Genes encode proteins and proteins

Genes encode proteins and proteins dictate cell function. Therefore, the thousands of genes expressed in a particular cell determine what that cell can do. Moreover, each step in the flow of information from DNA to RNA to protein provides the cell with a potential control point for self-regulating its functions by adjusting the amount and type of proteins it manufactures.

At any given time, the amount of a particular protein in a cell reflects the balance between that protein's synthetic and degradative biochemical pathways. On the synthetic side of this balance, recall that protein production starts at transcription (DNA to RNA) and continues with translation (RNA to protein). Thus, control of these processes plays a critical role in determining what proteins are present in a cell and in what amounts. In addition, the way in which a cell processes its RNA transcripts and newly made proteins also greatly influences protein levels.

How Is Gene Expression Regulated?
The amounts and types of mRNA molecules in a cell reflect the function of that cell. In fact, thousands of transcripts are produced every second in every cell. Given this statistic, it is not surprising that the primary control point for gene expression is usually at the very beginning of the protein production process — the initiation of transcription. RNA transcription makes an efficient control point because many proteins can be made from a single mRNA molecule.

Transcript processing provides an additional level of regulation for eukaryotes, and the presence of a nucleus makes this possible. In prokaryotes, translation of a transcript begins before the transcript is complete, due to the proximity of ribosomes to the new mRNA molecules. In eukaryotes, however, transcripts are modified in the nucleus before they are exported to the cytoplasm for translation.

Eukaryotic transcripts are also more complex than prokaryotic transcripts. For instance, the primary transcripts synthesized by RNA polymerase contain sequences that will not be part of the mature RNA. These intervening sequences are called introns, and they are removed before the mature mRNA leaves the nucleus. The remaining regions of the transcript, which include the protein-coding regions, are called exons, and they are spliced together to produce the mature mRNA. Eukaryotic transcripts are also modified at their ends, which affects their stability and translation.

Of course, there are many cases in which cells must respond quickly to changing environmental conditions. In these situations, the regulatory control point may come well after transcription. For example, early development in most animals relies on translational control because very little transcription occurs during the first few cell divisions after fertilization. Eggs therefore contain many maternally originated mRNA transcripts as a ready reserve for translation after fertilization (Figure 1).

On the degradative side of the balance, cells can rapidly adjust their protein levels through the enzymatic breakdown of RNA transcripts and existing protein molecules. Both of these actions result in decreased amounts of certain proteins. Often, this breakdown is linked to specific events in the cell. The eukaryotic cell cycle provides a good example of how protein breakdown is linked to cellular events. This cycle is divided into several phases, each of which is characterized by distinct cyclin proteins that act as key regulators for that phase. Before a cell can progress from one phase of the cell cycle to the next, it must degrade the cyclin that characterizes that particular phase of the cycle. Failure to degrade a cyclin stops the cycle from continuing.


A schematic of a eukaryotic cell and its interior shows the transcription of DNA to RNA, and the translation of RNA to protein in four steps: transcription, RNA splicing, nuclear export, and translation. Each step is represented by a labeled arrow. Transcription of a DNA template to a pre-mRNA and the splicing of the pre-mRNA into a mature mRNA are shown inside the cell nucleus. The nuclear export brings the mature mRNA to the cytoplasm, where the mature mRNA message is translated into a protein.
Figure 1: An overview of the flow of information from DNA to protein in a eukaryote
First, both coding and noncoding regions of DNA are transcribed into mRNA. Some regions are removed (introns) during initial mRNA processing. The remaining exons are then spliced together, and the spliced mRNA molecule (red) is prepared for export out of the nucleus through addition of an endcap (sphere) and a polyA tail. Once in the cytoplasm, the mRNA can be used to construct a protein.
© 2010 Nature Education All rights reserved. View Terms of Use
Figure Detail
How Do Different Cells Express the Genes They Need?
Only a fraction of the genes in a cell are expressed at any one time. The variety of gene expression profiles characteristic of different cell types arise because these cells have distinct sets of transcription regulators. Some of these regulators work to increase transcription, whereas others prevent or suppress it.

