Genexpression – Transkription, Translation und Regulation
BiologieGenetikAlter 17–18
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Zum Starten anmeldenSetzen Sie Transkriptionsfaktoren, RNA-Polymerase, Ribosomen und ein mRNA-abbauendes Enzym auf einen DNA-Abschnitt mit drei Genen, um mRNA und daraus Protein herzustellen. Drei Ansichten: Expression (die ganze Kette Transkription → Translation → Protein jedes Gens einsammeln per Drag-and-drop durchlaufen), mRNA (Konzentration und Affinität der positiven und negativen Transkriptionsfaktoren sowie der RNA-Polymerase bestimmen die Bildungsrate der mRNA) und Viele Zellen (die Proteinmenge schwankt zufällig von Zelle zu Zelle um den Erwartungswert). Nach der Simulation "Gene Expression Essentials" von PhET Interactive Simulations, University of Colorado Boulder (CC BY 4.0); neu geschrieben.
Lektion: Genexpression und Genregulation
Was sie zeigt
Eine Simulation zur Unterrichtseinheit über Gene und Genexpression in der Molekulargenetik (15–18 Jahre): Die Lernenden setzen die Moleküle selbst zusammen und sehen so den Informationsfluss DNA → mRNA → Protein und die Rolle der regulatorischen Region.
So funktioniert es
In der Ansicht Expression trägt die DNA drei Gene, jedes mit regulatorischer Region, codierender Region und Terminator. Ziehen Sie einen positiven Transkriptionsfaktor an die passende Stelle der regulatorischen Region und dann die RNA-Polymerase auf den Promotor, um zu transkribieren: Der mRNA-Strang wächst und löst sich von der DNA. Ziehen Sie ein Ribosom an das 5'-Ende der mRNA, um sie zu translatieren; die Polypeptidkette wächst und faltet sich zu einem Protein, und jedes Gen liefert seine eigene Proteinsorte, die in die Sammelbox kommt. Ein negativer Transkriptionsfaktor blockiert die RNA-Polymerase, und das mRNA-abbauende Enzym lässt die mRNA verschwinden. In der Ansicht mRNA diffundieren die Moleküle zufällig, und die Bildungsrate der mRNA wird in Abhängigkeit von Konzentration und Affinität der Transkriptionsfaktoren und der RNA-Polymerase gemessen. Die Ansicht Viele Zellen simuliert bis zu 90 Zellen mit demselben Gen: Die Proteinmenge unterscheidet sich von Zelle zu Zelle, weil molekulare Ereignisse zufällig sind, während sich der Mittelwert dem Erwartungswert nähert, der durch die Bildungs- und Abbauraten von mRNA und Protein bestimmt wird. Qualitatives Modell: Die Ansicht Viele Zellen verwendet den Gillespie-Algorithmus mit vereinfachten Geschwindigkeitskonstanten, nicht Messdaten eines realen Gens.
Einstellbare Parameter
- Startansicht Expression, mRNA, Viele Zellen
- Anfängliche Zahl der Zellen (Ansicht Viele Zellen) 1–90 Zellen
- Linie des Erwartungswerts im Proteindiagramm zeichnen
- Hinweis zum nächsten Schritt anzeigen (Ansicht Expression)
Fragen zum Erkunden
- Warum kann die RNA-Polymerase nicht an den Promotor binden, solange kein positiver Transkriptionsfaktor vorhanden ist oder ein negativer Transkriptionsfaktor gebunden ist?
- Wie viele Proteine kann ein einzelnes mRNA-Molekül liefern, und was beendet die Proteinbildung?
- Enthalten Zellen mit demselben Gen unter denselben Bedingungen gleich viel Protein? Wie ändert sich die mittlere Proteinmenge, wenn die Abbaurate des Proteins steigt?
