Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

14.1: Gen İfadesi (Ekspresyon) Nedir?
TABLE OF
CONTENTS

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
What is Gene Expression?
 
TRANSCRIPT

14.1: What is Gene Expression?

14.1: Gen İfadesi (Ekspresyon) Nedir?

Overview

Gene expression is the process in which DNA directs the synthesis of functional products, such as proteins. Cells can regulate gene expression at various stages. It allows organisms to generate different cell types and enables cells to adapt to internal and external factors.

Genetic Information Flows from DNA to RNA to Protein

A gene is a stretch of DNA that serves as the blueprint for functional RNAs and proteins. Since DNA is made up of nucleotides and proteins consist of amino acids, a mediator is required to convert the information that is encoded in DNA into proteins. This mediator is the messenger RNA (mRNA). mRNA copies the blueprint from DNA by a process called transcription. In eukaryotes, transcription takes place in the nucleus by complementary base-pairing with the DNA template. The mRNA is then processed and transported into the cytoplasm where it serves as a template for protein synthesis during translation. In prokaryotes, which lack a nucleus, the processes of transcription and translation occur at the same location and almost simultaneously since the newly-formed mRNA is susceptible to rapid degradation.

Gene Expression Can Be Regulated at Any Stage during Transcription

Every cell of an organism contains the same DNA, and consequently the same set of genes. However, not all genes in a cell are “turned on” or use to synthesize proteins. A gene is said to be “expressed” when the protein it encodes is produced by the cell. Gene expression is regulated to ensure proper generation of proteins in specific cells at specific times. Various intrinsic and extrinsic mechanisms regulate gene expression before and during transcription.

The structure of chromatin—compacted DNA and its associated histone proteins—can be chemically modified to be open or closed. Such modifications allow or restrict access of the transcriptional machinery to the DNA. Chromatin modification is an intrinsic mechanism employed during development to form different cell types (e.g., neuron versus muscle cell) from the same genome.

DNA-binding proteins, called transcription factors, regulate transcription by binding to specific DNA sequences near or within the coding regions of genes. Transcription factors that promote the initiation of transcription are called activators. Proteins that prevent the transcription machinery from binding to the transcription initiation site are called repressors. Transcriptional activators or repressors respond to external stimuli such as signaling molecules, nutritional deficiencies, temperature, and oxygen.

Gene Expression Can Be Post-transcriptionally and Post-translationally Regulated

Gene expression can be regulated by post-transcriptional mRNA processing. In eukaryotes, transcribed mRNA undergoes splicing and other modifications that protect the ends of the RNA strand from degradation. Splicing removes introns—segments that do not encode proteins—and joins together the protein-coding regions called exons. Alternative splicing allows for the expression of functionally diverse proteins from the same gene. Regulation of gene expression by alternative splicing plays an important role in organ development, cell survival and proliferation, and adaptation to environmental factors.

Gene expression can also be altered by regulating the translation of mRNA into proteins. Translation can be regulated by microRNAs—small, non-coding RNAs—that bind to a specific mRNA sequence and block initiation of translation or degrade the transcribed mRNA. In addition, proteins called translational repressors can bind to RNA and interfere with the initiation of translation.

Translated polypeptides undergo processing to form functional proteins. The addition or removal of chemical groups can alter the activity, stability, and localization of proteins in a cell. For instance, the addition or removal of phosphoryl groups (–PO32-) can activate or inactivate proteins. Similarly, the addition of ubiquitin groups causes protein degradation. Thus, post-translational protein modifications are the final stage of gene regulation.

Genel bakış

Gen ekspresyonu, DNA'nın proteinler gibi fonksiyonel ürünlerin sentezini yönlendirdiği süreçtir. Hücreler gen ekspresyonunu çeşitli aşamalarda düzenleyebilir. Organizmaların farklı hücre tipleri üretmesini sağlar ve hücrelerin iç ve dış etkenlere uyum sağlamasını sağlar.

