Genetica en genomica HC8.docx

# Regulatiemechanismen in prokaryoten en eukaryoten Regulatiemechanismen verschillen fundamenteel tussen prokaryoten en eukaryoten, waarbij prokaryoten vaak eenvoudiger, gekoppelde processen kennen en eukaryoten complexere, gedifferentieerde regulatie hanteren. ### 1.1 Verschillen in genetische regulatie Prokaryoten kennen over het algemeen een ongehinderde groei en een directe koppeling tussen transcriptie en translatie. Regulatie via splicing, zoals bij eukaryoten, is niet mogelijk. Eukaryoten daarentegen, moeten ervoor zorgen dat elke dochtercel dezelfde eigenschappen behoudt als de ouderlijke cel, en de groei en celdeling stoppen meestal bij het bereiken van het volwassen stadium. ### 1.2 Catabole en anabole regulatie * **Catabole regulatie:** Betreft de afbraak van moleculen. Als molecule X moet worden afgebroken door een enzym, zal bij een hoge concentratie van X de productie van het corresponderende enzym hoog zijn. Bij een lage concentratie van X zal de enzymproductie laag zijn. * **Anabole regulatie:** Betreft de synthese van moleculen. Hier is het verband vaak onevenredig. Als molecule Y moet worden gemaakt, zal bij een lage concentratie van Y de enzymproductie hoog zijn. Bij een hoge concentratie van Y zal de enzymproductie laag zijn. ### 1.3 Negatieve en positieve regulatie * **Negatieve regulatie:** Maakt gebruik van repressors, eiwitten die in staat zijn genexpressie uit te schakelen. Deze repressors kunnen binden aan specifieke DNA-sequenties, zoals de promotor site, en zo verhinderen dat RNA-polymerase bindt en transcriptie start. Dit mechanisme komt vaker voor bij prokaryoten. * **Voorbeeld:** Het lac operon. * **Positieve regulatie:** Maakt gebruik van activators, eiwitten die de genexpressie kunnen activeren en aanwezig moeten zijn om transcriptie te laten plaatsvinden. Activators helpen RNA-polymerase te binden aan de promotor. Dit mechanisme komt vaker voor bij eukaryoten. * **Voorbeeld:** Het cap-complex. ### 1.4 Genexpressie bij prokaryoten: operons Een **operon** is een functioneel gerelateerde groep genen die in het bacteriechromosoom gegroepeerd zijn. Deze genen worden als een polycistronische molecule getranscribeerd en hun expressie gebeurt op een gecoördineerde wijze, afhankelijk van de aanwezigheid van een inducer. Het operon start vanuit één enkele promotor. Dit is niet het geval bij eukaryoten. #### 1.4.1 Het lac operon Het lac operon codeert voor drie enzymen die betrokken zijn bij de afbraak van lactose: * **Beta-galactosidase (lac Z):** Splitst lactose in galactose en glucose. * **Lactose permease (lac Y):** Transporteert lactose naar binnen in de cel. * **Transacetylase (lac A):** Heeft een secundaire rol bij de afbraak van lactose. De regulatie van het lac operon behelst zowel negatieve als positieve controle. ##### 1.4.1.1 Negatieve controle van het lac operon * **Mechanisme:** Het lac gen staat uit in de afwezigheid van lactose. De repressor, geproduceerd door het lac i gen, bindt aan de operator sequentie op het DNA. Dit verhindert de binding van RNA-polymerase aan de promotor (lac P), waardoor er geen transcriptie plaatsvindt. * **Lactose als inducer:** Wanneer lactose aanwezig is, bindt het aan het repressor eiwit. Hierdoor ondergaat de repressor een conformationele verandering, waardoor het niet langer aan de operator kan binden. Hierdoor kan RNA-polymerase binden aan de promotor en transcriptie van de lac genen starten. * **Lac mRNA:** De productie van lac mRNA is induceerbaar. Als lactose wordt weggenomen, daalt de