Expresia genelor este ceea ce? Definiția concept

Ce este expresia gene? Care este rolul său? Cum funcționează mecanismul expresiei genice? Ce perspective are el în fața noastră? Cum apare reglarea expresiei genelor în eucariote și procariote? Iată o scurtă listă de probleme care vor fi luate în considerare în acest articol.

Informații generale

Expresia genetică este numele procesului de transfer al informațiilor genetice din ADN prin ARN la proteine ​​și polipeptide. Să facem o mică deviere pentru înțelegere. Care sunt genele? Acestea sunt polimeri liniari de ADN care sunt conectați într-un lanț lung. Cu ajutorul lui proteină cromatină formează cromozomi. Dacă vorbim despre un bărbat, atunci avem patruzeci și șase dintre ei. Acestea conțin aproximativ 50 000 - 10 000 de gene și 3,1 miliarde de perechi de nucleotide. Cum vă orientați aici? Lungimea locurilor cu care se lucrează este indicată în mii și milioane de nucleotide. Un cromozom conține aproximativ 2000-5000 de gene. Într-o expresie oarecum diferită - aproximativ 130 de milioane de perechi de nucleotide. Dar aceasta este doar o estimare foarte brută, care este mai mult sau mai puțin adevărată pentru secvențe semnificative. Dacă lucrați în zone scurte, atunci raportul va fi încălcat. De asemenea, acest lucru poate fi influențat de sexul corpului, de materialul din care se lucrează.

Despre gene

Ele au lungimea cea mai variată. De exemplu, globina este de 1500 nucleotide. Și dystrophin - deja la fel de mult ca 2 milioane! Elementele cis de reglementare pot fi îndepărtate din gena pentru o distanță considerabilă. Deci, în globină se află la o distanță de 50 și 30 de mii de nucleotide în direcția 5 `și, respectiv, 3`. Existența unei astfel de organizații face foarte dificil pentru noi să determinăm limitele dintre ele. De asemenea, genele conțin un număr semnificativ de secvențe foarte repetitive, ale căror atribuții funcționale nu sunt încă clare pentru noi.

Pentru a înțelege structura lor, ne putem imagina că 46 de cromozomi sunt volume separate în care se află informațiile. Acestea sunt grupate în 23 de perechi. Unul dintre cele două elemente este moștenit de la părinte. „Text“, care este în „volume“ în mod repetat „re-citit“ mii de generații, care aduce într-o mulțime de erori și modificări (numite mutații). Și toate sunt moștenite de urmașii. Acum există suficiente informații teoretice pentru a începe să înțelegeți care este expresia genelor. Acesta este subiectul principal al acestui articol.

Teoria operațiilor

Se bazează pe studii de inducție genetică beta-galactozidază, care a fost implicată în degradarea hidrolitică a lactozei. A fost formulată de Jacques Monod și de Francois Jacob. Această teorie explică mecanismul de control al sintezei proteinelor în procariote. Transcrierea joacă, de asemenea, un rol important. Teoria afirmă că genele de proteine ​​care sunt legate funcțional strâns în procesele metabolice sunt adesea grupate împreună. Ele creează unități structurale numite operoni. Importanța lor constă în faptul că toate genele care o introduc sunt exprimate în concert. Cu alte cuvinte, toți pot fi transcrisi, sau nici unul dintre ei nu poate fi "citit". În astfel de cazuri, operonul este considerat activ sau pasiv. Nivelul expresiei genei se poate schimba numai dacă există un set de elemente individuale.

Inducerea sintezei proteinelor

Să ne imaginăm că avem o celulă care utilizează glucoza de carbon ca sursă de creștere a acesteia. Dacă se schimbă pentru dizaharidă de lactoză, atunci în câteva minute va fi posibil să se stabilească faptul că s-a adaptat la condițiile care au fost schimbate. Există o astfel de explicație: celula poate lucra ambele surse de creștere, dar una este mai potrivită. Prin urmare, există o "vedere" pentru un compus chimic mai ușor procesat. Dar dacă dispare și lactoza pare să o înlocuiască, atunci polimeraza ARN responsabilă este activată și începe să-și exercite influența asupra producerii proteinei necesare. Aceasta este mai multă teorie și acum să vorbim despre modul în care genele sunt de fapt exprimate. Acest lucru este foarte interesant.

