Kaj je genov? Opredelitev pojma

Kaj je Expression geni? Kakšna je njegova vloga? Kako deluje mehanizem izražanja genov? Kakšne možnosti ima pred nami? Kako se pojavi uravnavanje izražanja genov pri evkariontih in prokariontih? Tukaj je kratek seznam težav, ki bodo obravnavane v tem članku.

Splošne informacije

Genska ekspresija je ime procesa prenosa genskih informacij iz DNA skozi RNA na proteine ​​in polipeptide. Naredimo malo odmika za razumevanje. Kaj so geni? To so linearni DNA polimeri, ki so povezani v dolgi verigi. S pomočjo kromatinski protein tvorijo kromosome. Če govorimo o moškem, imamo jih štirideset in šest. Vsebujejo približno 50 000-10 000 genov in 3,1 milijarde parov nukleotidov. Kako se obrnite tukaj? Dolžina krajev, na katerih poteka delo, je navedena v tisočih in na milijone nukleotidov. En kromosom vsebuje okoli 2000-5000 genov. V nekoliko drugačnem izrazu - približno 130 milijonov parov nukleotidov. Vendar je to le zelo groba ocena, ki je bolj ali manj resnična za pomembne sekvence. Če delate na krajših območjih, bo razmerje kršeno. Na to lahko vpliva tudi spol telesa, nad materialom, ki ga opravlja delo.

O genih

Imajo najrazličnejše dolžine. Na primer, globin je 1500 nukleotidov. In distrofin - že kar 2 milijona! Njihove regulativne cis-elemente je mogoče odstraniti iz gen za precejšnjo razdaljo. Torej, v globinu so na razdalji 50 in 30 tisoč nukleotidov v smeri 5 `in 3`. Zaradi obstoja takšne organizacije nam je težko določiti meje med njimi. Tudi geni vsebujejo veliko število zelo ponavljajočih sekvenc, katerih funkcionalne dolžnosti še niso jasne.

Da bi razumeli njihovo strukturo, lahko predstavljamo, da je 46 kromosomov ločenih količin, v katerih se nahajajo informacije. Zbrani so v 23 parov. Eden od dveh elementov je podedovan od staršev. "Besedilo", ki je "obseg" večkrat "ponovno branje" na tisoče generacij, ki prinaša veliko napak in sprememb (imenovane mutacije). In vse so podedovane s potomstvom. Zdaj obstaja dovolj teoretičnih informacij, da bi začeli razumeti, kaj je izraz genov. To je glavna tema tega članka.

Operonova teorija

Temelji na študijah genske indukcije beta-galaktozidaza, ki je bila vključena v hidrolitično razgradnjo laktoze. Oblikovali so ga Jacques Monod in Francois Jacob. Ta teorija pojasnjuje mehanizem nadzora sinteze proteinov v prokariontih. Tudi prepis ima pomembno vlogo. Teorija navaja, da so proteinski geni, ki so funkcionalno tesno povezani v metabolnih procesih, pogosto združeni. Ustvarjajo strukturne enote, imenovane operons. Njihov pomen je v dejstvu, da so vsi geni, ki vstopajo vanje, izraženi v koncertu. Z drugimi besedami, vse jih je mogoče prepisati ali pa jih nobeden ne more "brati". V takih primerih se operon šteje za aktivnega ali pasivnega. Stopnja izražanja genov se lahko spremeni samo, če obstaja niz posameznih elementov.

Indukcija sinteze beljakovin

Predstavljajte si, da imamo celico, ki uporablja ogljikovo glukozo kot vir rasti. Če se spremeni za laktozni disaharid, je v nekaj minutah mogoče ugotoviti, da se je prilagajal pogojem, ki so bili spremenjeni. Obstaja taka razlaga: celica lahko dela oba vira rasti, vendar je ena izmed njih bolj primerna. Zato obstaja "pogled" za lažje obdelano kemično spojino. Če pa izgine in se zdi, da laktoza zamenjuje, se aktivira odgovorna polimeraza RNA in začne vplivati ​​na proizvodnjo potrebnih beljakovin. To je več teorije, zdaj pa govorimo o tem, kako so geni dejansko izraženi. To je zelo razburljivo.

Organizacija kromatina

Material iz tega odstavka je model diferencirane celice večceličnega organizma. V jedrih je kromatin narejen tako, da je na voljo le majhen del genoma za transkripcijo (približno 1%). Ampak, kljub temu, zaradi raznolikih celic in kompleksnosti procesov, ki jih gojijo, lahko vplivamo na njih. Takšen vpliv na organizacijo kromatina je trenutno na voljo za osebo:

1. Spremenite število strukturnih genov.
2. Učinkovito prepisujte različne dele kode.
3. Ponovno ustvarite gene v kromosomih.
4. Izdelajte modifikacije in sintetizirajte polipeptidne verige.

Toda učinkovito izražanje ciljnega gena je doseženo kot rezultat stroge skladnosti s tehnologijo. Ni važno, kaj je delo, čeprav je poskus na majhnem virusu. Glavna stvar je držati pripravljenega načrta posredovanja.