mRNA-productie omdat de repressor weer aan de operator bindt. Bestaande mRNA wordt vervolgens afgebroken, aangezien het niet stabiel is. * **Genetische varianten:** * `lacP-`: Een mutatie in de promotor die ervoor zorgt dat RNA-polymerase niet kan binden, wat resulteert in geen transcriptie. * `lac Is`: Een mutatie in het lac i gen die leidt tot de synthese van een "super-repressor" die permanent aan de operator bindt en inductie onmogelijk maakt. * `lac Oc`: Een mutatie in de operator sequentie waar de repressor niet meer aan kan binden, waardoor continue expressie van het operon plaatsvindt (cis-dominant). * `lacI-`: Een mutatie waarbij geen repressor eiwit wordt gemaakt, wat leidt tot continue expressie (nooit repressie). * **Merodiploïde cel:** Een bacteriecel die deels diploïd is (bijvoorbeeld door een plasmide met een gen) kan bepaalde mutaties tot uiting laten komen en laat zien hoe de genen functioneren in aanwezigheid van zowel de wilde type als gemuteerde allelen. ##### 1.4.1.2 Positieve controle van het lac operon * **Regulatie via glucose:** De activiteit van het lac operon wordt ook gereguleerd door de glucoseconcentratie in de cel, via het cAMP-CAP complex. * **cAMP-CAP complex:** Bij voldoende glucose is de cAMP-concentratie laag. Wanneer de glucoseconcentratie daalt, stijgt de cAMP-concentratie. cAMP bindt aan het CAP (catabolite activator protein). Het gevormde cAMP-CAP complex bindt aan een specifieke sequentie nabij de lac promotor, wat de binding van RNA-polymerase versterkt en de transcriptie activeert. * **Samenspel:** * **Voldoende glucose:** Weinig cAMP, geen cAMP-CAP complex, dus weinig of geen transcriptie, zelfs indien lactose aanwezig is. * **Onvoldoende glucose:** Veel cAMP, vorming van cAMP-CAP complex. Dit activeert de transcriptie van het lac operon, mits lactose ook aanwezig is. #### 1.4.2 Het TRP operon Het tryptofaan (TRP) operon is een voorbeeld van een **represseerbaar operon**, wat typisch is voor anabole routes. Hierbij zijn de genen die coderen voor enzymen in een syntheseroute normaal gesproken actief, maar worden ze uitgeschakeld wanneer het eindproduct (tryptofaan) in voldoende mate aanwezig is. * **Structuur van het TRP operon:** * Bevat vijf structurele genen (trp E, D, C, B, A) die coderen voor enzymen in de tryptofaansynthese. * Stroomopwaarts van het trpE gen bevindt zich de **leader regio (trpL)**, die een attenuator site bevat. * **Regulatie door de TRP repressor:** * Het regulerende gen voor het TRP operon is trpR, dat codeert voor een **apo-repressor** (een inactieve repressor). * Bij afwezigheid van tryptofaan is de apo-repressor inactief en kan het niet binden aan de operator, waardoor transcriptie van het operon kan plaatsvinden. * Bij hoge concentraties tryptofaan bindt tryptofaan aan de apo-repressor, waardoor een **actieve repressor** ontstaat. * De actieve repressor bindt aan de operator sequentie, wat de initiatie van transcriptie door RNA-polymerase verhindert. * **Attenuatie:** De leader regio (trpL) speelt ook een rol in een extra regulatiemechanisme genaamd attenuatie. Dit mechanisme is afhankelijk van de snelheid van translatie van het mRNA dat uit de leader regio wordt gevormd. In de aanwezigheid van tryptofaan wordt het mRNA zo gevormd dat het leidt tot de vorming van een hairpin structuur die het einde van de transcriptie signaleert, waardoor de expressie van de structurele genen wordt gestopt. Bij lage tryptofaanniveaus wordt het mRNA op een andere manier gevormd, waardoor de translatie de transcriptie niet onderbreekt en de