezifizierten Codons werden dann in eine Kette von Aminosäuren übersetzt.

Schritte zur Umwandlung einer DNA-Sequenz in eine Aminosäuresequenz.

  1. Zuerst transkribieren Sie die DNA-Sequenz, um die mRNA-Sequenz zu bestimmen. Denken Sie unbedingt an Folgendes:
    • Der mRNA-Strang ist komplementär zum DNA-Strang.
    • Uracil (U) ersetzt Thymin (T) in der RNA, um sich mit A in der DNA zu paaren.
    • Die RNA wird in antiparalleler Richtung zum Matrizenstrang der DNA assembliert. Eine 3’ → 5’-Richtung in DNA wird in eine 5’ → 3’-Richtung in RNA transkribiert.
  2. Unterteilen Sie als Nächstes die mRNA-Sequenz in die einzelnen Drei-Buchstaben-Codons in Richtung 5’ bis 3’.
  3. Beziehen Sie sich dann auf die Tabelle der Codons, um die dreibuchstabige Abkürzung für die Aminosäure zu identifizieren, die jedem Codon entspricht.

Dieses Diagramm zeigt, wie eine Beispiel-DNA-Sequenz entschlüsselt wird. Denken Sie daran, zuerst die mRNA-Sequenz zu bestimmen, die komplementär zur Sequenz des DNA-Matrizenstrangs ist. Stellen Sie sicher, dass Sie die mRNA-Sequenz in einer 5’-3’-Richtung schreiben und U verwenden, um mit A zu paaren.

In welcher Reihenfolge verläuft der Informationsfluss in einer Zelle?

A. von DNA zu RNA zu Protein

B. von RNA über DNA zu Protein

C. von RNA zu Protein zu DNA

D. von DNA zu Protein zu RNA

E. von Protein zu RNA zu DNA

A. von DNA zu RNA zu Protein

Dies ist als das zentrale Dogma der Biologie bekannt.

Ein Codon besteht aus _____ Basen und gibt an, welche _____ in die Polypeptidkette eingefügt werden.

Drei Nukleotidbasen bilden ein Codon und geben an, welche Aminosäure in der Sequenz als nächstes kommt.

Ein besonderes Basentriplett im DNA-Matrizenstrang ist 5' AGT 3'. Das entsprechende Codon für die transkribierte mRNA ist _____.

Die obige Abbildung zeigt einen einfachen Stoffwechselweg. Wie viele Gene sind nach der Hypothese von Beadle und Tatum für diesen Stoffwechselweg notwendig?

D. Sie kann nicht aus dem Pfad bestimmt werden.

Siehe den oben abgebildeten Stoffwechselweg. Wenn A, B und C alle für das Wachstum benötigt werden, könnte ein Stamm, der für das Gen-kodierende Enzym A mutiert ist, auf einem mit _____ ergänzten Medium wachsen.

Bei der Transkription _____.

B. mRNA bindet an Ribosomen

D. Proteine ​​werden synthetisiert

Welche der folgenden spezifiziert eine einzelne Aminosäure in einer Polypeptidkette?

A. die Drei-Basen-Sequenz von mRNA

B. die Komplementarität von DNA und RNA

C. die Aminoacyl-tRNA-Synthetase

D. die Basensequenz der tRNA

A. die Drei-Basen-Sequenz von mRNA

Im Diagramm steht die graue Einheit für _____.

RNA-Polymerase entdrillt einen Teil der DNA-Doppelhelix.

Im Diagramm steht die grüne Einheit für _____.

Der Promotor ist die DNA-Region, an der der Transkriptionsprozess beginnt.

In der Abbildung unten stehen die beiden blauen Stränge für _____.

RNA ist keine Doppelhelix. DNA ist eine Doppelhelix.

Welches davon veranschaulicht die Paarung von DNA- und RNA-Nukleotiden richtig?

In der RNA tritt Uracil an die Stelle von Thymin.

Die Syntheserichtung eines RNA-Transkripts ist _____.

Nukleotide werden an das 3'-Ende der RNA angefügt.

Wo beginnt die RNA-Polymerase, ein Gen in mRNA zu transkribieren?

A. Es beginnt an einem Ende des Chromosoms.

B. Das Ribosom leitet es zum richtigen Teil des DNA-Moleküls.

C. Transfer-RNA bewirkt, dass die Botschaft in die RNA-Polymerase übersetzt wird.

D. Es beginnt nach einer bestimmten Nukleotidsequenz, die als Promotor bezeichnet wird.

E. Es sucht nach dem AUG-Startcodon.

D. Es beginnt nach einer bestimmten Nukleotidsequenz, die als Promotor bezeichnet wird.

Denken Sie daran, dass die RNA-Polymerase ein Enzym ist.

Sowohl bei Eukaryoten als auch bei Prokaryoten bindet die RNA-Polymerase an den Promotor des Gens und beginnt die Transkription an einem als Startpunkt bekannten Nukleotid, obwohl bei Eukaryoten die Bindung der RNA-Polymerase an den Promotor Transkriptionsfaktoren erfordert.

