Mi a gének kifejeződése? Fogalom meghatározása

Mi a gén kifejezés? Mi a szerepe? Hogyan működik a génexpresszió mechanizmusa? Milyen kilátása van előttünk? Hogyan alakul ki az eukarióták és prokarioták génexpressziójának szabályozása? Az alábbiakban felsoroljuk azokat a problémákat, amelyek ebben a cikkben foglalkoznak.

Általános információk

A génkifejezés az átviteli folyamat nevegenetikai információ DNS-ről RNS-ről fehérjékre és polipeptidekre. Tegyünk egy kicsit a megértéshez. Mik a gének? Ezek olyan lineáris DNS polimerek, amelyek hosszú láncban kapcsolódnak egymáshoz. A kromatin protein segítségével kromoszómákat alkotnak. Ha emberről beszélünk, akkor negyvenhatuk van. Ezek körülbelül 50 000-10 000 gént és 3,1 milliárd páros nukleotidot tartalmaznak. Hogyan orientálod magad itt? A munkák elvégzésére szolgáló helyek hossza több ezer és több millió nukleotidban van feltüntetve. Az egyik kromoszóma körülbelül 2000-5000 gént tartalmaz. Némileg eltérő kifejezés - körülbelül 130 millió pár nukleotid. De ez csak nagyon durva becslés, amely többé-kevésbé igaz a jelentős szekvenciákhoz. Ha rövid területeken dolgozik, akkor megsérti az arányt. Ezt a test nemét is érintheti, amely anyaga a munkát végzi.

A génekről

A legváltozatosabb hosszuk van. Például a globin 1500 nukleotid. És a dystrofin - már legalább 2 millió! Szabályozó cisz-elemeik jelentős távolságból eltávolíthatók a génből. Tehát a globinban 50 és 30 ezer nukleotid távolság van az 5 "- és 3" irányba. Az ilyen szervezet létezése nagyon megnehezíti számunkra, hogy meghatározzuk a köztük lévő határokat. A gének is jelentős számú ismétlődő szekvenciát tartalmaznak, amelyek funkcionális feladatai még nem tisztázottak.

Megérteni a szerkezetüket, ezt el lehet képzelni46 kromoszóma különálló kötet, amelyben az információ megtalálható. 23 párra vannak csoportosítva. A két elem egyike öröklődik a szülőből. A "kötetek" szövegét több százezer generáció ismételten "újraolvassa", amely számos hibát és változást mutatott be (úgynevezett mutáció). És mindnyájan öröklik az utókor. Most van elég elméleti információ, hogy megértsük, mi a gének expressziója. Ez a cikk fő témája.

Operon elmélet

Genetikai kutatásra épüla β-galaktozidáz indukciója, amely részt vesz a laktóz hidrolitikus lebomlásában. Jacques Monod és Francois Jacob megfogalmazta. Ez az elmélet magyarázza a prokarióták fehérje szintézisének szabályozását. A transzkripció fontos szerepet játszik. Az elmélet szerint a metabolikus folyamatokban funkcionálisan szorosan kötődő fehérje géneket gyakran csoportosítják. Létrehozzák az operonokat. Fontosságuk abban rejlik, hogy az összes bejutó gén koncerten fejeződik ki. Más szavakkal, mindegyikük átírható, vagy egyikük sem olvasható le. Ilyen esetekben az operon aktívnak vagy passzívnak tekinthető. A génexpresszió szintje csak akkor változhat, ha egyedi elemek vannak.

A fehérjeszintézis indukciója

Képzeljük el, hogy van egy ketrecünk,amely szén-glükózt használ a növekedés forrásaiként. Ha laktóz-diszacharidra cserélik, akkor néhány perc alatt meg lehet állapítani, hogy a megváltozott körülményekhez igazodik. Van ilyen magyarázat: a sejt mindkét növekedési forrást működtetheti, de az egyik alkalmasabb. Ezért van egy "látás" a könnyebben feldolgozható kémiai vegyület számára. De ha eltűnik és a laktóz úgy tűnik, hogy felváltja, akkor a felelős RNS polimeráz aktiválódik, és hatását a szükséges fehérje termelésére gyakorolja. Ez több elmélet, és most beszéljünk arról, hogy a gének ténylegesen kifejeződnek. Ez nagyon izgalmas.