structurele genen wel worden getranscribeerd. ### 1.5 Verschillen in regulatie tussen prokaryoten en eukaryoten | Kenmerk | Prokaryoten | Eukaryoten | | :---------------------- | :------------------------------------------------------------------------------- | :-------------------------------------------------------------------------------------------------------- | | **Transcriptie/Translatie** | Gekoppeld (gebeurt tegelijkertijd in het cytoplasma) | Gescheiden (transcriptie in kern, translatie in cytoplasma) | | **mRNA-stabiliteit** | Relatief instabiel, korte halfwaardetijd | Relatief stabiel, langere halfwaardetijd | | **Genstructuur** | Vaak georganiseerd in operons (polycistronisch mRNA) | Genen meestal onafhankelijk, elk met eigen promotor (monocistronisch mRNA) | | **Regulatiemechanismen** | Voornamelijk op transcriptieniveau (promotors, operons, repressors, activators) | Meerdere regulatieniveaus: transcriptie-initiatie, post-transcriptionele modificaties, translatie, post-translationele modificaties, chromatine-structuur. | | **Splicing** | Niet aanwezig | Essentieel voor rijping van mRNA (verwijderen van introns) | | **Koppeling met groei** | Continue groei, veelal aangepast aan externe omstandigheden | Groei en celdeling gestuurd door ontwikkelingsprogramma's en externe signalen, stopt bij volwassenheid | #### 1.5.1 Transcriptiefactoren in eukaryoten Eukaryote genexpressie wordt grotendeels gereguleerd door transcriptiefactoren. Dit zijn eiwitten die binden aan specifieke DNA-sequenties (enhancers, silencers, promotors) en de activiteit van RNA-polymerase beïnvloeden. * **Basale transcriptiefactoren:** Zijn essentieel voor de binding van RNA-polymerase II aan de promotor. * **Specifieke transcriptiefactoren:** Kunnen de transcriptie sterk versterken of onderdrukken, afhankelijk van de celtype en de externe signalen. Dit maakt een zeer specifieke en gedifferentieerde genexpressie mogelijk. * **Activator- en repressor-domeinen:** Veel transcriptiefactoren bevatten domeinen die interacties met andere eiwitten (zoals co-activatoren of co-repressoren) of de chromatine-structuur mediëren. #### 1.5.2 Epigenetische regulatie Een cruciaal aspect van eukaryote genregulatie is epigenetische regulatie, die de genexpressie beïnvloedt zonder de DNA-sequentie zelf te veranderen. * **Chromatine-structuur:** De manier waarop DNA is opgerold rond histonen (chromatine) beïnvloedt de toegankelijkheid van genen voor transcriptiefactoren en RNA-polymerase. * **Euchromatine:** Losse structuur, genen zijn toegankelijk en actief. * **Heterochromatine:** Compacte structuur, genen zijn minder toegankelijk en meestal inactief. * **Histon-modificaties:** Acetylering, methylering en fosforylering van histon-eiwitten kunnen de chromatine-structuur veranderen en genexpressie beïnvloeden. * **DNA-methylering:** Methylering van cytosinebasen in specifieke DNA-regio's (CpG-eilanden) kan leiden tot genstilte. > **Tip:** Begrijp de fundamentele verschillen in celstructuur (aanwezigheid van een kern bij eukaryoten) en de consequenties daarvan voor de koppeling van transcriptie en translatie. Dit is een sleutel tot het begrijpen van de regulatiemechanismen. > **Tip:** Maak een tabel of mindmap om de operon-systemen van prokaryoten te vergelijken met de meer gedistribueerde regulatie in eukaryoten. Concentreer je op de rollen van repressors, activators, inducters en corepressors. > **Tip:** Besteed extra aandacht aan de voorbeelden van het lac en TRP operon, aangezien deze klassieke voorbeelden zijn die de principes van