Die Transkription in Eukaryoten erfordert zusätzlich zur RNA-Polymerase welche der folgenden Substanzen?

A. Aminoacyl-tRNA-Synthetase

B. mehrere Transkriptionsfaktoren

B. mehrere Transkriptionsfaktoren

Während der RNA-Prozessierung wird a(n) _____ an das 5'-Ende der RNA angehängt.

B. eine lange Kette von Adeninnukleotiden

E. modifiziertes Guaninnukleotid

E. modifiziertes Guaninnukleotid

Die 5'-Kappe besteht aus einem modifizierten Guaninnukleotid.

Während der RNA-Prozessierung wird a(n) _____ an das 3'-Ende der RNA angefügt.

B. eine lange Kette von Adeninnukleotiden

E. modifiziertes Guaninnukleotid

B. eine lange Kette von Adeninnukleotiden

An das 3'-Ende der RNA wird ein Poly-A-Schwanz angefügt.

Spleißosomen bestehen aus _____.

A. snRNPs und andere Proteine

B. Polymerasen und Ligasen

D. das RNA-Transkript und das Protein

A. snRNPs und andere Proteine

Diese sind Bestandteil von Spleißosomen.

Die durch Spleißosomen miteinander verbundenen RNA-Segmente sind _____.

Exons sind exprimierte Regionen.

Die Übersetzung erfolgt im _____.

Ribosomen, die Translationsstellen, befinden sich im Zytoplasma.

Was wird nach der Transkription eines RNA-Moleküls aus einem eukaryotischen Gen entfernt und was zusammengespleißt, um ein mRNA-Molekül mit einer kontinuierlichen kodierenden Sequenz zu erzeugen?

Diese RNA-Prozessierung findet in Bakterienzellen nicht statt.

Introns, dazwischenliegende Sequenzen, werden entfernt und die Exons, exprimierte Sequenzen, werden zusammengespleißt.

Alternatives RNA-Spleißen _____.

A. erhöht die Transkriptionsrate

B. die Produktion von Proteinen unterschiedlicher Größe und Funktion aus einem einzigen Gen ermöglichen können

C. kann die Produktion ähnlicher Proteine ​​aus unterschiedlichen RNAs ermöglichen

D. ist ein Mechanismus zur Erhöhung der Übersetzungsrate

B. die Produktion von Proteinen unterschiedlicher Größe und Funktion aus einem einzigen Gen ermöglichen können

Verwenden Sie dieses Modell eines eukaryotischen Transkripts, um die folgende Frage zu beantworten. E = Exon und I = Intron

Welche Bestandteile des bisherigen Moleküls finden sich auch in der mRNA im Zytosol?

Orte der Prozesse, die an der Proteinsynthese beteiligt sind

In eukaryontischen Zellen finden die Prozesse der Proteinsynthese an verschiedenen zellulären Orten statt.

Ziehen Sie die Markierungen auf die entsprechenden Ziele, um zu identifizieren, wo in der Zelle jeder mit der Proteinsynthese verbundene Prozess stattfindet.

Was passiert bei einigen Schlüsselprozessen der Proteinsynthese?

Ordnen Sie diese Schlüsselprozesse, die an der Proteinsynthese beteiligt sind, den Beschreibungen der Vorgänge bei jedem Schritt zu.

Wo werden zytoplasmatische und sezernierte Proteine ​​hergestellt?

Sowohl zytoplasmatische als auch sekretierte Proteine ​​können nur in Gegenwart eines Ribosoms synthetisiert werden. Dieses Diagramm zeigt die beiden Arten von Ribosomen:

  • freie Ribosomen, die im Zytoplasma vorkommen
  • gebundene Ribosomen, die sich auf der Membran des rauen endoplasmatischen Retikulums (ER) befinden

Welche Aussage beschreibt richtig, wo zytoplasmatische und sezernierte Proteine ​​synthetisiert werden?

A. Sowohl zytoplasmatische als auch sekretierte Proteine ​​werden an freien Ribosomen synthetisiert.

B. Zytoplasmatische Proteine ​​werden an freien Ribosomen synthetisiert, wohingegen sekretierte Proteine ​​an Ribosomen synthetisiert werden, die an das raue ER gebunden sind.

C. Zytoplasmatische Proteine ​​werden an Ribosomen synthetisiert, die an das raue ER gebunden sind, während sekretierte Proteine ​​an freien Ribosomen synthetisiert werden.

D. Sowohl zytoplasmatische als auch sekretierte Proteine ​​werden an Ribosomen synthetisiert, die an das raue ER gebunden sind.

B. Zytoplasmatische Proteine ​​werden an freien Ribosomen synthetisiert, wohingegen sekretierte Proteine ​​an Ribosomen synthetisiert werden, die an das raue ER gebunden sind.

Rollen der RNA bei der Proteinsynthese in Eukaryoten

RNA spielt bei vielen zellulären Prozessen eine wichtige Rolle, insbesondere bei solchen, die mit der Proteinsynthese verbunden sind: Transkription, RNA-Prozessierung und Translation.

