Ekspresja genów – co to jest? definicja

Co jest wyrazem genów? Jaka jest jego rola? Jak działa mechanizm ekspresji genów? Jakie są szanse, że otwiera się przed nami? Jak jest regulacja ekspresji genów u eukariontów i prokariontów? Oto krótka lista pytań, które zostaną omówione w tym artykule.

informacje ogólne

Ekspresja genów – to nazwa procesu przenoszenia informacji genetycznej z DNA przez RNA, białek i polipeptydów. Zróbmy małą dygresję zrozumienie. Jakie są geny? Ten liniowy DNA polimery, które są połączone długim łańcuchu. Zastosowanie białka tworzą chromosom chromatyny. Jeśli mówimy o osobie, to mamy czterdzieści sześć. Znajdują się one około 50 000-10 000 genów i 3,1 miliarda par zasad. Jak prowadzona jest tutaj? Długość odcinków, do których praca jest wykonywana, jest wskazany w tysiącach i milionach nukleotydów. Jeden chromosom zawiera około 2000-5000 geny. W nieco innych warunkach – około 130 milionów par zasad. Ale to jest tylko bardzo przybliżonych szacunków, który jest mniej lub bardziej prawdziwe dla dużych sekwencji. Jeśli pracujesz na krótkich dystansach, stosunek zostaną naruszone. Również na tym piętrze może mieć wpływ na ciało, na którym wykonywana jest praca na zewnątrz materiału.

o genach

Mają najbardziej zróżnicowaną długość. Tutaj na przykład, globiny – 1500 nukleotydów. Dystrofiny – bo aż 2 miliony! Cis Elementy regulacyjne mogą być usunięte z genu dla dużej odległości. Tak więc, w globiny są w odległości od 50 do 30 nukleotydów z 5'-3 'tysyach kierunku, odpowiednio. Obecność takiej organizacji znacznie komplikuje naszą definicję granic pomiędzy nimi. Ponadto, geny zawierają znaczną ilość vysokopovtoryayuschihsya sekwencji funkcjonalne zadania, które nie zostały jeszcze poznane.

Aby zrozumieć ich strukturę można sobie wyobrazić, że 46 chromosomy są osobne tomy, w których informacje są przechowywane. Są one podzielone na 23 par. Jeden z dwóch elementów jest dziedziczona od rodziców. „Tekst”, który znajduje się w „tomy” wielokrotnie „re-read” tysiące pokoleń, która przynosi wiele zmian oraz błędów (zwanych mutacji). I wszystkie są dziedziczone przez potomstwo. Teraz nie ma wystarczająco dużo informacji, aby rozpocząć teoretyczny do czynienia z faktem, że ekspresja genów manifestuje. Fakt ten jest głównym tematem tego artykułu.

Teoria operon

Jest on oparty na badaniach genetycznych, indukcja β-galaktozydazy, które brały udział w hydrolitycznego rozszczepienia laktozy. Sformułowanej Jacques Monod i Fransua Zhakobom. Teoria ta wyjaśnia mechanizm kontrolowania syntezy białek w prokariotach. Również odgrywają ważną rolę i transkrypcję. Teoria głosi, że te geny są białkami, które są funkcjonalnie spokrewnione z procesów metabolicznych, często są zgrupowane razem. Tworzą jednostki strukturalne zwane operony. Ich znaczenie to, że wszystkie te geny, które są częścią tego, wyrażone jednocześnie. Innymi słowy, można je przetwarzać, albo żaden z nich nie może być „read”. W takich przypadkach, operon poddawany jest czynny lub bierny. poziom ekspresji genów mogą być zmieniane tylko wtedy, gdy istnieje zbiór poszczególnych elementów.

Indukowanie syntezy białek

Wyobraźmy sobie, że mamy komórkę, która w jego rozwoju jako źródła węgla wykorzystania glukozy. Jeśli jest to zmieniło laktozy disacharydu, w ciągu kilku minut można być bezpieczne, że dostosował się do warunków, które uległy zmianie. Że istnieje wytłumaczenie: komórka może pracować zarówno źródeł wzrostu, ale jeden z nich jest bardziej odpowiedni. Dlatego też nie jest to „cel” do fabricable związku chemicznego. Jednak, jeśli jest tracona i zastąpione laktozą, pojawia się odpowiedzialności polimerazy RNA jest aktywna i zaczyna wywierać wpływ na produkcję pożądanego białka. Jest to raczej teoria, ale teraz pomówmy o tym, jak następuje rzeczywista ekspresji genów. To jest bardzo ekscytujące.

