Ποια επίπεδα ελέγχου έκφρασης γονιδίων επιτρέπει σε ένα κύτταρο να διατηρήσει τους περισσότερους πόρους;
1. Μεταγραφικός έλεγχος:
* Καταστολή: Αυτός είναι ο πιο αποτελεσματικός τρόπος για τη διατήρηση των πόρων. Αποτρέποντας τη μεταγραφή, το κύτταρο αποφεύγει το ενεργειακό κόστος της σύνθεσης mRNA και τελικά της πρωτεΐνης. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί μέσω των πρωτεϊνών καταστολέα που δεσμεύουν το DNA και την παρεμπόδιση της πολυμεράσης RNA.
* δύναμη προαγωγού: Οι ισχυροί προαγωγοί οδηγούν σε υψηλότερα επίπεδα μεταγραφής, ενώ οι αδύναμοι υποκινητές οδηγούν σε χαμηλότερα επίπεδα. Χρησιμοποιώντας αδύναμους υποκινητές για γονίδια που χρειάζονται μόνο περιστασιακά, το κύτταρο μπορεί να εξοικονομήσει ενέργεια.
2. Μετα-μεταγραφικό έλεγχο:
* αποικοδόμηση mRNA: Τα ασταθής μόρια mRNA αποικοδομούνται ταχέως, αποτρέποντας τη μετάφραση και τη σύνθεση πρωτεϊνών. Αυτό εξασφαλίζει ότι μεταφράζονται μόνο οι ανάγκες που απαιτούνται μόνο.
* microRNAs (miRNAs): Αυτά τα μικρά μόρια RNA μπορούν να δεσμεύονται με συγκεκριμένες αλληλουχίες mRNA και να αναστέλλουν τη μετάφραση ή την αποικοδόμηση ενεργοποίησης. Αυτό επιτρέπει την τελειοποίηση της γονιδιακής έκφρασης σε απόκριση στις κυτταρικές ανάγκες.
3. Μεταφραστικός έλεγχος:
* Παράγοντες εκκίνησης: Αυτές οι πρωτεΐνες είναι απαραίτητες για την έναρξη της μετάφρασης. Με τη ρύθμιση της διαθεσιμότητάς τους, το κύτταρο μπορεί να ελέγξει τον ρυθμό σύνθεσης πρωτεϊνών.
4. Μετα-μεταφραστικός έλεγχος:
* αποικοδόμηση πρωτεΐνης: Οι μη απαραίτητες πρωτεΐνες επισημαίνονται για αποικοδόμηση με ουβικιτινίωση και στη συνέχεια διασπώνται από πρωτεασωμάτων. Αυτό εξασφαλίζει ότι οι πόροι δεν χάνονται για τη διατήρηση των περιττών πρωτεϊνών.
5. Ρύθμιση της δραστηριότητας ενζύμου:
* αλλοστερική ρύθμιση: Ορισμένα ένζυμα ρυθμίζονται από τη δέσμευση των μορίων σε θέσεις εκτός από την ενεργό θέση. Αυτό μπορεί να αλλάξει τη δραστηριότητά τους και να διατηρήσει τους πόρους.
Παράδειγμα:
Εξετάστε ένα βακτηριακό κύτταρο σε ένα μέσο με περιορισμένη γλυκόζη. Το κύτταρο θα εκφράσει γονίδια που εμπλέκονται στο μεταβολισμό της γλυκόζης σε υψηλά επίπεδα. Ωστόσο, εάν η παροχή γλυκόζης εξαντληθεί, το κύτταρο θα ρυθμίσει προς τα κάτω αυτά τα γονίδια για να διατηρήσει τους πόρους και αντίθετα να ρυθμίσει προς τα πάνω τα γονίδια που εμπλέκονται στη χρήση άλλων διαθέσιμων πηγών άνθρακα.
Συνοπτικά:
Τα περισσότερα επίπεδα που συντηρούν τους πόρους του ελέγχου έκφρασης γονιδίων επικεντρώνονται στην ελαχιστοποίηση της σύνθεσης περιττών πρωτεϊνών μέσω μηχανισμών που εμποδίζουν τη μεταγραφή, υποβαθμίζουν το mRNA, αναστέλλουν τη μετάφραση και υποβαθμίζουν τις πρωτεΐνες. Αυτό επιτρέπει στο κύτταρο να κατανέμει πόρους στην παραγωγή βασικών πρωτεϊνών και να διατηρεί αποτελεσματική κυτταρική λειτουργία.