Normally, transcription begins when an RNA polymerase binds to a so-called promoter sequence on the DNA molecule. This sequence is almost always located just upstream from the starting point for transcription (the 5' end of the DNA), though it can be located downstream of the mRNA (3' end). In recent years, researchers have discovered that other DNA sequences, known as enhancer sequences, also play an important part in transcription by providing binding sites for regulatory proteins that affect RNA polymerase activity. Binding of regulatory proteins to an enhancer sequence causes a shift in chromatin structure that either promotes or inhibits RNA polymerase and transcription factor binding. A more open chromatin structure is associated with active gene transcription. In contrast, a more compact chromatin structure is associated with transcriptional inactivity (Figure 2).

Some regulatory proteins affect the transcription of multiple genes. This occurs because multiple copies of the regulatory protein binding sites exist within the genome of a cell. Consequently, regulatory proteins can have different roles for different genes, and this is one mechanism by which cells can coordinate the regulation of many genes at once.


A two-part schematic shows how an activator protein binds DNA to initiate transcription. A linear DNA molecule is shown above a DNA molecule folded to form a loop. The enhancer sequence, promoter sequence, and site of transcription are represented by colored shading on both DNA molecules, and an activator molecule is represented by a globular structure. The interaction between RNA polymerase, a mediator protein, and the activator protein are shown in the bottom illustration.
Figure 2: Modulation of transcription
An activator protein bound to DNA at an upstream enhancer sequence can attract proteins to the promoter region that activate RNA polymerase (green) and thus transcription. The DNA can loop around on itself to cause this interaction between an activator protein and other proteins that mediate the activity of RNA polymerase.
© 2010 Nature Education All rights reserved. View Terms of Use
Figure Detail
How Is Gene Expression Increased or Decreased in Response to Environmental Change?
In prokaryotes, regulatory proteins are often controlled by nutrient availability. This allows organisms such as bacteria to rapidly adjust their transcription patterns in response to environmental conditions. In addition, regulatory sites on prokaryotic DNA are typically located close to transcription promoter sites — and this plays an important part in gene expression.


A three-part schematic shows how a repressor protein can inhibit transcription by preventing RNA polymerase from binding DNA. Part 1 shows the layout of a linear region of DNA. The operator is represented by colored shading on the DNA molecule and spans three nucleotides. The site of transcription is shaded a different color, and an arrow points from left to right above the shading to show the direction transcription proceeds. Part 2 shows the positions of an inactive repressor protein and RNA polymerase relative to a DNA molecule when transcription is occurring. Part 3 shows the positions of an active repressor protein and RNA polymerase in relation to a DNA molecule when transcription is repressed.
Figure 3: Transcription repression near the promoter region.
Molecules can interfere with RNA polymerase binding. An inactive repressor protein (blue) can become activated by another molecule (red circle). This active repressor can bind to a region near the promoter called an operator (yellow) and thus interfere with RNA polymerase binding to the promoter, effectively preventing transcription.
© 2010 Nature Education All rights reserved. View Terms of Use
Figure Detail
For an example of how this works, imagine a bacterium with a surplus of amino acids that signal the turning "on" of some genes and the turning "off" of others. In this particular example, cells might want to turn "on" genes for proteins that metabolize amino acids and turn "off" genes for proteins that synthesize amino acids. Some of these amino acids would bind to positive regulatory proteins called activators. Activator proteins bind to regulatory sites on DNA nearby to promoter regions that act as on/off switches. This binding facilitates RNA polymerase activity and transcription of nearby genes. At the same time, however, other amino acids would bind to negative regulatory proteins called repressors, which in turn bind to regulatory sites in the DNA that effectively block RNA polymerase binding (Figure 3).