Kromatin szervezése

Az ebben a bekezdésben szereplő anyagegy multicelluláris organizmus differenciált sejtjének modellje. A magokban a kromatinot úgy alakítjuk ki, hogy a genomnak csak egy kis része áll rendelkezésre a transzkripcióhoz (kb. 1%). De ennek ellenére a sejtek sokfélesége és a benne folyó folyamatok bonyolultsága miatt befolyásolhatjuk őket. Abban a pillanatban, amikor egy személy számára rendelkezésre áll egy ilyen hatás a kromatin szervezésére:

1. Módosítsa a szerkezeti gének számát.
2. Határozza meg a kód különböző részeit.
3. Genetek újjáépítése a kromoszómákban.
4. Módosítsunk és szintetizáljunk polipeptidláncokat.

A célgén hatékony expresszióját azonban elérika technológia szigorú betartása miatt. Nem számít, mi a munka, még akkor is, ha a kísérlet egy kis vírussal történik. A legfontosabb az, hogy ragaszkodjunk az előkészített beavatkozási tervhez.

Megváltoztatjuk a gének számát

Hogyan lehet ezt megvalósítani? Képzeld el, hogy mi érdekli a gének kifejeződésének hatása. Prototípusként vettük az eukarióta anyagot. Magas plaszticitással rendelkezik, így a következő változásokat tehetjük meg:

1. Növelje a gének számát. Olyan esetekben alkalmazható, amikor szükséges, hogy a szervezet növelje az adott termék szintézisét. Ilyen amplifikált állapotban az emberi genom sok hasznos eleme van (például rRNS, tRNS, hisztonok stb.). Az ilyen helyek tandem elrendezéssel rendelkezhetnek a kromoszómán belül, és 100 000 és 1 millió pár nukleotid közötti mennyiségben is túlléphetnek. Nézzünk gyakorlati alkalmazást. A metallotionein gén érdekes számunkra. A fehérjeterméke nehézfémeket, például cinket, kadmiumot, higanyt és rézöt köti össze, és ennek megfelelően megvédi a testet a mérgezéstől. Aktiválása hasznos lehet azok számára, akik nem biztonságos körülmények között dolgoznak. Ha egy személynek a korábban említett nehézfémek koncentrációja nagyobb, akkor a gén aktiválása fokozatosan automatikusan megtörténik.
2. Csökkentse a gének számát. Ez viszonylag ritka szabályozási módszer. De itt példákat adhatsz. Az egyik leghíresebb a vörösvérsejtek. Amikor érik, a mag összeomlik, és a hordozó elveszíti genomját. Hasonlóan az érési lépés és a limfociták, valamint különböző klónok plazmasejtjei között, amelyek az immunglobulinok szekretált formáit szintetizálják.

Gén átrendeződése

Fontos a mozgás és a képességAz anyag szintézise, ​​amelyben képes transzkripcióra és replikációra. Ezt a folyamatot genetikai rekombinációnak nevezik. Milyen mechanizmusok lehetségesek? Tekintsük a választ erre a kérdésre az antitestek példájával. B-limfociták hoznak létre, amelyek egy bizonyos klónhoz tartoznak. És abban az esetben a testtel érintkezik, az antigén, amelyhez az antitest komplementer az aktív hely kapcsolódási történik utólagos sejtszaporodást. Miért van az, hogy az emberi test képes létrehozni a különböző fehérjék? Ezt a lehetőséget rekombináció és szomatikus mutációk biztosítják. De ez a DNS szerkezetében bekövetkező mesterséges változásoknak tudható be.