Organizarea cromatinei

Materialul din acest paragraf este un model al unei celule diferențiate a unui organism multicelulare. În nuclee, cromatina este prezentată în așa fel încât doar o mică parte a genomului este disponibilă pentru transcripție (aproximativ 1%). Dar, în ciuda acestui fapt, datorită varietății celulelor și a complexității proceselor care se întâmplă în ele, le putem influența. În momentul de față, o persoană are o astfel de influență asupra organizării cromatinei:

1. Modificați numărul de gene structurale.
2. Transcrieți efectiv diferite părți ale codului.
3. Refaceți gene în cromozomi.
4. Faceți modificări și sintetizați lanțurile de polipeptide.

Dar expresia eficientă a genei țintă este atinsă ca urmare a respectării stricte a tehnologiei. Nu contează ce este lucrarea, chiar dacă experimentul se desfășoară pe un mic virus. Principalul lucru este să rămânem la planul de intervenție pregătit.

Schimbăm numărul de gene

Cum se poate realiza acest lucru? Imaginați-vă că suntem interesați de influența asupra exprimării genelor. Ca prototip am luat materialul eucariotei. Are o plasticitate ridicată, astfel încât putem face următoarele schimbări:

1. Creșterea numărului de gene. Utilizat în cazurile în care este necesar ca organismul să crească sinteza unui anumit produs. Într-o astfel de stare amplificată, există multe elemente utile ale genomului uman (de exemplu, rRNA, tRNA, histone etc.). Astfel de site-uri pot avea un aranjament tandem în interiorul cromozomului și chiar merg dincolo de ele într-o sumă de la 100 mii la 1 milion de perechi de nucleotide. Să ne uităm la aplicarea practică. Gena metallothionein este de interes pentru noi. Produsul său proteic poate lega metale grele cum ar fi zinc, cadmiu, mercur și cupru și, în consecință, protejează organismul de otrăvirea acestora. Activarea acestuia poate fi utilă persoanelor care lucrează în condiții nesigure. Dacă o persoană are o concentrație crescută de metale grele menționate anterior, atunci activarea genei are loc treptat în mod automat.
2. Reduceți numărul de gene. Aceasta este o metodă relativ rară de reglementare. Dar aici puteți da exemple. Una dintre cele mai renumite este celulele roșii din sânge. Când se maturează, nucleul se prăbușește și purtătorul își pierde genomul. Similar în cursul maturării și limfocitelor, precum și a celulelor plasmatice ale diferitelor clone, care sintetizează formele secretate ale imunoglobulinelor.

Rearanjarea genetică

Este importantă abilitatea de a muta și de a combina materialul, în care va fi capabil de transcriere și replicare. Acest proces se numește recombinare genetică. Prin ce mecanisme este posibil? Să luăm în considerare răspunsul la această întrebare cu exemplul de anticorpi. Acestea sunt create de limfocitele B care aparțin unei anumite clone. Și în cazul în care intră în corpul unui antigen, la care există un anticorp cu un centru activ complementar, atașamentul lor va avea loc cu proliferarea celulară ulterioară. De ce organismul uman are capacitatea de a crea o varietate de proteine? Această posibilitate este oferită prin recombinare și mutații somatice. Dar acest lucru se poate datora schimbărilor artificiale în structura ADN-ului.

