Изразяването на гени е това, което? Определение на понятието

Какво представлява Експресията? гени? Каква е неговата роля? Как функционира механизмът на генното изразяване? Какви са перспективите пред нас? Как протича регулирането на генната експресия в еукариотите и прокариотите? Ето кратък списък с въпроси, които ще бъдат разгледани в тази статия.

Обща информация

Генната експресия е името на процеса на предаване на генетична информация от ДНК чрез РНК към протеини и полипептиди. Нека направим малко отклонение за разбиране. Какви са гени? Това са линейни ДНК полимери, които са свързани в дълга верига. С помощта на хроматинов протеин те образуват хромозоми. Ако говорим за мъж, тогава имаме четирийсет и шест от тях. Те съдържат около 50 000 - 10 000 гена и 3,1 милиарда двойки нуклеотиди. Как се ориентирате тук? Дължината на местата, с които се работи, е показана в хиляди и милиони нуклеотиди. Една хромозома съдържа около 2000-5000 гени. В малко по-различен израз - около 130 милиона чифта нуклеотиди. Но това е само една много груба оценка, която е повече или по-малко вярна за значителни поредици. Ако работите в къси зони, тогава съотношението ще бъде нарушено. Също така, това може да бъде засегнато от пола на тялото, над материала, за който се работи.

За гените

Те имат най-разнообразна дължина. Например, глобинът е 1500 нуклеотиди. И дистрофин - вече толкова, колкото 2 милиона! Техните регулаторни цис-елементи могат да бъдат отстранени от гена за значително разстояние. Така че в глобин те са на разстояние от 50 и 30 хиляди нуклеотиди съответно в 5 `и 3` посока. Съществуването на такава организация ни прави много трудно да определим границите между тях. Също така, гените съдържат значителен брой високо повтарящи се последователности, чиито функционални задължения все още не са ясни за нас.

За да разберем структурата им, можем да си представим, че 46 хромозоми са отделни томове, в които се намира информацията. Те са групирани в 23 двойки. Един от двата елемента е наследен от родителя. "Текстът", който е в "томовете", многократно е "препрочитан" от хиляди поколения, които в него са внесени много грешки и промени (наречени мутации). И те всички са наследени от потомството. Сега има достатъчно теоретична информация, за да започнем да разбираме кои са гените. Това е основната тема на тази статия.

Теория на операциите

Тя се основава на изследвания за генетична индукция бета-галактозидаза, която участва в хидролитичното разграждане на лактозата. Той е формулиран от Жак Монод и Франсоа Якоб. Тази теория обяснява механизма на контрол върху синтеза на протеини в прокариотите. Транскрипцията също играе важна роля. Теорията посочва, че протеиновите гени, които са функционално плътно свързани в метаболитните процеси, често са групирани заедно. Те създават структурни единици, наречени оперончета. Тяхната важност се крие във факта, че всички гени, които влизат в него, се изразяват в концерт. С други думи, всички те могат да бъдат преписани, или никой от тях не може да бъде "прочетен". В такива случаи оперонът се счита за активен или пасивен. Нивото на генната експресия може да се промени само ако има набор от отделни елементи.

Индукция на протеиновия синтез

Нека си представим, че имаме клетка, която използва въглеродна глюкоза като източник на растеж. Ако се промени за лактазен дизахарид, след няколко минути ще бъде възможно да се определи, че е адаптиран към променените условия. Има такова обяснение: клетката може да работи и два източника на растеж, но една от тях е по-подходяща. Ето защо има "гледка" за по-лесно преработено химическо съединение. Но ако изчезне и лактозата изглежда я замени, тогава отговорната РНК полимераза се активира и започва да оказва влияние върху производството на необходимия протеин. Това е повече теория и сега нека да говорим за това как всъщност се изразяват гени. Това е много вълнуващо.

Организация на хроматина

Материалът от този параграф е модел на диференцирана клетка от многоклетъчен организъм. В ядрото хроматинът е разработен по такъв начин, че само малка част от генома е на разположение за транскрипция (около 1%). Но въпреки това, поради разнообразието от клетки и сложността на процесите, които се случват в тях, можем да ги повлияем. В момента за дадено лице има такова влияние върху организацията на хроматина:

1. Променете броя на структурните гени.
2. Ефективно да транскрибират различни части от кода.
3. Възстановете гени в хромозоми.
4. Извършвайте модификации и синтезирайте полипептидни вериги.

Но ефективната експресия на целевия ген се постига в резултат на стриктно спазване на технологията. Няма значение каква е работата, дори ако експериментът върви на малък вирус. Основното нещо е да се придържате към подготвения план за намеса.

