Η γονιδιακή έκφραση - τι είναι αυτό; ο ορισμός

Ποια είναι η έκφραση των γονιδίων; Ποιος είναι ο ρόλος του; Πώς λειτουργεί το μηχανισμό της γονιδιακής έκφρασης; Ποιες είναι οι προοπτικές που ανοίγει μπροστά μας; Πώς είναι η ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης σε ευκαρυωτικά και προκαρυωτικά; Εδώ είναι μια σύντομη λίστα των ερωτήσεων που θα πρέπει να αντιμετωπιστούν σε αυτό το άρθρο.

γενικές πληροφορίες

Gene Expression - είναι η μεταφορά όνομα της διαδικασίας της γενετικής πληροφορίας από DNA μέσω RNA σε πρωτεΐνες και πολυπεπτίδια. Ας κάνουμε μια μικρή κατανόηση παρέκβαση. Τι είναι τα γονίδια; Αυτή η γραμμικά πολυμερή DNA που συνδέονται από μια μακρά αλυσίδα. Χρήση της πρωτεΐνης που σχηματίζουν χρωμόσωμα χρωματίνης. Αν μιλάμε για ένα πρόσωπο, τότε έχουμε σαράντα έξι. Βρίσκονται περίπου 50 000-10 000 γονίδια και 3,1 δισ ζεύγη βάσεων. Πώς καθοδηγούνται εδώ; Το μήκος των τμημάτων στα οποία γίνεται δουλειά, ενδείκνυται για τις χιλιάδες και τα εκατομμύρια των νουκλεοτιδίων. Ένα χρωμόσωμα περιέχει περίπου 2000-5000 γονίδια. Σε μια κάπως διαφορετική άποψη - περίπου 130 εκατομμύρια ζεύγη βάσεων. Αλλά αυτό είναι μόνο μια πολύ πρόχειρη εκτίμηση, η οποία είναι περισσότερο ή λιγότερο αλήθεια για τις μεγάλες σειρές. Εάν εργάζεστε σε μικρές αποστάσεις, η αναλογία θα πρέπει να παραβιάζονται. Επίσης σε αυτό το πάτωμα μπορεί να επηρεάσει το σώμα, κατά την οποία η εργασία εκτελείται υλικό.

Σχετικά με τα γονίδια

Έχουν την πιο ποικίλη μήκος. Εδώ, για παράδειγμα, σφαιρίνη - είναι 1500 νουκλεοτίδια. Μια δυστροφίνης - για την όσο το 2 εκατομμύρια! cis ρυθμιστικά στοιχεία τους μπορεί να διαγραφεί από το γονίδιο για μια σημαντική απόσταση. Έτσι, σε σφαιρίνη βρίσκονται σε απόσταση 50 και 30 νουκλεοτιδίων σε tysyach 5'- και 3'-κατεύθυνση, αντίστοιχα. Η παρουσία ενός τέτοιου οργανισμού δυσχεραίνει σημαντικά τον ορισμό μας για τα όρια μεταξύ τους. Επίσης, τα γονίδια περιέχουν μία σημαντική ποσότητα vysokopovtoryayuschihsya λειτουργικές αλληλουχίες ευθύνες που δεν έχουμε ακόμη κατανοηθεί.

Για να κατανοήσουμε τη δομή τους μπορεί κανείς να φανταστεί ότι 46 χρωμοσώματα είναι ξεχωριστά τόμους, στην οποία αποθηκεύονται πληροφορίες. Είναι ομαδοποιούνται σε 23 ζεύγη. Ένα από τα δύο στοιχεία κληρονομείται από έναν γονέα. «Κειμένου», το οποίο βρίσκεται σε «όγκους» επανειλημμένα «ξαναδιαβάσει» χιλιάδες γενεών, που φέρνει σε πολλά λάθη και μεταβολές (ονομάζονται μεταλλάξεις). Και είναι όλα κληρονομούνται από τους απογόνους. Τώρα υπάρχει αρκετή θεωρητική πληροφορίες για να αρχίσουμε να ασχολούμαστε με το γεγονός ότι εκδηλώνεται μια γονιδιακή έκφραση. Το γεγονός αυτό είναι το κύριο θέμα αυτού του άρθρου.