The control of gene expression in eukaryotes is more complex than that in prokaryotes. In general, a greater number of regulatory proteins are involved, and regulatory binding sites may be located quite far from transcription promote

Kết quả (Việt) 1:

Gen mã hóa protein và protein dictate chức năng tế bào. Do đó, hàng nghìn gen bày tỏ trong một tế bào cụ thể xác định di động đó có thể làm gì. Hơn nữa, mỗi bước trong dòng chảy của thông tin từ ADN để RNA protein cung cấp các tế bào với nhiệt độ điều khiển tiềm năng cho tự quy định chức năng của nó bằng cách điều chỉnh số lượng và loại protein nó sản xuất.Tại bất kỳ thời điểm nào đó, số tiền của một protein cụ thể trong một tế bào phản ánh sự cân bằng giữa protein đó tổng hợp và degradative các con đường sinh hóa. Về phía tổng hợp của sự cân bằng này, nhớ lại rằng sản xuất protein bắt đầu sao chép (ADN để RNA) và tiếp tục với dịch (RNA protein). Vì vậy, kiểm soát của các quá trình đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định những gì protein có mặt trong một tế bào và trong những gì số tiền. Ngoài ra, cách mà trong đó một tế bào xử lý RNA bảng điểm và protein mới được thực hiện của nó cũng rất nhiều ảnh hưởng đến mức độ protein.Biểu hiện gen được quy định như thế nào?Số lượng và loại mRNA phân tử trong một tế bào phản ánh chức năng của tế bào đó. Trong thực tế, hàng nghìn bảng điểm được sản xuất mỗi thứ hai trong mọi tế bào. Thống kê này được đưa ra, nó không phải là đáng ngạc nhiên rằng điểm chính điều khiển để biểu hiện gen là thường ở đầu rất của quá trình sản xuất protein — bắt đầu phiên mã. Phiên mã của RNA làm cho một điều khiển hiệu quả chỉ vì nhiều protein có thể được thực hiện từ một phân tử mRNA duy nhất.Bảng điểm chế biến cung cấp một mức độ bổ sung của các quy định cho sinh vật nhân chuẩn, và sự hiện diện của một hạt nhân làm cho điều này có thể. Trong sơ, bản dịch của một bảng điểm bắt đầu trước khi bảng điểm hoàn tất, do sự gần gũi của ribosom phân tử mRNA mới. Trong sinh vật nhân chuẩn, Tuy nhiên, bảng điểm được sửa đổi trong hạt nhân trước khi họ được xuất khẩu tới tế bào chất dịch.Bảng điểm sinh vật nhân chuẩn cũng là phức tạp hơn so bảng điểm. Ví dụ, các bảng điểm chính tổng hợp bởi RNA-polymerase chứa chuỗi đó sẽ không là một phần của RNA trưởng thành. Các trình tự can thiệp được gọi là introns, và họ được loại bỏ trước khi trưởng thành mRNA lá hạt nhân. Các khu vực còn lại của bảng điểm, bao gồm các vùng mã hóa protein, được gọi là exon, và họ được spliced với nhau để sản xuất mRNA trưởng thành. Sinh vật nhân chuẩn bảng điểm cũng được sửa đổi tại kết thúc của họ, mà ảnh hưởng đến sự ổn định và bản dịch của họ.Tất nhiên, có rất nhiều trường hợp trong đó tế bào phải đáp ứng một cách nhanh chóng để thay đổi điều kiện môi trường. Trong các tình huống, điểm quy định kiểm soát có thể đến sau phiên mã. Ví dụ, giai đoạn phát triển ở phần lớn động vật dựa trên tịnh kiểm soát vì sao chép rất ít xảy ra trong thời gian đầu tiên vài tế bào đơn vị sau khi thụ tinh. Trứng do đó có nhiều maternally originated mRNA bảng điểm là một khu bảo tồn đã sẵn sàng cho dịch sau khi thụ tinh (hình 1).Về phía degradative của sự cân bằng, tế bào có thể nhanh chóng điều chỉnh mức độ protein của họ thông qua phân tích enzyme RNA bảng điểm và phân tử protein sẵn có. Cả hai của những hành động này dẫn đến giảm số tiền của protein nhất định. Thông thường, sự cố này được liên kết