prokaryote regulatie illustreren. --- # Genexpressie bij prokaryoten: het lac operon Het lac operon is een gecoördineerd systeem van genen in prokaryoten dat de afbraak van lactose reguleert, waarbij de expressie afhankelijk is van de aanwezigheid van lactose en glucose. ## 2. Het lac operon Het lac operon is een voorbeeld van een operon in bacteriën, wat betekent dat functioneel gerelateerde genen gegroepeerd zijn op het bacteriechromosoom en gezamenlijk worden uitgedrukt. Deze genen coderen voor de enzymen die nodig zijn voor de afbraak van lactose. Het operon bestaat uit drie structurele genen: * **lacZ**: Codeert voor het enzym $\beta$-galactosidase, dat lactose splitst in galactose en glucose. * **lacY**: Codeert voor het enzym lactose permease, een transporteiwit dat lactose de cel in transporteert. * **lacA**: Codeert voor transacetylase, een enzym waarvan de precieze rol in de lactose-afbraak minder duidelijk is. Deze drie genen worden getranscribeerd vanaf één enkele promotor, wat resulteert in een polycistronische mRNA-molecule. De expressie van het lac operon wordt op twee manieren gereguleerd: negatieve controle en positieve controle. ### 2.1 Negatieve regulatie De negatieve regulatie van het lac operon wordt verzorgd door het regulatorische gen **lacI**, dat een repressor-eiwit produceert. Dit gen ligt buiten het operon zelf. * **Repressor-eiwit:** Het lacI-gen transcribeert constitutief (continu) en transleert naar een repressor-eiwit. Dit eiwit is normaal gesproken actief en kan binden aan een specifiek DNA-segment binnen de promotorregio van het operon, de zogenaamde **operator**. * **Binding aan de operator:** Wanneer het repressor-eiwit gebonden is aan de operator, blokkeert het de binding van RNA-polymerase aan de promotor. Hierdoor wordt transcriptie van de structurele genen (lacZ, lacY, lacA) voorkomen. * **Afwezigheid van lactose:** Als er geen lactose in de cel aanwezig is, zal het repressor-eiwit gebonden blijven aan de operator, en wordt er geen lac mRNA gesynthetiseerd. Het systeem is in de 'uit'-stand. * **Aanwezigheid van lactose (inducer):** Lactose fungeert als een **inducer**. Wanneer lactose aanwezig is, bindt het aan het repressor-eiwit. Deze binding veroorzaakt een conformationele verandering in het repressor-eiwit, waardoor het zijn affiniteit voor de operator verliest en loslaat van het DNA. Hierdoor wordt de promotor vrijgemaakt, en kan RNA-polymerase binden en beginnen met de transcriptie van de structurele genen. Het lac mRNA wordt nu gesynthetiseerd, en de enzymen voor lactose-afbraak worden geproduceerd. #### 2.1.1 Mutaties in de negatieve regulatie Verschillende mutaties in het lacI-gen of de operatorregio kunnen de regulatie beïnvloeden: * **lacI^- mutatie:** Dit resulteert in de productie van een defect repressor-eiwit dat niet kan binden aan de operator. Hierdoor is er altijd transcriptie van het lac operon, ongeacht de aanwezigheid van lactose. Dit wordt constitutieve expressie genoemd. * **lacI^s mutatie (super-repressor):** In dit geval wordt een repressor-eiwit geproduceerd dat wel aan de operator kan binden, maar niet meer kan binden aan de inducer (lactose). Hierdoor blijft het operon permanent uitgeschakeld, zelfs in aanwezigheid van lactose. * **lacO^c mutatie (constitutieve operator):** Deze mutatie bevindt zich in de operatorsequentie zelf. Het repressor-eiwit kan niet meer binden aan deze gemuteerde operator. Dit leidt tot continue transcriptie van het operon, ongeacht de staat van het repressor-eiwit. Deze mutatie is *cis*-dominant, wat