Modificarea ARN

Expresia genelor este un proces în care un rol semnificativ îl joacă acidul ribonucleic. Dacă luăm în considerare ARNm, trebuie notat că după transcriere, structura primară se poate schimba. Secvența de nucleotide din gene este aceeași. Dar în diferitele țesuturi ale ARNm, pot apărea substituții, inserții sau pur și simplu cupluri. Ca un exemplu al naturii, se poate menționa apoproteina B, produsă în celulele intestinului subțire și ficatului. Care este diferența în editare? Versiunea creată de intestin are 2152 de aminoacizi. În timp ce varianta ficatului are un conținut de 4563 de reziduuri! Și în ciuda acestei diferențe, avem apoproteină B.

Modificarea stabilității mRNA

Aproape am ajuns la punctul în care ne-am putea ocupa de proteine ​​și polipeptide. Dar să ne uităm la acest lucru înainte, cum stabilitatea ARNm poate fi stabilită. Pentru aceasta, inițial, trebuie să părăsească nucleul și să iasă din citoplasmă. Acest lucru se datorează porilor existenți. O cantitate mare de mRNA va fi scindată de nuclează. Cei care evită această soartă organizează complexe cu proteine. Durata de viață a ARNm eucariote variază foarte mult (până la câteva zile). Dacă ARNm este stabilizat, atunci la o rată fixă ​​va fi posibil să se observe că crește cantitatea de produs proteic nou format. Nivelul expresiei genelor nu se va schimba, dar, mai important, organismul va actiona mai eficient. Cu ajutorul metodelor de biologie moleculară, produsul final poate fi codificat, ceea ce va avea o durată de viață semnificativă. De exemplu, este posibil să creați beta - globină, care funcționează timp de aproximativ zece ore (pentru el este foarte mult).

Viteza procesului

Se consideră în general sistemul de expresie a genelor. Acum rămâne doar să completeze cunoștințele disponibile cu informații despre cât de rapid se produc procesele și cât timp trăiesc proteinele. Să spunem, vom controla expresia genelor. Trebuie menționat că efectul asupra vitezei nu este considerat principalul mod de a reglementa diversitatea și cantitatea produsului proteic. Deși schimbarea sa pentru a atinge acest obiectiv este încă utilizată. Un exemplu este sinteza unui produs proteic în reticulocite. Celulele hemopoietice la nivelul diferențierii sunt lipsite de nucleu (și prin urmare ADN). Nivelurile de reglare a expresiei genelor sunt în general construite în funcție de capacitatea unui anumit compus de a influența în mod activ procesele care se desfășoară.

Durata existenței

Atunci când proteina este sintetizată, timpul în care va trăi depinde de proteaze. Este imposibil să numim cu precizie timpul, deoarece intervalul în acest caz este de la câteva ore la câțiva ani. Rata defalcării proteinelor variază în funcție de celula în care este localizată. Enzimele care pot cataliza procesele tind să fie rapid "folosite". Din acest motiv, ele sunt create de organism în cantități mari. De asemenea, viața unei proteine ​​poate fi afectată de starea fiziologică a corpului. De asemenea, dacă a fost creat un produs defect, acesta va fi eliminat rapid printr-un sistem de protecție. Astfel, putem spune cu încredere că singurul lucru pe care îl putem judeca este durata de viață standard obținută în laborator.

concluzie

Această direcție este foarte promițătoare. De exemplu, expresia genelor străine poate ajuta la vindecarea bolilor ereditare și, de asemenea, la eliminarea mutațiilor negative. În ciuda disponibilității unor cunoștințe extinse pe această temă, putem spune cu încredere că omenirea este chiar la începutul drumului. Ingineria genetică a învățat recent să izoleze site-urile nucleotidice necesare. Acum 20 de ani, a avut loc unul dintre cele mai mari evenimente ale acestei științe - a fost creată oaia Dolly. Studiile se desfășoară acum cu embrioni umani. Putem spune cu încredere că suntem deja pe pragul viitorului, în care nu există boli și suferințe fiziologice. Dar înainte de a ajunge acolo, va fi necesar să lucrăm foarte bine pentru prosperitate.