Η θεωρία του οπερονίου

Βασίζεται σε γενετικές μελέτες, επαγωγής β-γαλακτοσιδάσης, που συμμετείχαν στην υδρολυτική διάσπαση της λακτόζης. Ήταν διατυπώθηκε από Jacques Monod και Fransua Zhakobom. Αυτή η θεωρία εξηγεί το μηχανισμό για τον έλεγχο της σύνθεσης των πρωτεϊνών σε προκαρυωτικά. Επίσης, παίζουν σημαντικό ρόλο και η μεταγραφή. Η θεωρία είναι ότι τα γονίδια είναι πρωτεΐνες που είναι λειτουργικά στενά συνδεδεμένα με μεταβολικές διαδικασίες, είναι συχνά ομαδοποιούνται. Δημιουργούν δομικές μονάδες που ονομάζονται οπερόνια. Η σημασία τους είναι ότι όλα τα γονίδια που αποτελούν μέρος αυτού, και εκφράζεται σε αρμονία. Με άλλα λόγια, μπορεί να μεταγραφεί, ή κανένα από αυτά δεν μπορεί να «διαβάσει». Σε τέτοιες περιπτώσεις, το οπερόνιο είναι ενεργητική ή παθητική. επίπεδο γονιδιακής έκφρασης μπορεί να αλλάξει μόνο εάν υπάρχει ένα σύνολο των επιμέρους στοιχείων.

Επαγωγή της πρωτεϊνοσύνθεσης

Ας φανταστούμε ότι έχουμε ένα κύτταρο το οποίο στην ανάπτυξή της ως πηγή γλυκόζης χρήση άνθρακα. Εάν αλλάξει προς το λακτόζη δισακχαρίτης, μέσα σε λίγα λεπτά μπορείτε να είστε ασφαλείς ότι έχει προσαρμοστεί στις συνθήκες που έχουν αλλάξει. Ότι υπάρχει μια εξήγηση: το κύτταρο μπορεί να λειτουργήσει και τις δύο πηγές ανάπτυξης, αλλά ένας από αυτούς είναι πιο κατάλληλο. Ως εκ τούτου, υπάρχει ένα «θέαμα» σε μία χημική ένωση fabricable. Αλλά αν χάνεται και αντικαθίσταται από το λακτόζης εμφανίζεται, ο υπεύθυνος RNA πολυμεράση ενεργοποιείται και αρχίζει να ασκήσει την επιρροή της σχετικά με την παραγωγή της επιθυμητής πρωτεΐνης. Είναι περισσότερο μια θεωρία, αλλά τώρα ας μιλήσουμε για το πώς πραγματοποιείται η γονιδιακή έκφραση. Αυτό είναι πολύ συναρπαστικό.

Η οργάνωση της χρωματίνης

Υλικό αυτής της παραγράφου είναι ένα μοντέλο των διαφοροποιημένων κυττάρων ενός πολυκύτταρου οργανισμού. Οι πυρήνες χρωματίνη στοιβάζονται έτσι ώστε μόνον ένα μικρό μεταγραφή του γονιδιώματος είναι διαθέσιμη (περίπου 1%). Αλλά παρ 'όλα αυτά, χάρη στο κελί ποικιλομορφία και την πολυπλοκότητα των διεργασιών που λαμβάνουν χώρα σε αυτά μπορούμε να τα επηρεάσουν. Προς το παρόν, για το πρόσωπο που θα είναι διαθέσιμη σε τέτοιο αντίκτυπο στην οργάνωση της χρωματίνης:

1. Αλλαγή του αριθμού των δομικών γονιδίων.
2. μεταγράψει αποτελεσματικά τα διάφορα μέρη του κώδικα.
3. Αναδημιουργία των γονιδίων στα χρωμοσώματα.
4. Κάντε τροποποιήσεις και συντίθενται πολυπεπτιδικές αλυσίδες.