Genetik Bilgi DNA'dan RNA'ya Ve Proteine Akar

Gen, fonksiyonel RNA'lar ve proteinlerin planı olarak hizmet veren bir DNA uzantısıdır. DNA nükleotidlerden oluştuğu ve proteinlerin amino asitlerden oluştuğu için, DNA'da kodlanmış bilgiyi proteinlere dönüştürmek için bir arabulucu gereklidir. Bu arabulucu haberci RNA (mRNA) olduğunu. mRNA, DNA'daki planı transkripsiyon adı verilen bir işlemle kopyalar. Ökaryotlarda transkripsiyon, DNA şablonu ile tamamlayıcı baz eşleştirmesi ile çekirdekte gerçekleşir. MRNA daha sonra işlenir ve çeviri sırasında protein sentezi için bir şablon olarak hizmet veren sitoplazmaya taşınır. Çekirdekten yoksun prokaryotlarda transkripsiyon ve çeviri süreçleri aynı yerde ve yeni oluşan mRNA hızlı bozulmaya karşı hassas olduğu için hemen hemen aynı anda gerçekleşir.

Gen Ekspresyonu Transkripsiyon Sırasında Herhangi Bir Aşamada Düzenlenebilir

Bir organizmanın her hücresi aynı DNA'yı ve dolayısıyla aynı gen kümesini içerir. Ancak, bir hücredeki tüm genler "açık" ya da protein sentezlemek için kullanmak. Bir genin, kodlayan protein hücre tarafından üretildiğinde "ifade" olduğu söylenir. Gen ekspresyonu belirli zamanlarda belirli hücrelerde proteinlerin doğru nesil sağlamak için düzenlenir. Çeşitli içsel ve dışsal mekanizmalar transkripsiyon öncesi ve sırasında gen ekspresyonunu düzenler.

Sıkıştırılmış DNA ve ilişkili histon proteinlerinin yapısı kimyasal olarak açık veya kapalı olacak şekilde değiştirilebilir. Bu tür değişiklikler transkripsiyonel makinelerin DNA'ya erişimini sağlar veya kısıtlar. Kromatin modifikasyonu, gelişim sırasında aynı genomdan farklı hücre tipleri (örn. nöron kas hücresine karşı) oluşturmak için kullanılan içsel bir mekanizmadır.

Transkripsiyon faktörleri olarak adlandırılan DNA bağlayıcı proteinler, genlerin kodlama bölgelerine yakın veya içinde belirli DNA dizilerine bağlanarak transkripsiyonu düzenler. Transkripsiyon un başlatılmasını teşvik eden transkripsiyon faktörlerine aktivatörler denir. Transkripsiyon makinelerinin transkripsiyon başlatma bölgesine bağlanmasını engelleyen proteinlere represörler denir. Transkripsiyonel aktivatörler veya represörler sinyal molekülleri, beslenme eksiklikleri, sıcaklık ve oksijen gibi dış uyaranlara yanıt verir.

Gen İfadesi TranskripsiyonEl Ve Post-çevirisel Olarak Düzenlenebilir

Gen ekspresyonu transkripsiyon sonrası mRNA işleme ile düzenlenebilir. Ökaryotlarda, transkripsiyonu mRNA, RNA iplikçiğinin uçlarını bozulmadan koruyan birleştirme ve diğer değişikliklerden geçer. Birleştirme, proteinleri kodlamayan intronlar-segmentleri ortadan kaldırır ve ekzonlar adı verilen protein kodlayan bölgeleri birleştirir. Alternatif birleştirme, aynı gendeki işlevsel olarak farklı proteinlerin ifadesini sağlar. Gen ekspresyonunun alternatif birleştirme ile düzenlenmesi organ gelişiminde, hücre sağkalımve çoğalmasında ve çevresel faktörlere uyumda önemli rol oynar.

Gen ekspresyonu da mRNA'nın proteinlere çevrilmesini düzenleyerek değiştirilebilir. Çeviri, belirli bir mRNA dizisine bağlanan ve çevirinin başlatılmasını engelleyen veya transkripsiyonu bozan mikroRNA'lar tarafından düzenlenebilir. Buna ek olarak, çevirisel represörler adı verilen proteinler RNA'ya bağlanabilir ve çevirinin başlatılmasını engelleyebilir.

Çevrilmiş polipeptidler fonksiyonel proteinler oluşturmak için işleme tabi tutulamaz. Kimyasal grupların eklenmesi veya çıkarılması bir hücredeki proteinlerin aktivitesini, kararlılığını ve lokalizasyonunu değiştirebilir. Örneğin, fosforil gruplarının eklenmesi veya çıkarılması (–PO32-) proteinleri aktive edebilir veya inaktive edebilir. Benzer şekilde, ubikitin gruplarının eklenmesi protein yıkımına neden olur. Bu nedenle, post-translational protein modifikasyonları gen regülasyonunun son aşamasıdır.


Suggested Reading

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter