Poziomy różnicowania komórek i jego kontroli

Poziomy różnicowania komórek i jego kontrola!

Wszystkie procesy komórkowe są kontrolowane przez enzymy (białka). Są one syntetyzowane wewnątrz komórki przez geny.

Ekspresję genów, tj. Syntetyzowanego przez nie białka, można kontrolować na trzech różnych poziomach, a kontrolę tę sprawują czynniki obecne w cytoplazmie. To są:

I. Zróżnicowanie dokonane w genomie:

A. Zmiana kwantu DNA:

Ilość DNA można zwiększyć lub zmniejszyć, a tym samym można uzyskać różnicowanie. Zwiększenie lub zmniejszenie można osiągnąć za pomocą następujących metod.

1. Zmniejszenie się chromatyny:

Boveri (1889) zaobserwował zmniejszenie chromatyny w zygocie nicieni Parascaris, odkrył, że po pierwszym rozszczepieniu, z komórki najbliższej biegunowi zwierzęcemu, część materiału chromosomalnego rozlewa się do cytoplazmy podczas drugiego cięcia.

W stadium 32-komórkowym tylko dwie komórki mają pełne uzupełnienie genów (pierwotne komórki rozrodcze), podczas gdy pozostałe zostały poddane redukcji chromatyny (przypuszczalne komórki somatyczne). Tak więc różne komórki blastuli mają różną zawartość chromatyny i mają ilościowe zróżnicowanie. Różnicowy kwant DNA ma różną interakcję nukleo-cytoplazmatyczną. Podobne zjawisko zaobserwowano w niektórych Diptera.

2. Wzmocnienie genów:

W oocytach płazów synteza rRNA jest bardzo aktywna. W tym przypadku gen dla rRNA istnieje w dużej liczbie kopii. Diploidalny genom Xenopus laevis zawiera prawie 1600 kopii genów dla rRNA i wszystkie są zgrupowane w regionie organizmu jąderkowego.

Każde z tych jąder aktywnie syntetyzuje rRNA. Chromosomy lampopsów z oocytów płazów mają dodatkowe kopie genów tRNA i mRNA, które syntetyzują dużą liczbę tych cząsteczek. Mają one regulacyjny wpływ na proces rozwoju.

3. Zmiany genetyczne:

Zmutowana odmiana Xenopus laevis posiadała tylko jeden jąderek zamiast normalnych dwóch. Ten niedobór materiału jąderkowego nie uniemożliwia normalnego rozwoju. Kiedy te mutanty były łączone razem, potomstwo było trzech rodzajów: Normalna Forma (2 nu), heterozygotyczna (1 nu) i homozygotyczna mutant (0. nu) w typowym stosunku Mendla w stosunku 1: 2: 1. Osoby bez jąder nie wykraczają poza wczesne etapy. Mutant (Onu) powstaje w wyniku delecji genów 28S i 18S rRNA z jednego z chromosomów.

(B) Zmiany chemiczne w DNA:

DNA można modyfikować chemicznie przez alkilowanie lub metylowanie, w których niezbędne enzymy są obecne w komórce. Reakcje wpływają na poszczególne zasady nukleotydowe DNA, które z kolei zmieniają inne wyniki. Spośród nich metylacja zachodzi dopiero po replikacji DNA, a więc ta reakcja musi nastąpić za każdym razem po zakończeniu replikacji DNA.

II. Kontrola różnicowania na poziomie transkrypcji:

Na poziomie transkrypcji podczas procesu syntezy białek różne geny obecne w chromosomach rozwijającego się zarodka można kontrolować za pomocą następujących metod.

1. Regulacja genów przez histony:

Dwuniciowa cząsteczka DNA ma wolne grupy kwasowe kwasu fosforowego na ich zewnętrznej powierzchni i mogą one tworzyć silne wiązania z grupami NH ^{+ 2} podstawowych aminokwasów łańcuchów histonowych. To bliskie połączenie DNA i histonów zapobiega DNA w interakcji z innymi substancjami w cytoplazmie, tym samym służąc jako matryce do produkcji RNA. Histony hamują syntezę RNA z primerem DNA w celu zmniejszenia aktywności polimerazy DNA. Zatem histony służą jako represory.

2. Regulacja genów przez kwaśne białka:

Są to niemhistonowe fosfoproteiny, których głównym składnikiem są tryptofan i tyrozyna. Te białka pozostają ściśle związane z DNA (kompleks bez histonów) i są uważane za bardziej istotne dla histonów regulacji genów.