Ziehen Sie die Beschriftungen in die entsprechenden Fächer, um den Schritt in der Proteinsynthese zu identifizieren, bei dem jede Art von RNA Erste spielt eine Rolle. Wenn eine RNA bei der Proteinsynthese keine Rolle spielt, ziehen Sie sie in den Behälter „Nicht in der Proteinsynthese verwendet“.

In Eukaryoten wird prä-mRNA durch die direkte Transkription der DNA-Sequenz eines Gens in eine Sequenz von RNA-Nukleotiden hergestellt. Bevor dieses RNA-Transkript als Matrize für die Proteinsynthese verwendet werden kann, wird es durch Modifikation sowohl des 5'- als auch des 3'-Endes prozessiert. Darüber hinaus werden Introns aus der Prä-mRNA durch einen Spleißprozess entfernt, der durch mit Proteinen komplexierte snRNAs (kleine nukleäre RNAs) katalysiert wird.

Das Produkt der RNA-Prozessierung, mRNA (Messenger-RNA), verlässt den Zellkern. Außerhalb des Zellkerns dient die mRNA als Matrize für die Proteinsynthese an den Ribosomen, die aus katalytischen rRNA-Molekülen (ribosomale RNA) bestehen, die an ribosomale Proteine ​​gebunden sind. Während der Translation ordnen tRNA-Moleküle (Transfer-RNA) eine Sequenz von drei Nukleotiden in der mRNA einer bestimmten Aminosäure zu, die an die wachsende Polypeptidkette angehängt wird.

RNA-Primer sind nicht in der Proteinsynthese verwendet. RNA-Primer werden nur benötigt, um während der DNA-Replikation einen neuen DNA-Strang zu initiieren.

Die Rolle von RNA-Primern

DNA-Synthese (Replikation) und RNA-Synthese unterscheiden sich in ihrem Bedarf an Primermolekülen.

  • Bei der DNA-Replikation kann die DNA-Polymerase die Bildung eines neuen DNA-Strangs nicht direkt aus DNA-Nukleotiden allein initiieren. Stattdessen erfordert das Verfahren einen RNA-Primer, an den die Nukleotide des neuen DNA-Strangs anlagern.
  • Bei der RNA-Synthese hingegen RNA-Polymerase kann initiieren die Bildung eines neuen RNA-Strangs ohne Primer.

Wie funktionieren tRNA und rRNA bei der Proteinsynthese?

Sowohl tRNA (Transfer-RNA) als auch rRNA (ribosomale RNA) spielen bei der Proteinsynthese eine wesentliche Rolle.

Welcher zwei beschreiben Aussagen die Rolle von tRNA und rRNA in der Proteinsynthese richtig?

A. rRNA ist die Hauptstrukturkomponente von Ribosomen und ist an der Bindung von sowohl mRNA als auch tRNA beteiligt.

B. tRNAs implementieren den genetischen Code, indem sie Informationen von einer Sequenz von Nukleotiden in die Sequenz von Aminosäuren übersetzen, aus denen ein Protein besteht.

C. tRNA überträgt eine Nukleotidsequenz von der DNA im Zellkern an die Stelle der Proteinsynthese im Zytoplasma.

D. rRNA hat viele Variationen, von denen jede eine bestimmte Aminosäure bindet.

Welche Rolle spielt mRNA bei der Proteinsynthese?

mRNA (Messenger-RNA) spielt eine Schlüsselrolle bei der Proteinsynthese als Zwischenprodukt zwischen der Information, die von einer Basensequenz in der DNA (einem Gen) kodiert wird, und der Sequenz der Aminosäuren, aus denen das Proteinprodukt besteht.

Welcher drei beschreiben Aussagen die Rolle, die mRNA bei der Proteinsynthese in Eukaryoten spielt, richtig?

A. mRNA wird erst nach den Schritten der RNA-Prozessierung produziert.

B. mRNA ist die Matrize für die Proteinsynthese bei der Translation.

C. mRNA verknüpft Aminosäuren und bildet eine Polypeptidkette.

D. mRNA trägt genetische Informationen vom Zellkern zum Zytoplasma.

E. mRNA ist das unmittelbare Produkt der Transkription.

snRNAs und RNA-Prozessierung

Eine Stufe der RNA-Prozessierung in Eukaryoten beinhaltet die Entfernung von Introns – nicht-kodierenden Regionen, die in die kodierenden Regionen der Prä-mRNA eingestreut sind. Bei diesem RNA-Spleißprozess besteht die Maschinerie, die die Entfernung von Introns (das sogenannte Spleißosom) katalysiert, aus Proteinen und snRNAs (kleine nukleäre RNAs).

Die snRNAs (und assoziierte Proteine) haben beim Spleißen zwei Funktionen:

  • an spezifische RNA-Sequenzen zu binden, die die Position des Introns in der prä-mRNA angeben, und
  • um den Spleißvorgang selbst zu katalysieren.

