Exprese genů je co? Definice pojmu

Co je výraz? geny? Jaká je jeho role? Jak funguje mechanismus exprese genů? Jaké vyhlídky má před námi? Jak se vyskytuje regulace genové exprese u eukaryot a prokaryot? Zde je krátký seznam otázek, které budou zváženy v tomto článku.

Obecné informace

Genetická exprese je název procesu přenosu genetické informace z DNA přes RNA na proteiny a polypeptidy. Udělejte trochu odstupu pro pochopení. Co jsou to geny? Jedná se o lineární DNA polymery, které jsou spojeny v dlouhém řetězci. S pomocí chromatinový protein tvoří chromozomy. Když mluvíme o nějakém muži, máme šestatřicet. Obsahují přibližně 50 000 až 10 000 genů a 3,1 miliardy párů nukleotidů. Jak se zde orientuješ? Délka pracovišť, s nimiž se práce provádí, je uvedena v tisících a miliónech nukleotidů. Jeden chromozom obsahuje asi 2000-5000 genů. V trochu jiném výrazu - asi 130 milionů párů nukleotidů. Ale to je jen velmi hrubý odhad, který je víceméně pravdivý pro významné sekvence. Pokud pracujete v krátkých oblastech, pak bude poměr porušen. Také to může být ovlivněno pohlavím těla, nad materiálem, jehož se práce dělá.

O genech

Mají nejrůznější délku. Například globin je 1500 nukleotidů. A dystrofin - už tak jako 2 miliony! Jejich regulační cis-prvky mohou být odstraněny z genu na značnou vzdálenost. Takže v globinu jsou ve vzdálenosti 50 a 30 tisíc nukleotidů ve směru 5 `a 3`. Existence takové organizace nás velmi snáze určuje hranice mezi nimi. Také geny obsahují významný počet vysoce opakujících se sekvencí, jejichž funkční povinnosti nejsou pro nás jasné.

Abychom pochopili jejich strukturu, můžeme si představit, že 46 chromozomů jsou oddělené svazky, ve kterých jsou informace umístěny. Jsou seskupeny do 23 párů. Jeden ze dvou prvků je z rodiče zděděn. "Text", který je v "svazcích", byl opakovaně "znovu čten" tisíci generací, což do něj přineslo mnoho chyb a změn (nazvaných mutace). A všichni jsou dědici následovníků. Nyní je dostatek teoretických informací, abychom začali chápat, jaký je výraz genů. Toto je hlavní téma tohoto článku.

Operonová teorie

Je založen na genetických indukčních studiích beta-galaktozidázy, která se podílela na hydrolytické degradaci laktózy. Formuloval ji Jacques Monod a Francois Jacob. Tato teorie vysvětluje mechanismus kontroly syntézy proteinů v prokaryotách. Přepis také hraje důležitou roli. Teorie uvádí, že proteinové geny, které jsou funkčně těsně vázány v metabolických procesech, jsou často seskupeny dohromady. Vytvářejí strukturní jednotky nazývané operony. Jejich význam spočívá ve skutečnosti, že všechny geny, které vstupují, jsou vyjádřeny v koncertě. Jinými slovy, mohou být všichni přepisováni, nebo nikdo z nich nemůže být "čten". V takových případech se operon považuje za aktivní nebo pasivní. Úroveň exprese genu se může měnit pouze v případě, že existuje soubor jednotlivých prvků.

Indukce syntézy proteinů

Představme si, že máme buňku, která jako zdroj růstu používá uhlíkovou glukózu. Pokud se změní v případě disacharidu laktózy, pak za několik minut bude možné stanovit, že se přizpůsobil podmínkám, které byly změněny. Existuje takové vysvětlení: buňka může fungovat jako zdroj růstu, ale jeden z nich je vhodnější. Proto existuje "pohled" na snadněji zpracovanou chemickou sloučeninu. Ale pokud zmizí a zdá se, že laktóza nahradí, pak se aktivuje zodpovědná RNA polymeráza a začne působit na produkci nezbytného proteinu. To je více teorie a teď hovoříme o tom, jak jsou skutečně vyjádřeny geny. To je velmi vzrušující.