betekent dat het alleen de expressie van de genen op hetzelfde DNA-molecuul beïnvloedt. > **Tip:** Bij het bestuderen van mutaties in het lac operon, is het nuttig om te denken aan de 'aan'- of 'uit'-status van het operon onder verschillende omstandigheden (aanwezigheid/afwezigheid van lactose en glucose) en de interactie van de mutante eiwitten of DNA-sequenties met hun bindingspartners. ### 2.2 Positieve regulatie (glucose-effect) Naast de regulatie door lactose, is de expressie van het lac operon ook sterk afhankelijk van de concentratie glucose in de cel. Dit fenomeen wordt het **glucose-effect** of **cataboliet onderdrukking** genoemd. * **Rol van cAMP:** Wanneer de glucoseconcentratie in de cel laag is, produceert de bacterie cyclisch AMP (cAMP). cAMP is een signaalmolecule die de transcriptie van bepaalde operons, waaronder het lac operon, kan stimuleren. * **CAP-eiwit:** Een eiwit genaamd catabolite activator protein (CAP) bindt aan cAMP en vormt zo een cAMP-CAP complex. * **Binding van cAMP-CAP aan de promotor:** Dit cAMP-CAP complex bindt aan een specifieke sequentie in de promotorregio van het lac operon, stroomopwaarts van de bindingsplaats voor RNA-polymerase. De binding van het cAMP-CAP complex verhoogt de affiniteit van RNA-polymerase voor de promotor, waardoor de efficiëntie van transcriptie sterk toeneemt. * **Hoge glucoseconcentratie:** Bij hoge glucoseconcentraties is de cAMP-concentratie laag. Er wordt dus geen of weinig cAMP-CAP complex gevormd. Zonder dit complex bindt RNA-polymerase minder efficiënt aan de promotor, en blijft de transcriptie van het lac operon laag, zelfs als lactose aanwezig is. Het lac operon wordt onderdrukt. * **Lage glucoseconcentratie:** Bij lage glucoseconcentraties is de cAMP-concentratie hoog. Er wordt een actief cAMP-CAP complex gevormd. Dit complex faciliteert de binding van RNA-polymerase aan de promotor, wat leidt tot een hoge transcriptie-efficiëntie van het lac operon, mits lactose ook aanwezig is. > **Samenvatting glucose-effect:** > * **Veel glucose, weinig lactose:** Weinig cAMP, geen cAMP-CAP binding. Lac operon is uit. > * **Veel glucose, veel lactose:** Weinig cAMP, geen cAMP-CAP binding. Repressor is los, maar zonder activator is transcriptie laag. Lac operon is zwak aan. > * **Weinig glucose, geen lactose:** Veel cAMP, wel cAMP-CAP binding. Repressor is gebonden aan operator. Lac operon is uit. > * **Weinig glucose, veel lactose:** Veel cAMP, wel cAMP-CAP binding. Repressor is los. RNA-polymerase bindt efficiënt dankzij de activator. Lac operon staat krachtig aan. #### 2.2.1 Merodiploïde cel Een merodiploïde cel is een bacteriecel die een deel van het genoom dubbel heeft, vaak door de aanwezigheid van een plasmide dat een deel van het genoom bevat. Bij het lac operon kan dit bijvoorbeeld een plasmide zijn met het lacI-gen. Dit maakt het bestuderen van de genetica van het operon eenvoudiger, omdat de effecten van mutaties (bijvoorbeeld in het lacI-gen op het chromosoom versus op het plasmide) direct vergeleken kunnen worden. ### 2.3 Synthese van lac mRNA De synthese van lac mRNA kan worden geclassificeerd als: * **Constitutief:** Altijd aanwezig, ongeacht de omstandigheden (bv. bij lacI^- of lacO^c mutaties zonder de aanwezigheid van glucose-effect). * **Induceerbaar:** Normaal uit, wordt aangezet door de aanwezigheid van een inducer (lactose). Dit is het standaardgedrag van het lac operon. * **Niet induceerbaar:** Kan niet worden aangezet, zelfs niet door de aanwezigheid van de inducer (bv. bij de lacI^s mutatie). ### 2.4 