Променяме броя на гените

Как може да се осъществи това? Представете си, че се интересуваме от влиянието върху изразяването на гени. Като прототип взехме еукариотния материал. Той има висока пластичност, за да можем да направим следните промени:

1. Увеличете броя на гените. Използва се в случаите, когато е необходимо тялото да увеличава синтеза на определен продукт. В такова амплифицирано състояние има много полезни елементи на човешкия геном (например rPHK, tRNA, хистони и т.н.). Такива сайтове могат да имат тандемно споразумение в рамките на хромозомата и дори да отидат отвъд тях в количество от 100 хиляди до 1 милион двойки нуклеотиди. Нека да разгледаме практическото приложение. Металотионеиновият ген е от интерес за нас. Неговият протеинов продукт може да свързва тежки метали като цинк, кадмий, живак и мед и съответно да предпазва тялото от отравяне. Неговото активиране може да бъде полезно за хора, които работят в опасни условия. Ако човек има повишена концентрация на споменатите по-горе тежки метали, активирането на гена става постепенно автоматично.
2. Намалете броя на гените. Това е сравнително рядък метод на регулиране. Но тук можете да дадете примери. Един от най-известните е червените кръвни клетки. Когато узреят, ядрото се срива и носителят губи своя геном. Подобно е при преминаването на съзряването и лимфоцитите, както и плазмените клетки на различни клонове, които синтезират секретираните форми на имуноглобулините.

Генно прегрупиране

Важно е способността да се движи и комбинира материал, в който тя ще бъде способна на транскрипция и репликация. Този процес се нарича генетична рекомбинация. Чрез какви механизми е възможно? Да разгледаме отговора на този въпрос с примера на антитела. Те се създават от В-лимфоцити, които принадлежат към определен клон. И в случай, че се попадне в тялото на антиген, към който има антитяло с комплементарен активен център, тяхното прикрепване ще се осъществи с последваща клетъчна пролиферация. Защо човешкото тяло има способността да създава толкова разнообразни протеини? Тази възможност се осигурява чрез рекомбинация и соматични мутации. Но това може да се дължи на изкуствени промени в структурата на ДНК.

Промяна в РНК

Изразяването на гените е процес, при който значителна роля играят рибонуклеиновата киселина. Ако разгледаме мРНК, трябва да отбележим, че след транскрипцията, първичната структура може да се промени. Последователността на нуклеотидите в гените е една и съща. Но в различните тъкани на тРНК могат да се появят замествания, инсерции или просто двойки. Като пример за природата може да се цитира апопротеин В, произведен в клетки от тънкото черво и черния дроб. Каква е разликата при редактирането? Версията, създадена от червата, има 2152 аминокиселини. Докато черният вариант има съдържание на 4563 остатъка! И въпреки тази разлика, имаме апопротеин В.

Промяната в стабилността на mRNA

Ние почти стигнахме до точката, където можехме да се справим с протеини и полипептиди. Но нека да разгледаме това преди, как стабилността на тРНК може да бъде фиксирана. За това първоначално трябва да напусне ядрото и да излезе от цитоплазмата. Това се дължи на съществуващите пори. Голямо количество mRNA ще бъде разцепено от нуклеаза. Тези, които избягват тази съдба, организират комплекси с протеини. Животът на еукариотната мРНК варира значително (до няколко дни). Ако тРНК се стабилизира, тогава при фиксирана скорост ще бъде възможно да се види, че количеството на новообразувания протеинов продукт се увеличава. Нивото на генната експресия няма да се промени, но по-важното е, че тялото ще действа по-ефективно. С помощта на методите на молекулярната биология краен продукт може да бъде кодиран, което ще има значително време на живот. Например, възможно е да се създаде бета - глобин, който функционира за около десет часа (за него е много).

Скорост на процеса

Това се разглежда като цяло в системата на генната експресия. Сега остава само да се допълнят наличните знания с информация за това колко бързо протичат процесите и колко дълго протеините живеят. Нека просто кажем, че ще контролираме изразяването на гените. Следва да се отбележи, че ефектът върху скоростта не се счита за основен начин за регулиране на разнообразието и количеството на протеиновия продукт. Въпреки че промяната за постигането на тази цел все още се използва. Пример за това е синтезата на протеинов продукт в ретикулоцитите. Хемопоетичните клетки на нивото на диференциация са лишени от ядро ​​(и следователно ДНК). Нивата на регулиране на генната експресия обикновено се конструират в зависимост от способността на някои съединения активно да влияят върху процесите, които се извършват.

Продължителност на съществуването

Когато белтъкът се синтезира, времето, през което ще живее, зависи от протеазите. Невъзможно е точно да се определи времето, тъй като обхватът в този случай е от няколко часа до няколко години. Скоростта на разграждане на протеините варира значително в зависимост от клетката, в която се намира. Ензимите, които могат да катализират процесите, обикновено се "използват" бързо. Поради това те се създават и от тялото в големи количества. Също така, животът на протеина може да бъде повлиян от физиологичното състояние на организма. Също така, ако е създаден дефектен продукт, той ще бъде елиминиран бързо от защитна система. По този начин можем уверено да кажем, че единственото нещо, което можем да преценим, е стандартният живот, получен в лабораторията.

заключение

Тази посока е много обещаваща. Например, експресията на чужди гени може да помогне за лечение на наследствени заболявания и също така да елиминира отрицателните мутации. Въпреки наличието на задълбочени познания по тази тема, можем уверено да кажем, че човечеството е само в самото начало на пътя. Генетичното инженерство само наскоро се е научило да изолира необходимите нуклеотидни сайтове. Преди 20 години настъпи едно от най-големите събития в тази наука - създаде се овча Доли. Сега проучванията се провеждат с човешки ембриони. Можем да кажем с увереност, че вече сме на прага на бъдещето, където няма болести и физиологични страдания. Но преди да стигнем там, ще трябва да работим много добре за просперитет.