Ωστόσο, αποτελεσματική έκφραση του γονιδίου στόχου επιτυγχάνεται μέσω αυστηρών τεχνολογίας προσκόλληση. Δεν έχει σημασία τι δουλειά γίνεται, ακόμη και αν το πείραμα πηγαίνει σε μια μικρή ιό. Το κύριο πράγμα - είναι να κολλήσει με το σχέδιο που καταρτίζει η παρέμβαση.

Αλλαγή του αριθμού των γονιδίων

Πώς μπορεί να υλοποιηθεί αυτό; Ας φανταστούμε ότι είμαστε ενδιαφέρονται για την επίδραση στη γονιδιακή έκφραση. Ως πρωτότυπο πήραμε υλικό ευκαρυωτικό οργανισμό. Έχει υψηλή πλαστικότητα, μπορούμε επομένως να πάρουν τις ακόλουθες αλλαγές:

1. Για να αυξηθεί ο αριθμός των γονιδίων. Χρησιμοποιείται σε περιπτώσεις όπου είναι απαραίτητο ότι το σώμα έχει αυξήσει την σύνθεση ενός συγκεκριμένου προϊόντος. Σε μια τέτοια κατάσταση ενισχύονται πολλά χρήσιμα στοιχεία του ανθρώπινου γονιδιώματος (π.χ., rRNA, tRNA, ιστόνες, και ούτω καθεξής). Τέτοιες περιοχές μπορεί να έχει σειρά στα χρωμοσώματα, και ακόμη και τους υπερβαίνουν το ποσό των 100000 έως 1.000.000 ζεύγη βάσεων. Ας ρίξουμε μια ματιά σε μια πρακτική εφαρμογή. Μας ενδιαφέρει είναι το γονίδιο μεταλλοθειονίνης. πρωτεϊνικό προϊόν του μπορεί να δεσμεύει τα βαρέα μέταλλα όπως ο ψευδάργυρος, το κάδμιο, τον υδράργυρο και χαλκού και, αντίστοιχα, για να προστατεύουν το σώμα από δηλητηρίαση αυτούς. Η ενεργοποίησή του μπορεί να είναι χρήσιμο για τους ανθρώπους που εργάζονται σε επισφαλείς συνθήκες. Εάν ένα άτομο υπάρχει μια αυξημένη συγκέντρωση των βαρέων μετάλλων που αναφέρθηκαν προηγουμένως, η γονιδιακή ενεργοποίηση συμβαίνει αργά αυτόματα.
2. Μείωση του αριθμού των γονιδίων. Είναι σπάνια χρησιμοποιείται μέθοδος ρύθμισης. Αλλά και εδώ υπάρχουν παραδείγματα. Ένα από τα πιο διάσημα - είναι τα ερυθρά αιμοσφαίρια. Όταν ωριμάσει, ο πυρήνας καταρρέει και ο φορέας χάνει γονιδίωμα του. Μία τέτοια διαδικασία ωρίμανσης και δοκιμάζεται λεμφοκύτταρα και κύτταρα πλάσματος, διάφορους κλώνους που συντέθηκαν εκκρινόμενες μορφές των ανοσοσφαιρινών.

