Regulatie van genexpressie: Inleiding
Genexpressie met een inactiverende transcriptiefactor
In het laatste voorbeeld hebben we een activerende transcriptiefactor behandeld en deze werkt als katalysator voor de eiwitvorming. Maar eiwitvorming kan ook onderdrukt worden door een regulatoreiwit. We spreken dan met een deftig woord van repressie of inhibitie. We zullen in deze paragraaf een eenvoudig model voor de kinetiek van ihibitie bespreken.
Activatie van transcriptie Om het contrast met een katalyserende werking van transcriptiefactor te accentueren kijken we eerst nog even naar dit reactietype. Wanneer we de tussenstap van de vorming van mRNA overslaan kunnen we het reactieschema ook als volgt opschrijven: \[\begin{aligned}\text{A}+\text{DNA}&{\mathop{\rightleftharpoons} \limits_{k_{ - 1}}^{k_1}} \text{A:DNA}\\ \text{A:DNA} &{\mathop{\longrightarrow}\limits_{}^{k_2}} \text{DNA} + \text{P}\end{aligned}\] en de reactiesnelheid \(r\) wordt dan gegeven door \[r=\frac{V_{\max}\cdot [\text{A}]}{K_m+[\text{A}]}\] waarbij \([\text{A}]\) de concentratie van de transcriptiefactor A is. Je kunt naar de formule voor de reactiesnelheid ook kijken als zijnde een scalair veelvoud van de fractie gebonden DNA, want in het model van Michaelis en Menten geldt \[\text{fractie gebonden DNA}= \frac{[\text{A}]}{K_m+[\text{A}]}\] De fractie vrij DNA is gelijk aan 1 - fractie gebonden DNA, en dit kan herschreven worden als \[\text{fractie vrij DNA}= \frac{K_m}{K_m+[\text{A}]}\]
Inhibitie van transcriptie Bij inhibitie van eiwitvorming door een transcriptiefactor R is het reactieschema als volgt op te schrijven:\[\begin{aligned}\text{R}+\text{DNA}&{\mathop{\rightleftharpoons }\limits_{k_{-1}}^{k_1}} \text{R:DNA}\\ \text{DNA} &{\mathop{\longrightarrow} \limits_{}^{k_2}} \text{P}+\text{DNA}\end{aligned}\] We kunnen weer net zo'n afleiding doen als eerst voor de reactiesnelheid \(r\), maar het is gemakkelijker om je te realiseren dat nu de fractie vrij DNA tot het eiwitproduct P leidt en dat de reactiesnelheid evenredig is met de fractie vrij DNA. Uit onze eerdere formules over fracties volgt dan \[r = \frac{V_{\max} \cdot K_m}{K_m+[\text{R}]}\] waarbij \([\text{R}]\) de concentratie van de tot repressie leidende transcriptiefactor R is.
Opmerking De laatste formule voor de reactiesnelheid van eiwitvorming bij repressie met een regulatoreiwit R stemt overeen met Formule 8-7A voor de vormingssnelheid van het eiwit X in Alberts et al. (2015, editie 6, p. 515) als je in het boek neemt K = \(1/K_m, \beta=V_{\max}, m=1\).