Что диктует, какой белок синтезировать в данное время?

Регуляция экспрессии генов и синтеза белка происходит на нескольких уровнях, и вместе эти уровни позволяют точно контролировать, когда и в какой степени гены активны. На столь широкий вопрос невозможно дать исчерпывающий ответ. Вот начало, начиная с самого важного факта:

ДНК используется в качестве матрицы для создания информационной РНК, которая экспортируется из ядра для производства белков на структурах, называемых рибосомами в цитоплазме.

На уровне ДНК многое регулируется тем, какие гены, когда и в какой степени будут транскрибироваться в информационную РНК. Название этой регуляции - регуляция транскрипции. Например, сеть белков, называемых факторами транскрипции, связывается с ДНК, регулируя доступность гена для ферментов транскрипции. Другой пример: трехмерная топография ДНК также важна. Эпигенетические особенности могут сделать некоторые участки ДНК недоступными. Специфическое действие дистальных элементов, называемых энхансерами, также может влиять на уровень экспрессии гена. На этом уровне многое работает в тандеме.

После образования матричной РНК ее необходимо экспортировать в клетку из ядра. В цитоплазме он может упаковываться, изолироваться от трансляции в белок, деградировать, накапливаться и так далее. Это называется трансляционной регуляцией . В настоящее время большое внимание уделяется биомедицинским и фундаментальным исследованиям микроРНК, представляющих собой виды РНК, которые участвуют в регуляции количества матричных РНК, присутствующих в клетке. Они также находятся в ядре. Многие биотехнологии основаны на этой концепции; Кроме того, обычная лабораторная практика заключается в нокдауне (снижении экспрессии) генов, представляющих исследовательский интерес, с помощью метода, называемого РНК-интерференцией.

Кроме того, рибосома регулирует биосинтез белка, который часто образует сложные комплексы с другими молекулами, чтобы обеспечить дополнительный уровень настройки того, сколько белка производится и как быстро.

Есть много, много других известных уровней регулирования. Также остается много неизвестных механизмов регуляции, над раскрытием и пониманием которых ученые заняты, пока мы говорим.

РЕДАКТИРОВАТЬ: Что диктует, какой белок синтезировать в данный момент времени? История и современная идентичность клетки. Под идентичностью я подразумеваю ее состояние в отношении регуляции экспрессии собственного гена, а также многое другое.

Вы спрашиваете, как клетка или организм регулирует синтез белка. Это сложный вопрос, состоящий из множества разных частей. Он хорошо представлен в главе 7 Альберта «Молекулярная биология клетки» о генетических переключателях. Вот онлайн-раздел из этой главы в издании 2002 года.

В регуляции синтеза белка очень многое задействовано. Как правило, если вы можете себе представить его регулирование, оно регулируется. Вот рисунок от Alberts, чтобы вы начали думать об этом:

Есть некоторые вещи, которые необходимы для всех генов. Общие факторы транскрипции, например, и блок Pribnow или TATAAT. Наличие, отсутствие, расположение и доступность этих вещей могут регулировать уровень синтеза белка клеткой. Другие вещи будут различать разные гены. При определенных условиях определенные белки, регулирующие гены, будут продуцироваться, а не разрушаться так быстро, активироваться, разрешаться проникновение в ядро ​​и т. д., регуляторные последовательности будут экспонироваться или не экспонироваться, метилироваться или не метилироваться... если эти взаимодействия белковых генов стабилизируют сборку, связывание и транскрипцию полимеразой, уменьшаются, если они дестабилизируют сборку, связывание и транскрипцию полимеразой).

Это всего лишь часть чудесного мира генной регуляции в эукариотической клетке. Как говорится в исследовании Alberts, из примерно 30 000 генов человека примерно 5–10% кодируют регуляторные белки генов. И это как раз те белки, которые непосредственно регулируют транскрипцию.