Vergelijking met andere operons * **Induceerbare operons:** Systemen die normaal uit staan en geactiveerd worden door de aanwezigheid van specifieke moleculen (inducers). Dit komt vaak voor bij katabole (afbraak) reacties, zoals de afbraak van lactose. * **Represseerbare operons:** Systemen die normaal aan staan, maar uitgeschakeld kunnen worden wanneer het eindproduct van een biosynthetische (anabole) reactie in voldoende hoeveelheden aanwezig is. Een voorbeeld hiervan is het tryptofaan operon (trp operon). #### 2.4.1 Tryptofaan operon (trp operon) Het trp operon reguleert de synthese van tryptofaan. * **Structuur:** Het trp operon bevat vijf structurele genen (trpE, trpD, trpC, trpB, trpA) en een regulatorische sequentie genaamd de leader regio (trpL), die de attenuator site bevat. * **Regulatie:** De expressie van het trp operon wordt gereguleerd door het trpR-gen, dat codeert voor een inactieve repressor (apo-repressor). Wanneer tryptofaan (de corepressor) aanwezig is, bindt het aan de apo-repressor, waardoor een actieve repressor ontstaat. Deze actieve repressor bindt aan de operator en voorkomt de transcriptie. * **Represseerbaar systeem:** In tegenstelling tot het lac operon, dat induceerbaar is, is het trp operon represseerbaar. Dit betekent dat de genactiviteit wordt onderdrukt wanneer de chemische stof (tryptofaan) aanwezig is. > **Belangrijk verschil:** Bij het lac operon wordt de repressor geïnactiveerd door de inducer. Bij het trp operon wordt de repressor juist geactiveerd door de aanwezigheid van het eindproduct (tryptofaan). --- # Genexpressie bij prokaryoten: het TRP operon Dit gedeelte beschrijft de regulatie van het tryptofaan operon bij prokaryoten, waarbij de rol van tryptofaan, de repressor en de attenuator site in genexpressie centraal staat. ### 3.1 Structuur van het TRP operon Het tryptofaan operon, cruciaal voor de synthese van tryptofaan, bestaat uit een groep van vijf structurele genen die samenwerken. Deze genen worden getranscribeerd als een enkele polycistronische mRNA-molecule, wat duidt op gecoördineerde expressie. * **Structurele genen:** Deze coderen voor de enzymen die nodig zijn in de biochemische syntheseroute van tryptofaan. * **TrpL (leader regio):** Gelegen stroomopwaarts van het eerste structurele gen (trpE), bevat deze regio belangrijke regulatoire elementen, waaronder de attenuator site. ### 3.2 Regulatie door tryptofaan Het TRP operon is een voorbeeld van een **represseerbaar operon**. Dit betekent dat de genexpressie normaal gesproken actief is, maar kan worden onderdrukt wanneer het eindproduct (tryptofaan) in voldoende mate aanwezig is in de cel. Dit is kenmerkend voor anabole (synthese) reacties, waarbij de productie wordt gestopt als het te synthetiseren molecuul al overvloedig aanwezig is. #### 3.2.1 De rol van de repressor en corepressor De regulatie van het TRP operon is afhankelijk van het **trpR-gen**, dat codeert voor het repressor-eiwit. * **Apo-repressor:** Het product van het trpR-gen is initieel een inactieve repressor, ook wel apo-repressor genoemd. Deze apo-repressor kan niet binden aan de operatorsequentie op het DNA. * **Tryptofaan als corepressor:** Wanneer tryptofaan in de cel aanwezig is in hoge concentraties, fungeert het als een **corepressor**. Het bindt aan de apo-repressor, waardoor deze een conformationele verandering ondergaat en transformeert in een actieve repressor. * **Binding aan de operator:** De actieve repressor bindt vervolgens aan de operatorsequentie van het TRP operon. Deze binding blokkeert de toegang van