với các sự kiện cụ thể trong các tế bào. Chu kỳ tế bào sinh vật nhân chuẩn cung cấp một ví dụ tốt về làm thế nào phân tích protein được liên kết với sự kiện di động. Chu kỳ này được chia thành nhiều giai đoạn, mỗi trong số đó đặc trưng bởi khác biệt protein cyclin hoạt động như cơ quan quản lý chủ chốt cho giai đoạn đó. Trước khi một tế bào có thể tiến triển từ một giai đoạn của chu kỳ tế bào để tiếp theo, nó phải làm suy giảm các cyclin rằng characterizes đó giai đoạn cụ thể của chu kỳ. Sự thất bại để làm suy giảm một cyclin dừng lại chu kỳ tiếp tục.Một sơ đồ của một tế bào sinh vật nhân chuẩn và nội thất của nó cho thấy phiên âm của DNA RNA, và bản dịch của RNA protein trong bốn bước: phiên mã, RNA chế, xuất khẩu hạt nhân, và bản dịch. Mỗi bước được đại diện bởi một mũi tên có nhãn. Phiên âm của một mẫu DNA để pre mRNA và nối của pre-mRNA vào một mRNA trưởng thành được hiển thị bên trong nhân tế bào. Xuất khẩu hạt nhân mang lại cho mRNA trưởng thành tế bào chất, nơi thư mRNA trưởng thành được dịch sang một protein.Hình 1: Tổng quan về dòng chảy của thông tin từ DNA sang protein trong eukaryote mộtTrước tiên, vùng mã hóa và DNA của DNA được phiên âm thành mRNA. Một số khu vực là loại bỏ (introns) trong thời gian ban đầu mRNA chế biến. Exon còn lại sau đó được spliced với nhau, và các phân tử mRNA spliced (màu đỏ) chuẩn bị sẵn sàng cho xuất khẩu ra khỏi hạt nhân thông qua bổ sung một endcap (quả cầu) và một đuôi polyA. Một lần trong tế bào chất, mRNA có thể được sử dụng để xây dựng một protein.© 2010 bản chất giáo dục bảo lưu mọi quyền. Xem điều khoản sử dụngCon số chi tiếtLàm thế nào các tế bào khác nhau nhận các gen họ cần?Chỉ một phần nhỏ của gen trong một tế bào được thể hiện tại một thời điểm. Sự đa dạng của cấu hình biểu hiện gen đặc tính của các loại tế bào khác nhau phát sinh bởi vì các tế bào có khác biệt bộ điều chỉnh sao chép. Một số các nhà quản lý làm việc để tăng phiên âm, trong khi những người khác ngăn ngừa hoặc ngăn chặn nó.Thông thường, phiên âm bắt đầu khi một RNA-polymerase liên kết với một chuỗi cái gọi là promoter trên các phân tử DNA. Trình tự này nằm gần như luôn luôn chỉ ngược dòng từ điểm khởi đầu cho phiên âm (5' cuối DNA), mặc dù nó có thể được đặt ở hạ nguồn của mRNA (3' cuối). Những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các trình tự ADN, được gọi là trình tự enhancer, cũng đóng một phần quan trọng trong phiên mã bằng cách cung cấp các trang web liên kết cho quy định protein mà ảnh hưởng đến hoạt động RNA-polymerase. Ràng buộc quy định protein để một chuỗi enhancer gây ra một sự thay đổi trong cấu trúc bị hoặc khuyến khích hoặc ức chế RNA-polymerase và sao chép ràng buộc yếu tố. Một cấu trúc bị cởi mở hơn được liên kết với phiên mã gen hoạt động. Ngược lại, một cấu trúc bị nhỏ gọn hơn được kết hợp với transcriptional không hoạt động (hình 2).Một số protein quy định ảnh hưởng đến phiên âm của nhiều gen. Điều này xảy ra vì nhiều bản sao của các trang web quy định protein ràng buộc tồn tại trong bộ gen của một tế bào. Do đó, quy định protein có thể có các vai trò khác nhau cho các gen khác nhau, và đây là một cơ chế mà tế bào có thể phối hợp các quy định của nhiều gen cùng một lúc.Một sơ đồ hai phần cho thấy làm thế nào một activator protein gắn DNA để bắt đầu sao chép. Một phân tử DNA tuyến tính được hiển thị trên một phân tử DNA xếp để tạo thành một vòng lặp. Trình tự enhancer, promoter