Koks yra genų ekspresija? Sąvokos apibrėžimas

Kas yra genų išraiška? Koks jo vaidmuo? Kaip veikia genų raiškos mechanizmas? Kokias perspektyvas jis turi prieš mus? Kaip egzistuoja eukariotų ir prokariotų genų ekspresijos reguliavimas? Čia pateikiamas trumpas klausimų, kurie bus aptariami šiame straipsnyje, sąrašas.

Bendra informacija

Gene išraiška yra perdavimo proceso pavadinimasgenetinė informacija iš DNR per RNR į baltymus ir polipeptidus. Leiskite šiek tiek pakreipti supratimą. Kas yra genai? Tai yra tiesiniai DNR polimerai, kurie yra sujungti ilgoje grandinėje. Naudodami chromatino baltymą jie formuoja chromosomas. Jei mes kalbame apie žmogų, tada mes turime keturiasdešimt šeši iš jų. Jose yra apie 50 000-10 000 genų ir 3,1 mlrd. Nukleotidų porų. Kaip čia orientuotis? Vietų, su kuriais atliekamas darbas, ilgis yra nurodytas tūkstančiuose ir milijonuose nukleotidų. Vienoje chromosomos yra apie 2000-5000 genų. Šiek tiek kitokia išraiška - apie 130 milijonų porų nukleotidų. Tačiau tai tik labai apytikris vertinimas, kuris yra reikšmingas sekas. Jei dirbate trumpuose plotuose, tada šis santykis bus pažeistas. Be to, tai gali turėti įtakos kūno lytis, per medžiagą, kurioje atliekamas darbas.

Apie genus

Jie turi daugiausia ilgio. Pavyzdžiui, globinas yra 1500 nukleotidų. Ir дистрофин - jau 2 milijonai! Jų reguliuojantys cis-elementai gali būti pašalinti iš genas dideliu atstumu. Taigi, globine jie yra atitinkamai 50 ir 30 tūkst. Nukleotidų 5 "ir 3" kryptimi. Dėl tokios organizacijos buvimo mums labai sunku nustatyti tarpusavio ribas. Be to, genuose yra daug labai pasikartojančių sekų, kurių funkciniai įsipareigojimai mums dar nėra aiškūs.

Norėdami suprasti jų struktūrą, galite tai įsivaizduoti46 chromosomos yra atskiri tomai, kuriuose yra informacijos. Jie suskirstyti į 23 poras. Vienas iš dviejų elementų yra paveldėtas iš tėvų. "Tekstas", kuris yra "tomuose", buvo pakartotinai "iš naujo" perskaitytas tūkstančiams kartų, taigi į jį įtraukta daug klaidų ir pakeitimų (vadinamųjų mutacijų). Ir visi jie paveldimi palikuonys. Dabar yra pakankamai teorinės informacijos, kad pradėtumėte suprasti, kas yra genų išraiška. Tai yra pagrindinė šio straipsnio tema.

Operono teorija

Jis remiasi genetiniais tyrimaisβ-galaktozidazės, kuri dalyvauja hidrolizuojant laktozę, indukcija. Ją sukūrė Jacquesas Monodas ir Francoisas Jokūbas. Ši teorija aiškina baltymų sintezės prokariotuose kontrolės mechanizmą. Transkripcija taip pat atlieka svarbų vaidmenį. Teorija teigia, kad baltymų genai, kurie funkciniu požiūriu yra glaudžiai susiję metabolizmo procesuose, dažnai sugrupuojami. Jie kuria struktūrinius vienetus, vadinamus operonais. Jų svarba yra ta, kad visi į ją įeinantys genai yra išreikšti kartu. Kitaip tariant, visi jie gali būti transkribuoti arba nė vienas iš jų negali būti "skaitomas". Tokiais atvejais operonas laikomas aktyviu ar pasyviu. Genų išraiškos lygis gali keistis tik tada, kai yra atskirų elementų rinkinys.