Változás az RNS-ben

A gének kifejeződése olyan folyamat, amelybena ribonukleinsav jelentős szerepet játszik. Ha figyelembe vesszük az mRNS-t, meg kell jegyezni, hogy a transzkripció után az elsődleges szerkezet változhat. A gének nukleotidjainak szekvenciája ugyanaz. De az mRNS különböző szövetekben, helyettesítések, beillesztések, vagy egyszerűen párok jelenhetnek meg. A természet példájaként említhető a vékonybél és a máj sejtjeiben előállított apoprotein B. Mi a különbség a szerkesztésben? A bél által létrehozott verzió 2152 aminosavat tartalmaz. Míg a máj változata 4563 aminosavat tartalmaz! És ennek ellenére különbség van Apoprotein B-vel.

Az mRNS stabilitásának változása

Már majdnem elérjük azt a pontot, ahol tudunkhogy proteineket és polipeptideket kapcsoljanak be. De nézzük meg előbb, hogyan lehet rögzíteni az mRNS stabilitását. Ehhez először el kell hagynia a magot, és kilépnie kell a citoplazmából. Ez a meglévő pórusoknak köszönhető. Nagy mennyiségű mRNS-t a nukleáz lehasít. Azok, akik elkerülik ezt a sorsot, komplexeket szerveznek a fehérjékkel. Az eukarióta mRNS élettartama nagymértékben változik (akár több napig is). Ha az mRNS stabilizálódik, akkor fix sebességgel megfigyelhető, hogy az újonnan képződött fehérje termék mennyisége nő. A génexpresszió szintje nem változik, de ami még fontosabb, a szervezet hatékonyabban fog működni. A molekuláris biológiai módszerek segítségével a végtermék kódolható, amely jelentős élettartammal bír. Így például létre lehet hozni a β-globint, ami kb. Tíz óra múlva működik (számomra nagyon).

A folyamat sebessége

Itt és általában a rendszergén expresszió. Most csak a rendelkezésre álló ismeretek kiegészítésére szolgálnak a folyamatok gyorsaságával és a fehérjék élettartamával kapcsolatban. Mondjuk csak, hogy ellenőrizzük a gének kifejezését. Meg kell jegyezni, hogy a sebességre gyakorolt ​​hatás nem tekinthető a fehérje termék sokféleségének és mennyiségének szabályozásának fő módja. Bár ennek a célnak a megváltoztatását még mindig használják. Egy példa egy fehérjetermék retikulociták szintézisére. A differenciálódás szintjén a hemopoetikus sejtek nincsenek magok (és ennélfogva DNS). A génexpresszió szabályozásának szintjei általában úgy alakulnak ki, hogy bizonyos vegyületek képesek aktív módon befolyásolni a végrehajtandó folyamatokat.

A létezés időtartama

Amikor a fehérje szintetizálódik, az idő alattamit élni fog, a proteázoktól függ. Lehetetlen pontosan megnevezni az időt, mert ebben az esetben a tartomány több óra és néhány év között van. A fehérje lebomlási sebessége nagymértékben változik attól függően, hogy melyik sejt található. A folyamatokat katalizáló enzimek gyorsan "felhasználhatók". Emiatt a testet nagy mennyiségben is létrehozzák. Továbbá a fehérje életét befolyásolhatja a szervezet élettani állapota. Továbbá, ha hibás terméket hoztak létre, gyorsan megszüntethető a védelmi rendszer. Így nyugodtan mondhatjuk, hogy az egyetlen dolog, amit megítélhetünk, a laboratóriumban szerzett szokásos élettartam.

következtetés

Ez az irány nagyon ígéretes. Például az idegen gének kifejeződése segíthet az örökletes betegségek gyógyításában, valamint a negatív mutációk megszüntetésében. Annak ellenére, hogy széleskörű ismeretekkel rendelkeznek e témában, biztosak lehetünk abban, hogy az emberiség éppen az út elején áll. A géntechnológia csak a közelmúltban tudta izolálni a szükséges nukleotid helyeket. 20 évvel ezelőtt ez a tudomány egyik legnagyobb eseménye történt - a Dolly juhot létrehozták. Most emberi embriókkal foglalkozó tanulmányokat folytatnak. Biztosan kijelenthetjük, hogy már a jövő küszöbén állunk, ahol nincs betegség és fiziológiai szenvedés. De mielőtt odaérünk, nagyon jól kell dolgozni a jólétért.