RNA-polymerase tot de promotor, waardoor de transcriptie van de structurele genen wordt verhinderd. **Samenvattend:** Hoge tryptofaanspiegels leiden tot activering van de repressor en onderdrukking van de genexpressie. Lage tryptofaanspiegels resulteren in een inactieve repressor die niet aan het DNA bindt, waardoor transcriptie kan plaatsvinden. > **Tip:** Denk aan de repressor als een "aan/uit" schakelaar die wordt geactiveerd door het aanwezig zijn van het product dat het operon normaal gesproken produceert. #### 3.2.2 De attenuator site Naast de repressor-gebaseerde regulatie, speelt de **attenuator site** een cruciale rol in de fijnafstemming van de genexpressie van het TRP operon. Deze site bevindt zich binnen de leader regio (trpL) en werkt op basis van de snelheid van translatie van het leader-mRNA. * **Structuur van de attenuator:** De leader sequentie bevat verschillende codonen die coderen voor het aminozuur tryptofaan. Dit segment kan verschillende secundaire structuren vormen, waaronder lussen. Twee van deze mogelijke secundaire structuren zijn stabiel: een regio die de transcriptie beëindigt (terminator lus) en een regio die dit voorkomt (anti-terminator lus). * **Mechanisme:** * **Hoge tryptofaanspiegels:** Wanneer tryptofaan overvloedig aanwezig is, wordt het leader-mRNA snel getransleerd. Het ribosoom dat de leader sequentie transleert, passeert de tryptofaanrijke codonen vlotjes. Dit leidt tot de vorming van de terminator lus in het mRNA, wat het RNA-polymerase signaleert om de transcriptie te beëindigen voordat de structurele genen worden bereikt. * **Lage tryptofaanspiegels:** Bij lage tryptofaanspiegels stagneert het ribosoom bij de tryptofaan codonen in de leader sequentie, omdat er te weinig tRNA-tryptofaan beschikbaar is. Deze stagnatie van het ribosoom voorkomt de vorming van de terminator lus en bevordert de vorming van de anti-terminator lus. Dit laat het RNA-polymerase toe om door te gaan met het transcriberen van de structurele genen. > **Voorbeeld:** De attenuator site fungeert als een "sensortje" dat de cellulaire concentratie van tryptofaan detecteert en de transcriptie dienovereenkomstig aanpast, zelfs als de repressor niet volledig bindt. Dit zorgt voor een precieze controle, waarbij de expressie zeer laag is bij hoge tryptofaanspiegels en omgekeerd. ### 3.3 Interactie met het lac operon (context) Hoewel dit gedeelte specifiek over het TRP operon gaat, is het nuttig om te onthouden dat het lac operon een ander type regulatie vertoont (negatieve controle door een inducer, en positieve controle via cAMP-CAP). Het TRP operon is repressibel en maakt gebruik van een corepressor, wat een contrast vormt en de diversiteit van prokaryotische genexpressieregulatie benadrukt. De aanwezigheid van zowel een repressor- als een attenuatiemechanisme in het TRP operon zorgt voor een robuuste en gevoelige regulatie van tryptofaansynthese. --- ## Veelgemaakte fouten om te vermijden - Bestudeer alle onderwerpen grondig voor examens - Let op formules en belangrijke definities - Oefen met de voorbeelden in elke sectie - Memoriseer niet zonder de onderliggende concepten te begrijpen

| Term | Definition | |------|------------| | Prokaryoten | Organismen zonder celkern en andere membraan-gebonden organellen, zoals bacteriën. Hun genetische materiaal bevindt zich in het cytoplasma. | | Eukaryoten | Organismen die cellen hebben met een celkern en membraan-gebonden organellen, zoals planten, dieren en schimmels. | | Catabole regulatie | Regulatie van enzymproductie die gericht is op de afbraak