Baltymų sintezės indukcija

Įsivaizduokime, kad turime narvą,kuri naudoja anglies gliukozę kaip jos augimo šaltinį. Jei jis pakeičiamas laktozės disacharidu, per keletą minučių bus galima ištaisyti, kad jis pritaikytas sąlygoms, kurios buvo pakeistos. Yra toks paaiškinimas: ląstelė gali dirbti abu augimo šaltinius, tačiau vienas iš jų yra labiau tinkamas. Todėl yra lengviau apdoroto cheminio junginio "regėjimas". Bet jei jis išnyksta ir atrodo, kad pakeičia laktozė, tada atsinaujina RNR polimerazė ir pradeda daryti įtaką reikiamo baltymo gamybai. Tai yra daugiau teorijos, o dabar kalbėsime apie tai, kaip iš tiesų išreiškiami genuose. Tai labai įdomu.

Chromatino organizavimas

Šioje dalyje pateikta medžiaga yradiferencijuotos daugiasluoksnio organizmo ląstelės modelis. Branduoliuose chromatinas yra išdėstytas taip, kad transkripcijai gali būti tik maža genomo dalis (apie 1%). Tačiau, nepaisant to, dėl ląstelių įvairovės ir jose vykstančių procesų sudėtingumo galime joms įtakoti. Šiuo metu žmogui yra tokios įtakos chromatino organizavimui:

1. Keisti struktūrinių genų skaičių.
2. Efektyviai perrašykite įvairias kodo dalis.
3. Atkurti genus chromosomos.
4. Padarykite modifikacijas ir sintezuokite polipeptidų grandines.

Tačiau pasiekiama veiksminga tikslinio geno išraiškagriežtai laikantis technologijų. Nesvarbu, koks yra darbas, net jei eksperimentas vyksta nedideliu virusu. Svarbiausia laikytis parengto intervencijos plano.

Mes keičia genų skaičių

Kaip tai galima realizuoti? Įsivaizduokite, kad mus domina poveikis genų ekspresijai. Kaip prototipą, mes paėmėme eukarioto medžiagą. Jis turi aukštą plastiškumą, todėl galime atlikti šiuos pakeitimus:

1. Padidinkite genų skaičių. Naudojamas tais atvejais, kai būtina, kad organizmas padidintų tam tikro produkto sintezę. Tokioje sustiprintoje būsenoje yra daug naudingų žmogaus genomo elementų (pavyzdžiui, rRNR, tRNR, histonai ir tt). Tokios vietos gali būti tandemo struktūros chromosomos ir netgi viršija jų kiekį nuo 100 tūkstančių iki 1 milijono porų nukleotidų. Pažvelkime į praktinį taikymą. Mums rūpi metalotioneno genas. Jo baltyminis produktas gali surišti sunkiuosius metalus, tokius kaip cinkas, kadmis, gyvsidabris ir varis, ir atitinkamai apsaugoti kūną nuo jo apsinuodijimo. Jo įjungimas gali būti naudingas žmonėms, kurie dirba nesaugiomis sąlygomis. Jei žmogus padidina anksčiau paminėtų sunkiųjų metalų koncentraciją, tada geno aktyvacija pasireiškia palaipsniui automatiškai.
2. Sumažinkite genų skaičių. Tai yra gana retas reguliavimo metodas. Bet čia galite pateikti pavyzdžių. Vienas garsiausių yra raudonųjų kraujo ląstelių. Brandindami, branduolys žlunga ir vežėjas praranda savo genomą. Panaši į brendimo pratimą ir limfocitus, taip pat įvairių klonų plazmos ląsteles, kurios sintezuoja išskirtas imunoglobulinų formas.

Genų pertvarkymas

Svarbu yra galimybė judėti irMedžiagos sintezė, kurioje jis galės transkripciją ir replikaciją. Šis procesas vadinamas genetine rekombinacija. Kokiais mechanizmais tai įmanoma? Leiskite atsakyti į šį klausimą su antikūnų pavyzdžiu. Jas sukuria B limfocitai, priklausantys tam tikram konkrečiam klonui. Jei pateks į antigeno kūną, prie kurio yra antikūnas su papildomu aktyviu centru, jų susiejimas vyks su vėlesniu ląstelių proliferacija. Kodėl žmogaus kūnas gali kurti tokį baltymų įvairovę? Šią galimybę suteikia rekombinacija ir somatinės mutacijos. Bet tai gali būti dėl dirbtinio DNR struktūros pokyčių.