chuỗi và trang web phiên mã được đại diện bởi màu bóng trên cả hai phân tử DNA, và một phân tử kích hoạt được đại diện bởi một cấu trúc cầu. Sự tương tác giữa RNA-polymerase, một protein hòa giải viên, và các protein kích hoạt được hiển thị trong các minh hoạ dưới cùng.Hình 2: Điều chế phiên mãMột activator protein ràng buộc với DNA tại một chuỗi thượng lưu enhancer có thể thu hút protein để khu vực promoter kích hoạt RNA-polymerase (màu xanh lá cây) và do đó phiên mã. DNA có thể vòng quanh trên riêng của mình để gây ra điều này tương tác giữa một protein kích hoạt và các protein khác trung gian hoạt động của RNA-polymerase.© 2010 bản chất giáo dục bảo lưu mọi quyền. Xem điều khoản sử dụngCon số chi tiếtLàm thế nào biểu hiện gen tăng hoặc giảm để đáp ứng với thay đổi môi trường?Trong sinh, quy định protein thường được kiểm soát bởi dinh dưỡng sẵn có. Điều này cho phép sinh vật như vi khuẩn để nhanh chóng điều chỉnh mẫu Phiên mã của họ để đáp ứng với điều kiện môi trường. Ngoài ra, các trang web quy định trên định DNA được thường nằm gần phiên mã promoter trang web- và điều này đóng một phần quan trọng trong biểu hiện gen.Một sơ đồ một phần ba cho thấy làm thế nào một protein repressor có thể ức chế sao chép bằng cách ngăn chặn RNA-polymerase từ ràng buộc DNA. Phần 1 cho thấy cách bố trí của một khu vực tuyến tính của DNA. Các nhà điều hành được đại diện bởi bóng màu trên các phân tử ADN và kéo dài ba nucleotide. Các trang web phiên mã là bóng mờ màu sắc khác nhau, và một điểm mũi tên từ trái sang phải ở trên bóng để hiển thị phiên mã hướng tiến hành. Phần 2 cho thấy vị trí của một protein repressor không hoạt động và RNA-polymerase tương đối so với một phân tử DNA khi phiên âm là xảy ra. Phần 3 cho thấy vị trí của một hoạt động repressor protein và RNA-polymerase liên quan đến một phân tử DNA khi phiên âm repressed.Hình 3: Chuyển biên bằng áp gần vùng promoter.Phân tử có thể can thiệp với ARN polymerase ràng buộc. Một protein repressor không hoạt động (màu xanh) có thể trở thành kích hoạt bởi một phân tử (vòng tròn màu đỏ). Repressor hoạt động này có thể liên kết với một khu vực gần promoter gọi là một nhà điều hành (màu vàng) và do đó ảnh hưởng đến RNA-polymerase ràng buộc để promoter, có hiệu quả ngăn ngừa phiên mã.© 2010 bản chất giáo dục bảo lưu mọi quyền. Xem điều khoản sử dụngCon số chi tiếtCho một ví dụ về cách làm việc này, hãy tưởng tượng một loại vi khuẩn với một thặng dư của axit amin tín hiệu quay "trên" của một số gen và chuyển "tắt" của những người khác. Trong ví dụ cụ thể này, các tế bào có thể bật "on" gen cho protein mà chuyển hóa axit amin và tắt "đi" gen cho protein mà tổng hợp axít amin. Một số các axit amin nào liên kết với protein quy định tích cực được gọi là tính. Activator protein liên kết với các trang web quy định trên DNA gần đó để khu vực promoter hành động khi bật/tắt thiết bị chuyển mạch. Liên kết này tạo điều kiện cho hoạt động RNA-polymerase và phiên mã gen gần đó. Cùng lúc đó, Tuy nhiên, các axit amin nào liên kết với protein quy định tiêu cực được gọi là repressors, mà lần lượt liên kết với các trang web quy định trong DNA có hiệu quả ngăn chặn RNA-polymerase ràng buộc (hình 3).Sự kiểm soát của biểu hiện gen trong sinh vật nhân chuẩn là phức tạp hơn hơn trong sinh. Nói chung, một số lớn các protein quy định có liên quan, và ràng buộc pháp lý các trang web có thể nằm khá xa phiên mã quảng bá