Marsmensch Teil 1

Das Leben, wie wir es kennen, hängt vom genetischen Code ab: einer Reihe von Codons, die jeweils aus drei Basen in einer DNA-Sequenz und einer entsprechenden mRNA-Sequenz bestehen, die angibt, welche der 20 Aminosäuren dem Protein während der Translation hinzugefügt werden.

Stellen Sie sich vor, dass im Polareis auf dem Mars ein prokaryotenartiger Organismus entdeckt wurde. Interessanterweise verwenden diese Marsorganismen das gleiche DNA → RNA → Proteinsystem wie das Leben auf der Erde. außer das

  • es gibt nur 2 Basen (A und T) in der Mars-DNA, und
  • Es gibt nur 17 Aminosäuren in Marsproteinen.

Was ist basierend auf diesen Informationen die minimale Größe eines Codons für diese hypothetischen Lebensformen des Mars?

F. Die Antwort kann aus den bereitgestellten Informationen nicht abgeleitet werden.

Im allgemeinsten Fall von x Basen und ja Basen pro Codon ist die Gesamtzahl der möglichen Codons gleich x y .

Im Fall der hypothetischen Lebensformen des Mars beträgt die minimale Codonlänge, die benötigt wird, um 17 Aminosäuren zu spezifizieren, 5 (2 5 = 32), mit einer gewissen Redundanz (was bedeutet, dass mehr als ein Codon für dieselbe Aminosäure kodieren könnte).

Für das Leben auf der Erde, x = 4 und ja = 3, daher beträgt die Anzahl der Codons 4 3 oder 64. Da es nur 20 Aminosäuren gibt, gibt es eine Menge Redundanz im Code (es gibt mehrere Codons für jede Aminosäure).

Marsmensch Teil 2

Eine einfache mathematische Gleichung kann die maximale Anzahl von Codons korrekt ausdrücken, aus denen konstruiert werden kann x verschiedene Basen, mit einer Codonlänge vonja Basen. Denken Sie daran, dass für das Leben auf der Erde,

  • es gibt 4 verschiedene Basen (A, T, G und C),
  • ein Codon ist 3 Basen lang, und
  • es gibt insgesamt 64 mögliche Codons, die die 20 verschiedenen Aminosäuren spezifizieren (einige Aminosäuren werden von mehr als einer Aminosäure spezifiziert). Diese Grafik zeigt diese Redundanz im genetischen Code für das Leben auf der Erde.

Welche der folgenden Gleichungen kann verwendet werden, um die maximale Anzahl von Codons zu berechnen (n), die konstruiert werden kann aus x verschiedene Basen, wenn es gibt ja Basen pro Codon?


16.2 Prokaryontische Genregulation

In diesem Abschnitt werden Sie der folgenden Frage nachgehen:

  • Was sind Operons und welche Rolle spielen Aktivatoren, Induktoren und Repressoren bei der Regulierung von Operons und der Genexpression?

Anschluss für AP ® Kurse

Die Regulation der Genexpression in prokaryontischen Zellen erfolgt auf Transkriptionsebene. Einfach ausgedrückt, wenn eine Zelle die Botschaft der DNA nicht in mRNA transkribiert, findet keine Translation (Proteinsynthese) statt. Bakterielle Gene sind oft in gemeinsamen Signalwegen oder Prozessen organisiert, die Operons genannt werden, um eine koordiniertere Regulation der Expression zu ermöglichen. Zum Beispiel in E coli, Gene, die für den Laktosestoffwechsel verantwortlich sind, befinden sich gemeinsam auf dem Bakterienchromosom. (Das Operonmodell enthält mehrere Komponenten, daher ist es bei der Untersuchung der Funktionsweise des Operons hilfreich, sich auf ein Diagramm des Modells zu beziehen. Siehe Abbildung 16.3 und Abbildung 16.4.) Das Operon enthält ein regulatorisches Gen, das für ein Repressorprotein kodiert, das bindet an den Operator, der verhindert, dass die RNA-Polymerase das/die interessierende(n) Gen(e) transkribiert. Ein Beispiel dafür sind die Strukturgene für den Laktosestoffwechsel. Wird der Repressor jedoch inaktiviert, bindet die RNA-Polymerase an den Promotor und die Transkription der Strukturgene findet statt.

Es gibt drei Möglichkeiten, die Transkription eines Operons zu kontrollieren: induzierbare Kontrolle, reprimierbare Kontrolle und Aktivatorkontrolle. Die lac Operon ist ein Beispiel für induzierbare Kontrolle, da die Anwesenheit von Laktose die Transkription der Gene für seinen eigenen Stoffwechsel „einschaltet“. Die trp Operon ist ein Beispiel für reprimierbare Kontrolle, da es Proteine ​​verwendet, die an die Operatorsequenz gebunden sind, um die Bindung von RNA-Polymerase physikalisch zu verhindern. Wird Tryptophan von der Zelle nicht benötigt, werden die für die Produktion notwendigen Gene abgeschaltet. Die Aktivatorkontrolle (typisiert durch die Wirkung des Kataboliten-Aktivatorproteins) erhöht die Bindungsfähigkeit der RNA-Polymerase an den Promotor. Bestimmte Gene werden über diesen Regulationsmechanismus ständig exprimiert.