γονιδιακή αναδιάταξη

Επίσης σημαντική είναι η δυνατότητα μετακίνησης και συνδυασμού του υλικού με το οποίο είναι ικανό μεταγραφής και αντιγραφής. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται γενετικός ανασυνδυασμός. Με ποιους μηχανισμούς είναι δυνατόν; Ας εξετάσουμε την απάντηση στο ερώτημα αυτό το παράδειγμα αντισώματος. Δημιουργούνται από Β-λεμφοκύτταρα, τα οποία ανήκουν σε κάποιο είδος ενός συγκεκριμένου κλώνου. Και σε περίπτωση επαφής με το σώμα του αντιγόνου προς το οποίο το αντίσωμα είναι συμπληρωματικό με το ενεργό κέντρο της προσάρτησης συμβαίνει με επακόλουθο πολλαπλασιασμό των κυττάρων. Γιατί είναι ότι το ανθρώπινο σώμα έχει την ικανότητα να δημιουργήσει μια ποικιλία πρωτεϊνών; Αυτό γίνεται εφικτό με ανασυνδυασμό και σωματικές μεταλλάξεις. Αλλά θα μπορούσε να είναι αποτέλεσμα ανθρωπογενών αλλαγών στη δομή του DNA.

αλλαγή RNA

Gene Expression - είναι η διαδικασία με την οποία παίζει σημαντικό ρόλο ριβονουκλεϊκού οξέος. Αν λάβουμε υπόψη το mRNA είναι απαραίτητο να σημειωθεί ότι μετά την μεταγραφή κύρια δομή μπορεί να διαφέρουν. Η αλληλουχία των νουκλεοτιδίων στα γονίδια του ίδιου. Αλλά σε διαφορετικούς ιστούς του mRNA μπορεί να εμφανιστεί αντικαταστάσεις, προσθήκες, ή απλά η απώλεια θα συμβεί ζευγάρια. Ως παράδειγμα από τη φύση μπορεί να οδηγήσει αποπρωτεΐνη Β, που παράγεται στα κύτταρα του λεπτού εντέρου και το ήπαρ. Αυτό που επεξεργάζεται τη διαφορά; Η έκδοση που παράγεται από το έντερο, έχει 2152 αμινοξέα. Ότι το περιεχόμενο του ήπατος έκδοση διαθέτει 4563 τα υπόλοιπα! Και παρά τη διαφορά αυτή, έχουμε ακριβώς αποπρωτεΐνη Β

Αλλαγές στη σταθερότητα του mRNA

Έχουμε σχεδόν καταλήξει στο συμπέρασμα ότι δεν ήταν δυνατό να γίνει σε πρωτεΐνες και πολυπεπτίδια. Αλλά ας το παραδεχτούμε όμως δούμε πώς μπορεί να καθοριστεί η σταθερότητα του mRNA. Για να το κάνετε αυτό, αρχικά θα πρέπει να φύγει από τον πυρήνα και να βγει από το κυτταρόπλασμα. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω των υφιστάμενων πόρων. Ένας μεγάλος αριθμός των mRNA διασπάται από νουκλεάσες. Εκείνοι που διαφεύγουν από αυτή τη μοίρα, οργανώνουν σύμπλοκα με πρωτεΐνες. Διάρκεια ζωής ευκαρυωτικού mRNA μεταβάλλεται σε μία ευρεία περιοχή (έως και αρκετές ημέρες). Εάν σταθεροποιούν mRNA, στη συνέχεια, με σταθερό ρυθμό μπορεί να παρατηρηθεί ότι η αύξηση του αριθμού των νεοσύστατου πρωτεϊνικού προϊόντος. επίπεδο γονιδιακής έκφρασης σε αυτή την περίπτωση δεν αλλάζει, αλλά, το πιο σημαντικό, το σώμα θα λειτουργεί με μεγαλύτερη αποτελεσματικότητα. Χρησιμοποιώντας τεχνικές μοριακής βιολογίας, το τελικό προϊόν μπορεί να κωδικοποιηθεί, το οποίο θα έχει σημαντική διάρκεια ζωής. Έτσι, για παράδειγμα, δυνατόν να δημιουργηθεί ένα β-σφαιρίνης λειτουργεί περίπου δέκα ώρες (αυτό είναι πάρα πολύ για αυτό).