Kết quả (Việt) 2:

Các gen mã hóa các protein và các protein dictate chức năng tế bào. Do đó, hàng ngàn gen biểu hiện ở một cell cụ thể xác định những tế bào đó có thể làm. Hơn nữa, mỗi bước trong dòng chảy của thông tin từ DNA qua RNA tới protein cung cấp cho các tế bào với một điểm kiểm soát khả năng tự điều tiết chức năng của mình bằng cách điều chỉnh số lượng và loại protein nó sản xuất. Tại bất kỳ thời điểm nào, số tiền của một cụ thể protein trong tế bào phản ánh sự cân bằng giữa con đường sinh hóa tổng hợp và suy thoái của protein đó. Về mặt tổng hợp của sự cân bằng này, nhớ lại rằng sản xuất protein bắt đầu từ phiên mã (DNA đến RNA) và tiếp tục với dịch (RNA để protein). Vì vậy, kiểm soát các quá trình này đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định những protein có mặt trong tế bào và trong những gì số tiền. Ngoài ra, cách thức mà một tế bào xử lý bảng điểm RNA và protein vừa được thực hiện cũng có rất nhiều ảnh hưởng đến mức độ protein. Làm thế nào là biểu hiện gen RegulaTed? Số lượng và loại phân tử mRNA trong tế bào phản ánh các chức năng của tế bào đó. Trong thực tế, hàng ngàn bảng điểm được sản xuất mỗi thứ hai trong mỗi tế bào. Với thống kê này, nó không phải là đáng ngạc nhiên rằng các điểm kiểm soát chính cho biểu hiện gen thường là ở đầu của quá trình sản xuất protein - những khởi đầu phiên mã. RNA phiên mã làm cho một điểm kiểm soát hiệu quả vì nhiều protein có thể được làm từ một phân tử mRNA đơn. Transcript chế biến cung cấp một mức độ bổ sung quy định đối với sinh vật nhân chuẩn, và sự hiện diện của một hạt nhân làm cho điều này có thể. Trong prokaryote, bản dịch của một bảng điểm bắt đầu trước khi bảng điểm là hoàn chỉnh, do sự gần gũi của các ribosome để các phân tử mRNA mới. Ở eukaryote, tuy nhiên, bảng điểm đã được thay đổi trong hạt nhân trước khi họ được xuất khẩu sang các tế bào chất để dịch. bạ nhân điển hình cũng có nhiều phức tạp hơn so với bảng điểm prokaryote. Ví dụ, các bảng điểm chính tổng hợp bởi RNA polymerase chứa các trình tự đó sẽ không thể là một phần của RNA trưởng thành. Những tự ở giữa được gọi là intron, và họ được loại bỏ trước khi trưởng thành mRNA rời nhân. Các khu vực còn lại của bảng điểm, trong đó bao gồm các vùng mã hóa protein, được gọi là exon, và họ đã được ghép lại với nhau để tạo ra mRNA trưởng thành. Bảng điểm có nhân điển hình cũng được biến đổi ở hai đầu của họ, mà ảnh hưởng đến sự ổn định và bản dịch của họ. Tất nhiên, có rất nhiều trường hợp trong đó các tế bào phải đáp ứng một cách nhanh chóng để thay đổi điều kiện môi trường. Trong những tình huống này, các điểm kiểm soát quy định có thể đi tốt sau khi phiên mã. Ví dụ, sự phát triển sớm ở hầu hết các loài động vật dựa vào việc kiểm soát dịch mã bởi vì rất ít phiên mã xảy ra trong vài phân chia tế bào đầu tiên sau khi thụ tinh. Do đó trứng có chứa nhiều thể mẹ có nguồn gốc bảng điểm mRNA như một khu bảo tồn đã sẵn sàng cho dịch sau khi thụ tinh (Hình 1). Về phía suy thoái của sự cân bằng, các tế bào có thể nhanh chóng điều chỉnh mức độ protein của họ thông qua sự phân hủy enzym phiên mã RNA và phân tử protein hiện có. Cả hai hành động dẫn đến giảm số lượng các protein nhất định. Thông thường, sự cố này có liên quan đến các sự kiện cụ thể trong các tế bào. Các chu kỳ tế bào nhân chuẩn cung cấp một ví dụ tốt về cách phân tích protein có liên quan đến các sự kiện di