Die präsentierten Informationen und die hervorgehobenen Beispiele im Abschnitt unterstützen die Konzepte, die in Big Idea 3 des AP ® Biology Curriculum Framework skizziert sind. Die im Curriculum Framework aufgeführten Lernziele bilden eine transparente Grundlage für den AP ® Biologiekurs, eine forschende Laborerfahrung, Lehraktivitäten und AP ® Prüfungsfragen. Ein Lernziel verbindet erforderliche Inhalte mit einer oder mehreren der sieben wissenschaftlichen Praktiken.

Große Idee 3 Lebende Systeme speichern, rufen, übertragen und reagieren auf Informationen, die für Lebensprozesse unerlässlich sind.
Beständiges Verständnis 3.B Die Expression genetischer Informationen umfasst zelluläre und molekulare Mechanismen.
Grundlegendes Wissen 3.B.1 Die Genregulation führt zu einer differenziellen Genexpression, die zu einer Zellspezialisierung führt
Wissenschaftliche Praxis 1.4 Der Student kann mit Darstellungen und Modellen Situationen analysieren oder Probleme qualitativ und quantitativ lösen
Lernziel 3.21 Der Student kann anhand von Darstellungen beschreiben, wie die Genregulation die Zellprodukte und -funktion beeinflusst.
Grundlegendes Wissen 3.B.2 Eine Vielzahl von interzellulären und intrazellulären Signalübertragungen vermittelt die Genexpression.
Wissenschaftliche Praxis 1.4 Die Studierenden können anhand von Darstellungen und Modellen Situationen analysieren oder Probleme qualitativ und quantitativ lösen.
Lernziel 3.23 Die Studierenden können anhand von Darstellungen Mechanismen der Regulation der Genexpression beschreiben.

Lehrerunterstützung

Wenn Sie mit den Schülern über die Operons sprechen, fordern Sie sie auf, darüber nachzudenken, was passieren würde, wenn eine Genmutation die Funktion eines der Proteine ​​stört, die die Transkription des Operons kontrollieren. Wenn zum Beispiel das Repressorprotein im lac Operon eine Mutation aufweist, die es daran hindert, an Lactose zu binden, dann bleibt der Repressor an den Operator gebunden und verhindert die Transkription des Operons selbst in Gegenwart von Lactose. Dieses Video beschreibt zwei weitere Beispiele für Mutationen im lac Operon.

Einführung in die Regulation der Transkription im lac Operon mit Visuals wie diesem Video.

Die DNA von Prokaryoten ist in einem kreisförmigen Chromosom organisiert, das in der nukleoiden Region des Zellzytoplasmas supercoiled ist. Proteine, die für eine bestimmte Funktion benötigt werden oder an demselben biochemischen Stoffwechselweg beteiligt sind, werden zusammen in Blöcken kodiert, die als Operons bezeichnet werden. Zum Beispiel sind alle Gene, die für die Nutzung von Laktose als Energiequelle benötigt werden, nebeneinander in der Laktose kodiert (oder lac) Oper.

In prokaryotischen Zellen gibt es drei Arten von regulatorischen Molekülen, die die Expression von Operons beeinflussen können: Repressoren, Aktivatoren und Induktoren. Repressoren sind Proteine, die die Transkription eines Gens als Reaktion auf einen externen Reiz unterdrücken, während Aktivatoren Proteine ​​sind, die die Transkription eines Gens als Reaktion auf einen externen Reiz erhöhen. Schließlich sind Induktoren kleine Moleküle, die die Transkription je nach Bedarf der Zelle und Verfügbarkeit des Substrats entweder aktivieren oder unterdrücken.

Die trp Operon: Ein Repressor-Operon

Bakterien wie z E coli brauchen Aminosäuren zum Überleben. Tryptophan ist eine solche Aminosäure, die E coli aus der Umwelt aufnehmen können. E coli kann Tryptophan auch mithilfe von Enzymen synthetisieren, die von fünf Genen kodiert werden. Diese fünf Gene liegen nebeneinander im sogenannten Tryptophan (trp) Operon (Abbildung 16.3). Wenn Tryptophan in der Umwelt vorhanden ist, dann E coli muss es nicht synthetisieren und der Schalter, der die Aktivierung der Gene im trp Operon ist ausgeschaltet. Wenn jedoch die Verfügbarkeit von Tryptophan gering ist, wird der Schalter, der das Operon steuert, eingeschaltet, die Transkription wird initiiert, die Gene werden exprimiert und Tryptophan wird synthetisiert.

Eine DNA-Sequenz, die für Proteine ​​kodiert, wird als kodierende Region bezeichnet. Die fünf kodierenden Regionen für die Tryptophan-Biosyntheseenzyme sind im Operon sequentiell auf dem Chromosom angeordnet. Kurz vor der kodierenden Region befindet sich die Transkriptionsstartstelle. Dies ist die DNA-Region, an die die RNA-Polymerase bindet, um die Transkription zu initiieren. Die Promotorsequenz befindet sich stromaufwärts der Transkriptionsstartstelle, jedes Operon hat eine Sequenz innerhalb oder in der Nähe des Promotors, an die Proteine ​​(Aktivatoren oder Repressoren) binden und die Transkription regulieren können.

Eine DNA-Sequenz, die als Operatorsequenz bezeichnet wird, wird zwischen der Promotorregion und dem ersten kodiert trp codierendes Gen. Dieser Operator enthält den DNA-Code, an den das Repressorprotein binden kann. Wenn Tryptophan in der Zelle vorhanden ist, binden zwei Tryptophanmoleküle an die trp Repressor, der seine Form ändert, um an die trp Operator. Die Bindung des Tryptophan-Repressor-Komplexes an den Operator verhindert physikalisch die Bindung der RNA-Polymerase und die Transkription der nachgeschalteten Gene.

Wenn Tryptophan in der Zelle nicht vorhanden ist, bindet der Repressor selbst nicht an den Operator, daher ist das Operon aktiv und Tryptophan wird synthetisiert. Da das Repressorprotein aktiv an den Operator bindet, um die Gene ausgeschaltet zu halten, trp Operon wird negativ reguliert und die Proteine, die an den Operator binden, werden zum Schweigen gebracht trp Expression sind negative Regulatoren.


Mitochondriale Maschinen für den Proteinimport und -aufbau

Nils Wiedemann und Nikolaus Pfanner
vol. 86, 2017

Abstrakt

Mitochondrien sind essentielle Organellen mit zahlreichen Funktionen im Zellstoffwechsel und in der Homöostase. Die meisten der >1.000 verschiedenen mitochondrialen Proteine ​​werden als Vorläufer im Zytosol synthetisiert und durch fünf Transporte in die Mitochondrien importiert. Weiterlesen

Abbildung 1: Übersicht über die fünf wichtigsten Proteinimportwege der Mitochondrien. Präsequenztragende Präproteine ​​werden durch die Translokase der äußeren mitochondrialen Membran (TOM) und die präsequ.

Abbildung 2: Der Präsequenzweg in die mitochondriale innere Membran (IM) und Matrix. Die Translocase der äußeren Membran (TOM) besteht aus drei Rezeptorproteinen, dem kanalbildenden Protein To.

Abbildung 3: Rolle der Oxidase-Assembly (OXA)-Translocase bei der Proteinsortierung. Proteine, die von mitochondrialen Ribosomen synthetisiert werden, werden durch die OXA-Translokase der Ribos in die innere Membran (IM) exportiert.

Abbildung 4: Trägerweg in die innere Membran. Die Vorstufen der hydrophoben Metabolitenträger werden ohne spaltbare Präsequenz synthetisiert. Die Vorläufer sind an zytosolisches Chaperon gebunden.

Abbildung 5: Mitochondriale Intermembranraum-Import- und Montagemaschinerie (MIA). Viele Intermembranraum-(IMS-)Proteine ​​enthalten charakteristische Cysteinmotive. Die Vorläufer werden in einem reduzierten an aufbewahrt.

Abbildung 6: Biogenese von β-Barrel-Proteinen der äußeren mitochondrialen Membran. Die Vorläufer von β-Barrel-Proteinen werden zunächst von der Translokase der äußeren Membran (TOM) importiert, binden an kleine .

Abbildung 7:Die doppelte Rolle der mitochondrialen Verteilung und Morphologie von Protein 10 (Mdm10) bei der Proteinmontage und den Kontaktstellen der Organellen. Mdm10 gehört zu den Sortier- und Montagemaschinen (SAM) .

Abbildung 8: Mehrere Importwege für integrale α-helikale Proteine ​​der mitochondrialen Außenmembran. Die Vorläufer von Proteinen mit einer N-terminalen Signalankersequenz werden typischerweise inseriert.

Abbildung 9:Die mitochondriale Kontaktstelle und das Cristae Organizing System (MICOS) interagiert mit Proteintranslokasen. MICOS besteht aus zwei Kernuntereinheiten, Mic10 und Mic60. Mic10 bildet große Oligomere.


Translation baut ein spezifisches Protein gemäß dem mRNA-Code zusammen

Im Zytosol der Zelle schwimmen Aminosäuren und kleine RNA-Moleküle namens Transfer-RNA oder tRNA. Für jede Art von Aminosäure, die für die Proteinsynthese verwendet wird, gibt es ein tRNA-Molekül.

Wenn das Ribosom den mRNA-Code liest, wählt es ein tRNA-Molekül aus, um die entsprechende Aminosäure auf das Ribosom zu übertragen. Die tRNA bringt ein Molekül der angegebenen Aminosäure zum Ribosom, das das Molekül in der richtigen Reihenfolge an die Aminosäurekette bindet.