RNR pasikeitimas

Genų išraiškos yra procesas, kurio metusvarbų vaidmenį atlieka ribonukleino rūgštis. Jei apsvarstysime mRNR, reikia pastebėti, kad po transkripcijos pagrindinė struktūra gali pasikeisti. Genetų nukleotidų seka yra tokia pati. Bet skirtinguose mRNR audiniuose gali pasirodyti pakaitalai, įterpimai arba tiesiog poros. Kaip gamtos pavyzdį, galima apibūdinti apoproteiną B, pagamintą iš plonosios žarnos ir kepenų ląstelėse. Koks yra redagavimo skirtumas? Žarnyno sukurta versija turi 2152 aminorūgščių. Nors kepenų modelis pasižymi 4563 likučių turiniu! Ir nepaisant šio skirtumo, mes turime apoproteiną B.

MRNR stabilumo pasikeitimas

Mes beveik pasiekėme tašką, kuriame galimeįsitraukti į baltymus ir polipeptidus. Tačiau pažvelkime į tai, kaip galima nustatyti fiksuotą mRNR stabilumą. Iš pradžių jis turi palikti branduolį ir išeiti iš citoplazmos. Tai yra dėl esamų porų. Didelis mRNR kiekis bus suskaidytas nuclease. Tie, kurie vengia tokios likimo, organizuoja kompleksus su baltymu. Eukariotinių mRNR gyvavimo laikas labai skiriasi (iki kelių dienų). Jei mRNR stabilizuosis, tada fiksuotu greičiu bus galima pastebėti, kad naujai susidariusio baltymo produkto kiekis padidėja. Genų išraiškos lygis nepasikeis, bet, dar svarbiau, organizmas veiks efektyviau. Molekulinės biologijos metodų pagalba galutinis produktas gali būti užkoduotas, o tai turės reikšmingą gyvenimo trukmę. Taigi, pavyzdžiui, galima sukurti β-globiną, kuris veikia maždaug dešimt valandų (jam tai labai daug).

Proceso greitis

Čia ir apskritai sistemagenų išraiška. Dabar lieka tik papildyti turimas žinias su informacija apie tai, kaip greitai vyksta procesai, taip pat apie tai, kiek laiko baltymai gyvena. Pasakykime, mes valdysime genų išraišką. Reikia pažymėti, kad poveikis greičiui nėra laikomas pagrindiniu baltyminio produkto įvairovės ir kiekio reguliavimo būdu. Nors ir pasiektas šio tikslo pakeitimas, vis dar naudojamasi. Pavyzdys yra baltyminio produkto sintezė retikulocitų. Diferencijavimo lygyje esančios hemopoetinės ląstelės neturi branduolio (taigi ir DNR). Genų išraiškos reguliavimo lygiai paprastai yra sukonstruoti priklausomai nuo tam tikro junginio gebėjimo aktyviai įtakoti vykdomus procesus.

Egzistencijos trukmė

Kai sintezuojamas baltymas, laikas, perkurį jis gyvens, priklauso nuo proteazių. Neįmanoma tiksliai nurodyti laiko, nes šiuo atveju diapazonas yra nuo kelių valandų iki pora metų. Baltymų skilimo greitis labai skiriasi priklausomai nuo ląstelės, kurioje jis yra. Fermentai, kurie gali katalizuoti procesus, paprastai greitai "naudojami". Dėl to jų organizmą taip pat sukuria dideli kiekiai. Be to, baltymų gyvenimą gali paveikti kūno fiziologinė būklė. Be to, jei sukurtas defektas, jis bus greitai pašalintas apsaugine sistema. Taigi mes galime su pasitikėjimu pasakyti, kad vienintelis dalykas, kurį galime vertinti, yra standartinis tarnavimo laikas, gautas laboratorijoje.

Išvada

Ši kryptis yra labai perspektyvi. Pavyzdžiui, užsienio genų išraiška gali padėti išgydyti paveldėtas ligas, taip pat pašalinti neigiamas mutacijas. Nepaisant to, kad turime daug žinių apie šią temą, galime drąsiai pasakyti, kad žmonija yra tik pačioje kelio pradžioje. Genetinė inžinerija neseniai išmoko izoliuoti reikalingas nukleotidų vietas. Prieš 20 metų įvyko vienas didžiausių šio mokslo įvykių - buvo sukurta "Dolly" avis. Dabar tyrimai atliekami su žmogaus embrionais. Mes galime pasakyti, kad jau esame ateities ribose, kur nėra ligų ir fiziologinių kančių. Tačiau, kol mes ten pateiksime, reikės gerai dirbti klestėjimui.