động. Chu kỳ này được chia thành nhiều giai đoạn, mỗi trong số đó được đặc trưng bởi các protein cyclin biệt mà hành động như nhà quản lý quan trọng cho giai đoạn đó. Trước khi một tế bào có thể phát triển từ một giai đoạn của chu kỳ tế bào kế tiếp, nó phải làm suy giảm các cyclin đặc trưng cho rằng giai đoạn cụ thể của chu kỳ. Thất bại trong việc làm suy giảm một cyclin dừng chu kỳ tiếp tục. Một sơ đồ của một tế bào nhân chuẩn và nội thất của nó cho thấy sự sao chép của DNA đến RNA, và bản dịch của RNA để protein trong bốn bước: phiên mã, RNA nối, xuất khẩu hạt nhân, và dịch thuật. Mỗi bước được đại diện bởi một mũi tên nhãn. Sự sao chép của một mẫu DNA để một pre-mRNA và nối của pre-mRNA thành một mRNA trưởng thành được hiển thị bên trong nhân tế bào. Việc xuất khẩu hạt nhân mang đến cho các mRNA trưởng thành tế bào chất, nơi mà thông điệp mRNA trưởng thành được dịch sang một protein. Hình 1: Tổng quan về các dòng chảy của thông tin từ DNA đến protein trong một eukaryote Đầu tiên, cả hai mã hóa và không mã hoá các vùng của DNA được phiên mã vào mRNA. Một số khu vực được xóa (intron) trong chế biến mRNA ban đầu. Exon còn lại sau đó được ghép lại với nhau, và các phân tử mRNA ghép (màu đỏ) được chuẩn bị sẵn sàng để xuất khẩu ra khỏi nhân thông qua bổ sung một endcap (hình cầu) và một cái đuôi Polya. Khi ở trong tế bào chất, các mRNA có thể được sử dụng để xây dựng một protein. © 2010 Nature Education Tất cả quyền được bảo lưu. Xem Điều khoản Sử dụng hình chi tiết thế nào Do tế bào khác nhau Thể hiện gen mà họ cần? Chỉ có một phần nhỏ của các gen trong tế bào được thể hiện ở một thời điểm. Sự đa dạng của các biểu hiện gen cấu đặc trưng của các loại tế bào khác nhau nảy sinh bởi vì các tế bào này có bộ điều chỉnh riêng biệt của phiên mã. Một số các nhà quản lý làm việc để tăng phiên mã, trong khi những người khác ngăn chặn hoặc ngăn chặn nó. Thông thường, phiên mã bắt đầu khi RNA polymerase gắn vào một cái gọi là trình tự promoter trên phân tử DNA. Trình tự này là hầu như luôn luôn nằm ngay phía thượng lưu từ điểm khởi đầu cho phiên mã (5 'cuối của DNA), mặc dù nó có thể được đặt ở hạ lưu của mRNA (3' cuối). Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng các trình tự DNA khác, được gọi là trình tự enhancer, cũng đóng một phần quan trọng trong phiên mã bằng cách cung cấp các trang web liên kết với protein điều đó ảnh hưởng đến hoạt động polymerase RNA. Liên kết của các protein điều hòa vào một chuỗi tăng cường gây ra một sự thay đổi trong cấu trúc nhiễm sắc rằng hoặc thúc đẩy hoặc ức chế RNA polymerase phiên mã và yếu tố ràng buộc. Một cấu trúc nhiễm sắc thể cởi mở hơn là liên kết với phiên mã gene hoạt động. Ngược lại, một cấu trúc nhiễm sắc thể nhỏ gọn hơn có liên quan không hoạt động phiên mã (Hình 2). Một số protein điều ảnh hưởng đến sự phiên mã của nhiều gen. Điều này xảy ra vì nhiều bản sao của các trang web liên kết protein điều tồn tại trong hệ gen của tế bào. Do đó, các protein điều hòa có thể có vai trò khác nhau đối với các gen khác nhau, và đây là một cơ chế mà tế bào có thể phối hợp các quy định của nhiều gene. Một hai phần trình diễn sơ đồ như thế nào một loại protein hoạt hóa liên kết ADN để bắt đầu phiên mã. Một phân tử DNA tuyến tính được hiển thị trên một phân tử DNA xếp lại để tạo thành một vòng. Trình tự enhancer, trình tự promoter, và trang web của phiên mã được đại