Der Ablauf der Ereignisse ist wie folgt:

  1. Einleitung. Ein Ende des mRNA-Moleküls bindet an das Ribosom.
  2. Übersetzung. Das Ribosom liest das erste Codon des mRNA-Codes und wählt die entsprechende Aminosäure aus der tRNA aus. Das Ribosom liest dann das zweite Codon und bindet die zweite Aminosäure an die erste an.
  3. Fertigstellung. Das Ribosom arbeitet sich die mRNA-Kette nach unten und produziert gleichzeitig eine entsprechende Proteinkette. Die Proteinkette ist eine Abfolge von Aminosäuren mit Peptidbindungen a . bilden Polypeptidkette.

Einige Proteine ​​werden in Chargen hergestellt, während andere kontinuierlich synthetisiert werden, um den laufenden Bedarf der Zelle zu decken. Wenn das Ribosom das Protein produziert, ist der Informationsfluss des zentralen Dogmas von der DNA zum Protein abgeschlossen.


Frage: 1. Was ist die Definition eines Gens? Die RNA-Komponente von Ribosomen RNA, die eine proteinbildende Botschaft trägt Eine Informationseinheit, die in der Sequenz der Nukleotidbasen in der DNA kodiert ist RNA, die während der Translation Aminosäuren an ein Ribosom liefert 2. Bei der Genexpression ist ein Gen eine ausgewählte Antwort in MRNA, Was ist dann Wählen Sie Antwort .

RNA-Polymerase baut einen mRNA-Strang zusammen, der komplementär zum nicht-kodierenden DNA-Strang ist.

RNA-Polymerase baut einen mRNA-Strang zusammen, der komplementär zum kodierenden DNA-Strang ist.

RNA-Polymerase bindet an den Promotor eines Gens.

Die RNA-Polymerase bewegt sich über das Gen und entpackt die Doppelhelix, um eine "Transkriptionsblase" zu bilden.

5. Bevor die mRNA den Kern verlässt, wird sie modifiziert, um die ausgewählte Antwort zu entfernen und die ausgewählte Antwort beizubehalten. Auswahlantwort sind drei Nukleotid-Informationseinheiten in der mRNA, die eine bestimmte Aminosäure angeben. Sie entsprechen komplementären Sätzen von drei Nukleotiden auf der tRNA, die als Select-Antwort bezeichnet werden

Welches der folgenden Codons wird als "Start"-Codon bezeichnet?

Wo findet bei Eukaryoten die Transkription von DNA in mRNA statt?

Wo findet die Translation von mRNA in Polypeptide statt?

Welche der folgenden Aminosäuren wird von der tRNA getragen, die die Translation initiiert?

Welche der folgenden Phasen der Übersetzung? Wählen Sie alle zutreffenden.

Eine tRNA bindet an das zweite Codon und ihre getragene Aminosäure bildet eine Peptidbindung mit Methionin.

Ribosomale Untereinheiten und ein tRNA-tragendes Methionin konvergieren am Startcodon einer mRNA.

Wenn sich das Ribosom von Codon zu Codon bewegt, bilden Aminosäuren, die von aufeinanderfolgenden tRNAs zum Ribosom gebracht werden, ein wachsendes Polypeptid.

Wenn das Ribosom ein Stoppcodon erreicht, lösen sich seine Untereinheiten und die mRNA und das neue Polypeptid werden freigesetzt.

Die Bindung einer tRNA an das dritte Codon bewirkt, dass das Ribosom die erste tRNA freisetzt und zum nächsten Codon wandert.

Welche der folgenden Mutationen können bei der Translation von mRNA in Protein einen einzelnen Aminosäureunterschied verursachen?

Mutationen an regulatorischen Stellen

Wie können Transkriptionsfaktoren die Transkription von DNA beeinflussen? Wählen Sie alle zutreffenden.

Verbessern Sie die Transkription, indem Sie der RNA-Polymerase helfen, an Promotoren zu binden

Hemmen Sie die Transkription, indem Sie das Fortschreiten der RNA-Polymerase entlang eines DNA-Moleküls blockieren

Hemmen Sie die Translation, indem Sie die Bindung von mRNA an Ribosomen verhindern

Hemmen Sie die Transkription, indem Sie die Bindung der RNA-Polymerase an Promotoren verhindern

Welche der folgenden Definitionen definiert einen Master-Regler?

Ein Gen, dessen Expression eine Genexpressionskaskade auslöst, die letztendlich Zellen einer Abstammungslinie zu differenzierteren Typen verändert

Ein kondensiertes, inaktiviertes X-Chromosom in der Körperzelle eines weiblichen Säugetiers

Eine Technik zur Einführung einer Mutation, die die Expression eines Gens in einem Organismus verhindert

Ein regulatorisches Protein, das die Transkription beeinflusst, indem es direkt an DNA bindet

Welche der folgenden Ursachen verursachen epigenetische Veränderungen der DNA, die die Genexpression beeinflussen, ohne die DNA-Sequenz zu verändern?