Spreminjamo število genov

Kako se to lahko uresniči? Predstavljajte si, da nas zanima vpliv na izražanje genov. Kot prototip smo vzeli gradivo eukariota. Ima visoko plastičnost, zato lahko naredimo naslednje spremembe:

1. Povečajte število genov. Uporablja se v primerih, ko je potrebno, da telo poveča sintezo določenega izdelka. V takem stanju se pomnožili veliko uporabnih elementov človeškega genoma (npr rRNA, tRNA, histones, in tako naprej). Take spletne strani so lahko tandem znotraj kromosomov, in celo jih presegajo, v višini 100 tisoč do 1 milijon baznih parov. Oglejmo si praktično uporabo. Metallothionein gen je zanimiv za nas. Njena proteinski produkt lahko vežejo težke kovine, kot so cink, kadmija, živega srebra in bakra, in sicer, da se zaščitijo telo pred njihovo zastrupitve. Njegova aktivacija je lahko uporabna za ljudi, ki delajo v nevarnih razmerah. Če ima oseba večjo koncentracijo omenjenih težkih kovin, se aktivacija gena pojavi postopoma samodejno.
2. Zmanjšajte število genov. To je relativno redka metoda regulacije. Ampak tukaj lahko podate primere. Eden od najbolj znanih je rdeče krvne celice. Ko zorijo, jedro pada in nosilec izgubi svoj genom. Tak postopek zorenja in preizkušenih limfociti in plazemske celice, različne klone, ki so bile sintetizirane izločajo oblike imunoglobulinov.

Preureditev gena

Pomembno je, da se premika in združuje material, v katerem bo sposoben prepisovanja in replikacije. Ta proces se imenuje genetska rekombinacija. S kakšnimi mehanizmi je to mogoče? Vzemimo odgovor na to vprašanje s primerom protiteles. Ustvarjajo jih B-limfociti, ki pripadajo določenemu klonu. In pri stiku s telesom antigena, na katerega se protitelo je komplementarna z aktivno mesto vezave zgodi s sledečim proliferacijo celic. Zakaj ima človeško telo sposobnost ustvarjanja tako raznolikih beljakovin? Ta možnost je zagotovljena z rekombinacijo in somatske mutacije. Toda to je lahko posledica umetnih sprememb v strukturi DNK.

Sprememba RNK

Izražanje genov je proces, pri katerem pomembno vlogo igra ribonukleinska kislina. Če upoštevamo mRNA, je treba opozoriti, da se lahko po prepisovanju primarna struktura spremeni. Zaporedje nukleotidov v genih je enako. Toda v različnih tkivih mRNA se lahko pojavijo substitucije, vstavki ali preprosto pari. Kot primer narave lahko navedemo apoprotein B, proizveden v celicah tankega črevesa in jeter. Kakšna je razlika pri urejanju? Različica, ki jo je ustvarila čreva, vsebuje 2152 aminokislin. Medtem ko je varianta jeter vsebina 4563 ostankov! In kljub tej razliki imamo apoprotein B.

Sprememba stabilnosti mRNA

Skoraj smo dosegli točko, kjer bi lahko obravnavali proteine ​​in polipeptide. Ampak poglejmo to prej, kako lahko stabiliziramo mRNA. Za to mora najprej zapustiti jedro in izstopiti iz citoplazme. To je posledica obstoječih pore. Veliko količino mRNK se cepi z nukleazo. Tisti, ki se izognejo tej usodi, organizirajo komplekse z beljakovinami. Življenjska doba eukariotske mRNK se zelo razlikuje (do nekaj dni). Če je mRNA stabilizirana, se lahko s fiksno hitrostjo opazi, da se količina novonastaliega proteinov poveča. Raven izražanja genov se ne bo spremenila, vendar je še pomembneje, da bo telo delovalo bolj učinkovito. S pomočjo metod molekularne biologije se lahko končni izdelek kodira, kar bo imelo znatno življenjsko dobo. Na primer, je mogoče ustvariti beta - globin, ki deluje približno deset ur (za njega je zelo veliko).

Hitrost procesa

Na splošno velja sistem za izražanje genov. Zdaj ostane samo dopolniti razpoložljivo znanje z informacijami o tem, kako hitro se pojavijo procesi in kako dolgo živijo proteini. Recimo, bomo nadzirali izražanje genov. Treba je opozoriti, da se učinek na hitrost ne šteje za glavni način uravnavanja raznolikosti in količine beljakovinskega proizvoda. Čeprav se njegova sprememba za doseganje tega cilja še vedno uporablja. Primer je sinteza beljakovinskega proizvoda v retikulocitih. Hemopoetske celice na ravni diferenciacije so brez jedra (in s tem DNK). Nivoi regulacije genovske ekspresije so na splošno konstruirani glede na sposobnost nekaterih spojin, da aktivno vplivajo na procese, ki se izvajajo.

Trajanje obstoja

Ko se beljakovina sintetizira, bo čas, v katerem bo živel, odvisen od proteaz. Nemogoče je natančno določiti čas, saj je obseg v tem primeru od nekaj ur do nekaj let. Stopnja razgradnje beljakovin je zelo odvisna od celice, v kateri se nahaja. Encimi, ki lahko katalizirajo procese, se hitro "uporabljajo". Zaradi tega jih ustvarja tudi telo v velikih količinah. Tudi na življenje beljakovin lahko vpliva fiziološko stanje telesa. Tudi če je nastal izdelek z napako, ga bo hitro odpravil zaščitni sistem. Tako lahko zvesto rečemo, da je edina stvar, ki jo lahko sodimo, standardno življenjsko dobo, pridobljeno v laboratoriju.

Zaključek

Ta smer je zelo obetavna. Na primer, izraz tujih genov lahko pomaga ozdraviti dedne bolezni in tudi odpravi negativne mutacije. Kljub razpoložljivosti obsežnega znanja o tej temi lahko z zaupanjem rečemo, da je človeštvo ravno na samem začetku ceste. Genetski inženiring se je šele pred kratkim naučil izolirati potrebne nukleotidne strani. Pred 20 leti se je zgodil eden največjih dogodkov te znanosti - nastala je bila Dolly ovca. Zdaj se izvajajo študije s človeškimi zarodki. Z zaupanjem lahko rečemo, da smo že na pragu prihodnosti, kjer ni bolezni in fiziološkega trpljenja. Toda preden pridemo do njega, bo treba dobro delati za blaginjo.