Kompleks DNA-histon pozostaje obojętny dla transkrypcji, tak że kwaśne białka oddziałują z podstawowymi histonami, wprowadzając histony pewnych kluczowych genów jako promotory, dzięki czemu można transkrybować geny.

3. Regulacja genowa przez heterochromatyzację:

Heterochromatyna interfazy ma pewną szczególną rolę w regulacji genów. Na przykład, synteza białek jest bardzo słaba u ludzi, gdzie komórki krwi zawierają duże masy skondensowanej heterochromatyny, podczas gdy w białych krwinkach synteza białek jest bardzo słaba z powodu braku skondensowanej heterochromatyny.

III. Kontrola różnicowania na poziomie tłumaczenia:

Wiadomość przenoszona przez mRNA musi zostać zdekodowana, a wymagane aminokwasy muszą być zebrane, aby utworzyć różne białka. Obejmuje to kilka kroków, więc zawsze istnieje możliwość istnienia różnych kontroli na każdym poziomie.

Ważne mechanizmy regulacyjne istniejące na poziomie tłumaczeń są następujące:

1. Ruch mRNA z jądra do cytoplazmy:

Jest możliwe, że cały mRNA, który opuszcza jądro, może nie dotrzeć do cytoplazmy. Może występować utrata bitów mRNA, co oznacza, że ​​tłumaczenie może nie być prawidłowe. Jeżeli niektórym mRNA nie uda się dotrzeć do cytoplazmy, wówczas translacja może być różna.

2. Zatrzymanie rozkładu mRNA w jądrze:

MRNA może być przekazywany do cytoplazmy lub może być degradowany lub rozkładany z powodu różnych czynników. Degradacja może wystąpić w niektórych częściach nici mRNA, co powoduje różnicowe tłumaczenie.

3. Maskowanie mRNA:

Po zamaskowaniu mRNA tłumaczenie nie jest możliwe. Maskowanie wymaga działania innego agenta. Maskowanie może nie być całkowite, ale częściowe, powodując różnice w tłumaczeniu.

4. Wpływ określonych cząsteczek regulatorowych na mRNA:

Niektóre cząsteczki regulatorowe obecne w cytoplazmie mogą kojarzyć się z mRNA i tym samym zapobiegać odgrywaniu roli mRNA w translacji. Związek może być częściowy lub kompletny.

5. Zniszczenie mRNA:

Czasami mRNA może dotrzeć do rybosomów w stanie nienaruszonym, ale może zostać zniszczony z powodu pewnych sił, które mogą istnieć. Zapobiega to lub zmienia pracę tłumaczącą, powodując różnicowanie.

6. Inaktywacja rybosomów:

Rybosomy, które normalnie odgrywają ważną rolę w syntezie białek, mogą być inaktywowane, tak że nie można utworzyć określonego białka. Po pewnym czasie rybosom może również zostać aktywowany. Zjawisko to powoduje tymczasowe przerwy w tłumaczeniu.

7. Zmiany w fałdowaniu powstających łańcuchów polipeptydowych:

Podczas syntezy białek łańcuchy polipeptydowe tworzą prekursor białek. Zdarza się to poprzez złożenie. Jakakolwiek zmiana w składanym wzorze może zmienić strukturę i spowodować różnicowanie.

8. Zmiana wywołana czynnikami wpływającymi na syntezę białek:

Wiele czynników, takich jak hormony, enzymy itp., Powoduje różnicowanie, wpływając na ścieżkę syntezy białek. Uważa się, że hormony są bardzo skuteczne w tym kierunku i powodują te zmiany różnymi drogami.

Mogą one działać jako depresory genów. Po podaniu iniekcji hydrokortyzonu szczurom szybkość syntezy RNA wzrosła w wątrobie. Podobnie, gdy estrogeny są wstrzykiwane, endometrium macicy wykazuje dużą aktywność. Zauważono, że kortyzon stymuluje wydzielanie czterech enzymów: pirolazy tryptofanu, transaminazę tyrozyny, transaminazę glutaminianu alaninowego i arginazę. Hormony mogą również wpływać na aktywność enzymu na poziomie translacji. Hormony wpływają na aktywność genu chromosomalnego, ulegając zlokalizowaniu w jądrze. Hormony są bardziej specyficzne dla narządu niż specyficzne dla genu.