Organizacja chromatyny

Materiał tego ustępu jest modelem zróżnicowanych komórkach organizmu wielokomórkowego. Jądra chromatyny ułożone tak, że tylko niewielka transkrypcji genomu jest dostępny (około 1%). Ale mimo to, dzięki komórek różnorodność i złożoność procesów zachodzących w nich możemy ich wpływem. W tej chwili dla osoby, jest ona dostępna do takiego wpływu na organizację chromatyny:

1. Zmiana liczby genów strukturalnych.
2. Wydajnie transkrypcji różnych części kodu.
3. Odbudowa genów chromosomów.
4. Dokonać modyfikacji i syntetyzowane łańcuchów polipeptydowych.

Jednak wydajny ekspresja genu docelowego odbywa się poprzez ścisłe przestrzeganie technologii. Bez względu na to, co praca jest wykonywana, nawet jeśli eksperyment idzie na małym wirusem. Najważniejsze – jest trzymać się planu sporządzonego przez interwencję.

Zmiana liczby genów

Jak to może być realizowane? Wyobraźmy sobie, że jesteśmy zainteresowani wpływ na ekspresję genów. Jako prototyp wzięliśmy materiał eukariota. Ma wysoką plastyczność, możemy zatem wprowadzić następujące zmiany:

1. Aby zwiększyć liczbę genów. jest stosowany w przypadkach, w których konieczne jest, aby korpus wzrosła syntezę konkretnego produktu. W takim stanie są wzmacniane wiele użytecznych elementów ludzkiego genomu A (na przykład, rRNA, tRNA histonów, i tak dalej). Takie strony mogą mieć tandem w chromosomach, a nawet wykracza poza nimi w kwocie 100 tysięcy do 1 miliona par zasad. Spójrzmy na praktycznym zastosowaniu. Odsetki do nas jest gen metalotioneiny. Jej produktu białkowego mogą wiązania metali ciężkich, takich jak cynk, kadm, rtęć, miedź i, odpowiednio, w celu ochrony ciała przed zatruciem im. Jego aktywacja może być przydatna dla osób, które pracują w niebezpiecznych warunkach. Jeśli osoba nie jest zwiększona koncentracja metali ciężkich wspomniano poprzednio, aktywacja genu zachodzi powoli automatycznie.
2. Zmniejszyć liczbę genów. Jest to rzadko stosowane metody regulacji. Ale i tu istnieją przykłady. Jeden z najbardziej znanych – to krwinki czerwone. Kiedy starsze, rdzeń rozpada i przewoźnik traci swój genom. Taki proces dojrzewania i badanych limfocyty i komórki osocza, różne klony, które były syntetyzowane wydzielane formy immunoglobulin.

rearanżacji

Istotne znaczenie ma również możliwość poruszania się i łączenie materiału, z jakiego jest ona zdolna do transkrypcji i replikacji. Proces ten nazywa się rekombinacji genetycznej. Przez jakie mechanizmy to możliwe? Rozważmy odpowiedź na to pytanie na przykładzie przeciwciał. Są one tworzone przez limfocyty B, które należą do jakiegoś konkretnego klonu. I w przypadku kontaktu z ciałem antygenu, które to przeciwciało jest komplementarny z aktywnym miejscem przyłączenia dzieje się następnie proliferacji komórek. Dlaczego jest to, że ciało ludzkie posiada zdolność do tworzenia różnych białek? Jest to możliwe dzięki rekombinacji i mutacji somatycznych. Ale może to być wynikiem sztucznych zmian w strukturze DNA.

zmiana RNA

Gene Expression – jest to proces, w którym istotną rolę odgrywa kwas rybonukleinowy. Jeśli weźmiemy pod uwagę mRNA jest konieczne, aby pamiętać, że po transkrypcji podstawowej struktury mogą się różnić. Sekwencja nukleotydów genów samo. Ale w różnych tkankach mRNA może pojawić insercje lub po prostu strata wystąpią pary. Jako przykład, z natury może prowadzić apoproteiny B, wytworzonej w komórkach jelita i wątrobie. Co edytuje różnicę? Wersja wytwarzane w jelicie ma 2152 aminokwasów. Natomiast zawartość wątroby wersja posiada 4563 sald! I mimo tej różnicy, musimy dokładnie apoproteina B.