van moleculen. De productie van het afbrekende enzym neemt toe bij veel aanwezigheid van de betreffende molecule. | | Anabole regulatie | Regulatie van enzymproductie die gericht is op de synthese van moleculen. De productie van het synthese-enzym neemt toe bij weinig aanwezigheid van de betreffende molecule. | | Negatieve regulatie | Een regulatiemechanisme waarbij repressoren genexpressie kunnen uitschakelen door te binden aan specifieke DNA-sequenties, zoals de promotor, en zo de binding van RNA-polymerase te verhinderen. | | Positieve regulatie | Een regulatiemechanisme waarbij activatoren genexpressie kunnen activeren, vaak door de binding van RNA-polymerase aan de promotor te faciliteren. | | Operon | Een groep van functioneel gerelateerde genen die op het bacteriechromosoom zijn gegroepeerd en die gezamenlijk worden getranscribeerd vanuit één promotor. | | Polycistronische molecule | Een mRNA-molecule dat codeert voor meerdere eiwitten. Dit komt vaak voor bij operons in prokaryoten. | | Inducer | Een molecule dat de expressie van een gen of operon kan aanzetten door zich te binden aan een repressor en deze van zijn bindingsplaats op het DNA los te maken. | | Repressor | Een eiwit dat genexpressie kan onderdrukken door zich te binden aan een operatorsequentie in het DNA, waardoor transcriptie wordt geblokkeerd. | | Operator | Een DNA-sequentie waarop een repressor kan binden om de transcriptie van een operon te remmen. | | Promotor | Een DNA-sequentie gelegen voor een gen of operon, waar RNA-polymerase bindt om de transcriptie te initiëren. | | Lac operon | Een bekend operon in *E. coli* dat de genen bevat voor het metabolisme van lactose. De expressie ervan wordt gereguleerd door lactose en glucose. | | Beta-galactosidase | Een enzym, gecodeerd door het lacZ gen, dat lactose splitst in glucose en galactose. | | Lactose permease | Een membraaneiwit, gecodeerd door het lacY gen, dat lactose de cel in transporteert. | | Transacetylase | Een enzym, gecodeerd door het lacA gen, dat betrokken is bij het metabolisme van lactose. | | cAMP-CAP complex | Een complex van cyclisch AMP (cAMP) en het cataboliet-activatorproteïne (CAP) dat de transcriptie van het lac operon reguleert, afhankelijk van de glucoseconcentratie. | | Induceerbaar operon | Een operon dat normaal gesproken "uit" staat en pas wordt geactiveerd wanneer een specifieke inducer aanwezig is, vaak betrokken bij afbraakprocessen. | | Represseerbaar operon | Een operon dat normaal gesproken "aan" staat, maar kan worden "uitgeschakeld" wanneer het eindproduct van de gesynthetiseerde stof voldoende aanwezig is, vaak betrokken bij syntheseprocessen. | | Apo repressor | Een inactieve vorm van een repressor die pas actief wordt na binding met een corepressor. | | Corepressor | Een molecule dat bindt aan een apo repressor, waardoor deze actief wordt en kan binden aan de operator om genexpressie te onderdrukken. | | TRP operon | Een operon in bacteriën dat de genen bevat voor de synthese van tryptofaan. De expressie ervan wordt gereguleerd door de beschikbaarheid van tryptofaan. | | Attenuator site | Een korte regulatoire sequentie in de leader regio van sommige bacteriële operons, zoals het trp operon, die de transcriptie kan stoppen afhankelijk van de concentratie van een bepaald metaboliet. | | Merodiploïde bacteriecel | Een bacteriecel die tijdelijk diploïde is voor een deel van zijn genoom, vaak door de aanwezigheid van een plasmide dat een kopie van een gen bevat. Dit maakt het mogelijk om de effecten van mutaties te bestuderen. |