Biologiske pathways

Når genomet er sekventeret og blevet annoteret med gener, er det færdige resultat stadig en samling af forskellige dele. For at forstå hvordan en celle fungerer, er det nødvendigt at vide mere end hvilke gener der er til stede. Det kræver at man undersøger forskellige biologiske pathways. En biologisk pathway er en række af interaktioner blandt molekyler i en celle, som fører til et bestemt produkt eller en ændring i cellen. Nogle af de vigtigste og mest kendte biologiske pathways er involveret i metabolismen, reguleringen af genekspressionen og overførslen af signaler. Genregulerings pathways kan aktivere eller inaktivere gener. Signal transduktion pathways behandler signaller fra cellens indre eller ydre, og forårsager et passende respons. Metaboliske pathways udgør alle de kemiske reaktioner der forekommer i en organisme.

Signal transduktion pathways

Cellen er en sammensat enhed bestående af tusindvis af forskellige typer af proteiner, som hver udfører en særlig opgave med utrolig præcision. For at holde sig i live skal celler kunne kommunikere med hinanden, hvilket kræver at celler kan modtage signaler fra det ydre miljø, og deraf forårsage en ændring i cellerbes indre miljø. Fra det ydre miljø kan celler fornemme mange forskellige signaler, herunder ydre fysiske parametre som eksempelvis temperatursvingninger, signaler fra andre celler eller skadelige stoffer. De kan også fornemme indre signaler, såsom skader på DNA. Måden hvorpå celler reagerer på og korrigerer efter disse signaler er gennem signal transduktion pathways.

Signal transduktion pathways involverer bevægelsen af et signal fra en celles omkringliggende miljø til dens indre, hvor et ydre signal bliver modtaget af proteiner på cellens overflade kaldet receptorer, der igangsætter en respons som reaktion på signalet. Et respons involverer at signalet transporteres ind i cellen, hvor dens besked bliver videregivet til specielle proteiner der udløser en bestemt reaktion i cellen. F.eks. når cellen opdager tilstedeværelsen af sukker begynder den at beregne den mængde hvormed hver type af protein er nødvendig for at transportere sukkeret ind i cellen, nedbryde og udnytte det. Følgelig begynder den at fremstille den påkrævede mængde. Hvis cellen havde modtaget et signal der sagde at den var beskadiget, havde den reageret ved at beregne og fremstille de påkrævede mængde af proteiner, der var nødvendigt for at blive repareret.

Figur 5. Celler kan tage imod signaler fra omgivelserne ved hjælp af signal transduction pathways. En sådan pathway involverer typisk at en receptor på cellens overflade aktiveres, ved binding til et signalstof, hvilket bevirker en ændring indeni cellen (et respons). Dette indebærer ofte en ændring i cellens udtryk af gener, og kan derfor bidrage til udtrykket af metaboliske pathways.

Genregulerings pathway

Et gen er et stykke af DNA, som koder for et protein. Genregulerings pathways involverer transskription af et gen, som er den proces hvor DNA oversættes til mRNA (genets kodende del). Den hastighed ved hvilket genet transskriberes styres af promotoren (et regulatorisk område af DNA der ligger forud for genet). Her binder RNA polymerase, og det er stabiliteten og bindingsstyrken af denne promotor der angiver genets transskriptionshastighed. For at RNA polymerase kan binde til dette sted, spiller proteiner kaldet transskriptionsfaktorer en vigtig rolle, da det er dem der muliggør bindingen. Transskriptionsfaktorer er designet til at skifte hurtigt mellem aktive og inaktive tilstande, med en hastighed, der styres af signaler fra miljøet. Hver aktiv transkriptionsfaktor kan binde DNA’et for at regulere den hastighed, ved hvilken genet transskriberes. Herefter oversættes mRNA til et protein (genproduktet) ved processen kaldet translation, og nu kan proteinet påvirke miljøet tilbage. Transskriptionsfaktorer er kodet af gener, som er reguleret af andre transskriptionsfaktorer, som kodes fra andre gener, og igen er reguleret af endnu andre transskriptionsfaktorer osv. Det totale sæt interaktioner danner et transskriptionsnetværk, som kan beskrive alle de regulerende interaktioner i en celle.

Figur 6. Eksempel på opbygningen af en genregulerings pathway. Et ydre signal (grøn kugle) aktiverer transskriptionsfaktorer, (lilla kugle) der aktiverer transskription af gen A. GenA danner mRNA, der koder for protein A, som fungerer som transskriptionsfaktor for genB, der koder for protein B. Den øgede transskription af genB, medfører en øget mængde af protein B.