Zmiany stabilności mRNA

Mamy prawie dojść do wniosku, że można było zrobić w białka i polipeptydy. Ale spójrzmy prawdzie w oczy to jeszcze spojrzeć na stabilność mRNA, jak może być ustalona. Aby to zrobić, najpierw musi opuścić jądro i wydostać się z cytoplazmy. Cel ten realizowany jest poprzez istniejące porów. Duża ilość mRNA jest odcinana przez nukleazy. Te, które uniknąć tego losu organizować kompleksy z białkami. Żywotność mRNA eukariotycznego zmienia się w szerokim zakresie (do kilku dni). Jeśli stabilizacji mRNA, a następnie ze stałą szybkością można zauważyć, że zwiększona liczba nowo utworzony produkt białkowy. Poziom ekspresji genu w tym przypadku nie zmienia się, ale, co ważniejsze, ciało będzie działać z większą skutecznością. Za pomocą technik biologii molekularnej, produkt końcowy może być kodowany, co znacząco żywotność. Tak więc, na przykład, możliwe jest utworzenie p-globiny działającego dziesięć godzin (to jest bardzo wiele dla niego).

szybkość procesu

Który jest uważany w ogólnym systemie ekspresji genów. Teraz pozostaje tylko w celu uzupełnienia dostępnych informacji, wiedzy o tym, jak szybko procesów, jak również długowieczne białek. Załóżmy, że kontrola ekspresji genów odbędzie. Należy zauważyć, że wpływ na razie nie jest uważany za główny sposób różnorodność regulacji i ilości produktu białkowego. Chociaż jego zmiany w celu osiągnięcia tego celu jest nadal używany. Na przykład synteza produktu białkowego w retikulocytów. Różnicowanie komórek krwiotwórczych na poziomie pozbawiony jądra (a zatem DNA). Poziomy regulacji ekspresji genów w ogóle są budowane w zależności od jakiejś możliwości przyłączeniowych do aktywnego wpływania na toczące się procesy.

Czas trwania

Gdy białko jest syntetyzowany, czas, w którym będzie żył zależy od proteazy. Nie można nazwać dokładnie, jak to możliwe, ponieważ w tym przypadku waha się od kilku godzin do kilku lat. Szybkość proteolizy jest bardzo zróżnicowana, w zależności od tego, co to jest komórka. Enzymy, które katalizują procesy mają tendencję do szybkiego „używany”. Z tego powodu są one również tworzone przez organizm w dużych ilościach. Również od czasu trwania białek mogą wpływać na stan fizjologiczny organizmu. Ponadto, jeśli wadliwy produkt został stworzony, to zostaną szybko wyeliminowane system ochronny. Tak więc, możemy śmiało powiedzieć, że jedyną rzeczą, możemy powiedzieć – to jest średnia żywotność uzyskane w laboratorium.

wniosek

Obszar ten jest bardzo obiecujący. Na przykład, ekspresja obcych genów może pomóc leczyć choroby dziedziczne i wyeliminować negatywne mutacji. Mimo obecności rozległej wiedzy na ten temat, możemy śmiało powiedzieć, że ludzkość jest wciąż tylko na samym początku. Inżynieria genetyczna dopiero niedawno dowiedział się przeznaczyć niezbędne części nukleotydów. 20 lat temu był jednym z największych wydarzeń tego naukę – powstała owca Dolly. Obecnie prowadzone są badania na ludzkich embrionach. Możemy powiedzieć z przekonaniem, że jesteśmy na progu przyszłości, gdzie nie ma chorób i stresu fizjologicznego. Ale zanim znajdziemy się tam, trzeba być bardzo dobry do pracy na rzecz dobrobytu.