ταχύτητα της διαδικασίας

Αυτό θεωρείται σε γενικές γραμμές το σύστημα γονιδιακής έκφρασης. Τώρα δεν μένει παρά να συμπληρώσει τις διαθέσιμες πληροφορίες, η γνώση του πόσο γρήγορα οι διαδικασίες, καθώς και μεγάλης διάρκειας ζωής πρωτεΐνες. Ας πούμε ότι ο έλεγχος της γονιδιακής έκφρασης θα κρατήσει. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι η επίδραση επί του ρυθμού δεν θεωρείται η κύρια μέθοδος της διαφορετικότητας και της ποσότητας του προϊόντος πρωτεΐνης ρύθμισης. Αν και εξακολουθεί να χρησιμοποιείται αλλαγή της για την επίτευξη αυτού του στόχου. Ως ένα παράδειγμα η σύνθεση ενός προϊόντος πρωτεΐνης σε δικτυοερυθροκύτταρα. Τα αιμοποιητικά κυτταρική διαφοροποίηση στο επίπεδο στερούνται πυρήνα (και ως εκ τούτου το DNA). Τα επίπεδα ρύθμισης της γονιδιακής έκφρασης σε γενικές γραμμές ενσωματωμένη ανάλογα με κάποιου είδους δυνατότητες σύνδεσης να επηρεάσουν ενεργά τις εν εξελίξει διαδικασίες.

Η διάρκεια της

Όταν μια πρωτεΐνη συντίθεται, ο χρόνος κατά τον οποίο θα ζήσει εξαρτάται από την πρωτεάση. Δεν μπορεί να ονομάζεται ακριβώς όπως το δυνατόν, διότι στην περίπτωση αυτή κυμαίνεται από λίγες ώρες σε ένα-δύο χρόνια. Ταχύτητα πρωτεόλυση ποικίλλει ευρέως, ανάλογα με το τι κυττάρων είναι. Τα ένζυμα που μπορούν να καταλύσουν διεργασίες τείνουν να γρήγορα «χρησιμοποιείται». Εξαιτίας αυτού, δημιουργούνται επίσης από τον οργανισμό σε μεγάλες ποσότητες. Επίσης, σχετικά με τη διάρκεια ζωής της πρωτεΐνης μπορεί να επηρεάσουν την φυσιολογική κατάσταση του σώματος. Επίσης, εάν το ελαττωματικό προϊόν έχει δημιουργηθεί, θα εξαλειφθεί γρήγορα το σύστημα προστασίας. Έτσι, μπορούμε με βεβαιότητα να πούμε ότι το μόνο πράγμα που μπορεί να πει - αυτό είναι το πρότυπο ζωής που λαμβάνονται στο εργαστήριο.

συμπέρασμα

Αυτή η περιοχή είναι πολύ ελπιδοφόρα. Για παράδειγμα, η έκφραση των ξένων γονιδίων μπορεί να βοηθήσει να θεραπεύσει κληρονομικές ασθένειες, και την εξάλειψη των αρνητικών μετάλλαξη. Παρά την παρουσία εκτεταμένη γνώση σχετικά με το θέμα, μπορούμε με βεβαιότητα να πούμε ότι η ανθρωπότητα εξακολουθεί να είναι μόνο στην αρχή. Η γενετική μηχανική μάθει μόλις πρόσφατα να διαθέσει τα απαραίτητα εξαρτήματα των νουκλεοτιδίων. Πριν από 20 χρόνια υπήρχε ένα από τα μεγαλύτερα γεγονότα της επιστήμης - δημιουργήθηκε η Dolly το πρόβατο. Τώρα, διεξάγεται έρευνα σε ανθρώπινα έμβρυα. Μπορούμε να πούμε με σιγουριά ότι είμαστε στο κατώφλι του μέλλοντος, όπου δεν υπάρχουν ασθένειες και φυσιολογικές αγωνία. Αλλά πριν βρισκόμαστε εκεί, θα πρέπει να είναι πολύ καλό για να λειτουργήσει προς όφελος της ευημερίας.