CircRNA Biologie

CircRNAs sind einzelsträngige kovalent geschlossene zirkuläre RNA-Moleküle, die aus einer breiten Palette von Genomregionen generiert werden, die von intergenen, intronischen und kodierenden Sequenzen bis hin zu 5′- oder 3′-untranslationalen Sequenzen reichen (Chen & Yang, 2015 Memczak et al., 2013) . Es wurden zwei Modelle der circRNA-Biosynthese vorgeschlagen, die beide ein durch die Spleißosomenmaschinerie katalysiertes Rückspleißen beinhalten. Das erste von beiden, das „Exon-Skipping“-Modell, beginnt mit klassischem Spleißen, um lineare RNA zu erzeugen. Das stromabwärts gelegene Exon verbindet sich mit dem stromaufwärts gelegenen Exon, wobei ein oder mehrere Exons übersprungen werden. (B) Das zweite der beiden Modelle, das Zirkularisierungsmodell des „direkten Backspleißens“, bezieht sich hauptsächlich auf komplementäre Motive in diesem, die komplementäre Paarung von RNA-Backsplices, um eine Vorläufer-circRNA zusammen mit einem Exon-Intron(en) zu produzieren. -Exon-Zwischenprodukt, und letzteres wird weiter verarbeitet, um eine lineare RNA mit übersprungenen Exons zu produzieren oder die für den Abbau bestimmt ist (Ashwal-Fluss et al., 2014 Jeck & Sharpless, 2014 Lasda & Parker, 2014) (Abb. 1).

Abbildung 1:Vorgeschlagene circRNA-Bildungsmodelle.

Bisher wurden vier Funktionen für die circRNAs definiert. Erstens enthalten circRNAs komplementäre miRNA-Sequenzen, die ihre Kombination mit und die Fähigkeit, die biologische Funktion einer großen Anzahl von miRNAs anzupassen, erleichtern, indem sie als molekulare Schwämme fungieren. A specific example of this is the circMTO1, which acts as the sponge of miR-9 to suppress hepatocellular carcinoma progression (Han et al., 2017). Furthermore, one circRNA may combine with several kinds of miRNAs for instance, circHIPK3 has been reported to combine with 9 miRNAs (miR-29a, miR-29b, miR-124, miR-152, miR-193a, miR-338, miR-379, miR-584 and miR-654) to synergistically inhibit cell proliferation (Zheng et al., 2016). Second, circRNAs can directly regulate transcription, splicing and expression of a parental gene. The exon-intron circRNAs (EIciRNAs) are examples of this regulation, interacting with RNA polymerase II and enhancing transcription of their parental genes (Li et al., 2015). Third, circRNAs directly interact with proteins, such as the ternary complex circ-Foxo3-p21-CDK2, which serves to arrest the function of CDK2 and interrupt cell cycle progression (Du et al., 2016). However, studies indicate that one circRNA might simultaneously harbor more than one of the above functions, which is evidenced by the finding that circ-Amotl1 can act both as a sponge for miR-17 to promote cell proliferation, migration and wound healing and as a target for protein binding (c-Myc, Akt1 and PDK1) to promote the proliferation of tumor cells and enhancing cardiac repair (Yang et al., 2017a Yang et al., 2017c Zeng et al., 2017). Fourth, Dong et al. developed a computational pipeline (CIRCpseudo), and indicated that stabilized circRNAs could form circRNA pseudogenes by retrotranscribing and integrating into the genome (Dong et al., 2016). However, there is only one paper on circRNA’s formation of pseudogenes, which does not explain the specific mechanism of it. We need more evidence to prove this idea. More interestingly, the latest research is hinting at a potential fourth function of circRNAs: translation (Fig. 2), which opens a new field for researchers to explore the biological functions of circRNA-derived proteins. For detailed information on the biology of circRNA, please see the review written by Li X et al. (Barrett & Salzman, 2016 Chen, Chen & Chuang, 2015 Li, Yang & Chen, 2018).

Figure 2: Functions of circRNAs.


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Additional file 1: Supplementary Figures.

Abb. S1 fRIP-Seq optimization. Abb. S2 The effect of transcript localization on reassociation and fRIP-Seq enrichment. Abb. S3 Validation of fRIP-Seq antibodies by western blot. Abb. S4 ADAR preferentially binds to Alu elements and adjacent regions. Abb. S5 fRIP-Seq broadly agrees with CLIP-Seq. Abb. S6 fRIP-Seq targeted transcripts are affected by protein depletion. Bild S7 fRIP-Seq coverage displays light positional biases. Abb. S8 Nuclear fRIP-Seq matches whole cell fRIP-Seq. Abb. S9 The cohesin subunit STAG2 specifically binds a small cohort of transcripts encoding centrosome-localized proteins. Abb. S10 lncRNA association with CAPs is more specific than CAP association with mRNAs. Abb. S11 DNMT1 binds a GC-rich motif in lncRNAs. Abb. S12 UUUUAAAA is a polarizing, conserved, 3’ motif. Fig. S13 K-mers predict RNA binding preferences. Fig. S14 Transposable elements correlate with RNA binding. Fig. S15 Proteins with both fRIP and ChIP suggest a weak relationship. Fig. S16 Chromatin marks correlate with gene abundance. Fig. S17 fRIP versus chromatin mark correlations are FPKM-driven. Fig. S18 Protein binding to RNA relates to local chromatin over the gene body. (PDF 22097 kb)


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