diện bởi shading màu trên cả hai phân tử DNA, và một phân tử chất hoạt hóa được đại diện bởi một cấu trúc hình cầu. Sự tương tác giữa RNA polymerase, một protein hòa giải, và các protein hoạt hóa được thể hiện trong hình minh họa dưới. Hình 2: Điều chế phiên mã Một protein liên kết với DNA activator ở một trình tự enhancer thượng nguồn có thể thu hút các protein này với vùng promoter mà kích hoạt RNA polymerase ( màu xanh lá cây) và do đó phiên mã. DNA có thể vòng quanh trên chính nó gây ra sự tương tác này giữa một protein hoạt hóa và các protein khác sẽ giúp đỡ các hoạt động của RNA polymerase. © 2010 Nature Education Tất cả quyền được bảo lưu. Xem Điều khoản Sử dụng hình chi tiết như thế nào là biểu hiện gen Tăng hoặc Giảm nhằm ứng phó với thay đổi môi trường? Trong prokaryote, protein điều hòa thường được kiểm soát bởi lượng dinh dưỡng. Điều này cho phép các sinh vật như vi khuẩn để điều chỉnh nhanh chóng sao chép mô hình của họ để đáp ứng với điều kiện môi trường. Ngoài ra, các trang web quy về DNA prokaryote thường nằm gần các trang web promoter phiên mã - và điều này đóng một vai trò quan trọng trong biểu hiện gen. Một phần ba chương trình sơ đồ như thế nào một protein ức chế có thể ức chế phiên mã bằng cách ngăn cản RNA polymerase từ ràng buộc DNA. Phần 1 cho thấy cách bố trí của một vùng tuyến tính của DNA. Người vận hành được đại diện bởi shading màu trên phân tử DNA và kéo dài ba nucleotide. Các trang web của phiên mã được tô một màu sắc khác nhau, và một mũi tên từ trái sang phải trên shading để hiển thị các tiền đạo phiên mã. Phần 2 cho thấy vị trí của một protein ức chế không hoạt động và RNA polymerase tương đối với một phân tử ADN khi sao chép đang diễn ra. Phần 3 cho thấy vị trí của một protein ức chế hoạt động và RNA polymerase trong mối quan hệ với một phân tử DNA khi phiên mã bị đàn áp. Hình 3:. Transcription áp gần vùng promoter phân tử có thể can thiệp vào RNA polymerase ràng buộc. Một protein ức chế không hoạt động (màu xanh) có thể bị kích hoạt bởi một phân tử (vòng tròn màu đỏ). Repressor hoạt động này có thể dính vào một vùng gần promoter được gọi là một nhà điều hành (màu vàng) và do đó cản trở RNA polymerase gắn vào promoter, có hiệu quả ngăn chặn sao chép. © 2010 Nature Education Tất cả quyền được bảo lưu. Xem Điều khoản Sử dụng hình chi tiết Đối với một ví dụ về cách làm việc này, hãy tưởng tượng một loại vi khuẩn có thặng dư của các axit amin dấu sự quay "trên" của một số gen và những bước ngoặt "off" của người khác. Trong ví dụ này, các tế bào có thể muốn biến "trên" gen cho protein chuyển hóa acid amin và tắt "off" gen cho protein tổng hợp axit amin. Một số các axit amin sẽ gắn kết với protein điều tích cực được gọi là kích hoạt. Protein Activator kết đến các trang web quy về DNA gần đó để vùng promoter mà hành động như bật / tắt công tắc. Điều này tạo điều kiện ràng buộc hoạt động polymerase RNA và phiên mã của gen gần đó. Đồng thời, tuy nhiên, các axit amin khác sẽ gắn kết với protein điều hòa âm được gọi là repressors, mà lần lượt liên kết với các trang web quản lý ở các DNA mà hiệu quả ngăn chặn RNA polymerase ràng buộc (Hình 3). Việc kiểm soát biểu hiện gen ở sinh vật nhân chuẩn là phức tạp hơn hơn ở prokaryote. Nói chung, một số lượng lớn các protein điều hòa có liên quan, và các trang web quy định ràng buộc có thể được đặt khá xa transcription thúc đẩy