Organizace chromatinu

Materiál z tohoto odstavce je model diferencované buňky mnohobuněčného organismu. V jádře je chromatin rozdělen tak, že pro transkripci je k dispozici pouze malá část genomu (přibližně 1%). Ale navzdory tomu, kvůli rozmanitosti buněk a složitosti procesů, které v nich probíhají, je můžeme ovlivnit. V současné době je pro člověka k dispozici takový vliv na organizaci chromatinu:

1. Změňte počet strukturních genů.
2. Účinně přepisujte různé části kódu.
3. Obnovte geny v chromozomech.
4. Proveďte modifikace a syntetizujte polypeptidové řetězce.

Účinné vyjádření cílového genu se však dosahuje důsledným dodržováním technologie. Nezáleží na tom, co je práce, i když experiment probíhá na malém viru. Hlavním úkolem je dodržet připravený plán intervence.

Změníme počet genů

Jak lze toto uskutečnit? Představte si, že nás zajímá vliv na expresi genů. Jako prototyp jsme vzali eukaryotový materiál. Má vysokou plasticitu, takže můžeme provést následující změny:

1. Zvyšte počet genů. Používá se v případech, kdy je nezbytné, aby tělo zvýšilo syntézu určitého produktu. V takovém zesíleném stavu existuje mnoho užitečných prvků lidského genomu (například rRNA, tRNA, histonů atd.). Taková místa mohou mít tandemové uspořádání uvnitř chromozomu a dokonce jdou za nimi v množství od 100 tisíc do 1 milionu párů nukleotidů. Podívejme se na praktickou aplikaci. Gly metalothionein je pro nás zajímavý. Jeho bílkovinný produkt může vázat těžké kovy, jako je zinek, kadmium, rtuť a měď, a tudíž chránit tělo před otravami. Aktivace může být užitečná pro lidi, kteří pracují v nebezpečných podmínkách. Pokud má člověk zvýšenou koncentraci dříve zmíněných těžkých kovů, aktivuje se tento gen postupně automaticky.
2. Zmenšete počet genů. Jedná se o poměrně neobvyklý způsob regulace. Zde však můžete uvést příklady. Jedním z nejslavnějších je červené krvinky. Když dospívají, jádro se zhroutí a nosič ztratí svůj genom. Podobné v průběhu dozrávání a lymfocyty, stejně jako plazmové buňky různých klonů, které syntetizují sekretované formy imunoglobulinů.

Gene přeuspořádání

Důležitá je schopnost pohybovat se a kombinovat materiál, ve kterém bude schopen transkripce a replikace. Tento proces se nazývá genetická rekombinace. Jakými mechanismy je možné? Zvažme odpověď na tuto otázku s příkladem protilátek. Jsou tvořeny B-lymfocyty, které patří k určitému konkrétnímu klonu. A v případě, že do těla vstoupí antigen, ke kterému je protilátka s komplementárním aktivním centrem, jejich připojení se uskuteční s následnou proliferací buněk. Proč má lidské tělo schopnost vytvářet takové množství bílkovin? Tato možnost je zajištěna rekombinací a somatických mutací. Ale to může být způsobeno umělými změnami struktury DNA.

Změna RNA

Exprese genů je proces, při kterém významnou roli hraje kyselina ribonukleová. Pokud zvážíme mRNA, je třeba poznamenat, že po transkripci se může primární struktura změnit. Sekvence nukleotidů v genech je stejná. Ale v různých tkáních mRNA se mohou objevit substituce, inzerce nebo prosté páry. Jako příklad přírody lze uvést apoprotein B produkovaný v buňkách tenkého střeva a jater. Jaký je rozdíl v úpravách? Verze vytvořená střevem má 2152 aminokyselin. Zatímco játrový variant se může pochlubit obsahem 4563 zbytků! A navzdory tomuto rozdílu máme apoprotein B.

Změna stability mRNA

Takřka jsme dosáhli místa, kde bychom se mohli zabývat proteiny a polypeptidy. Ale podívejme se na to dříve, jak může být stabilita mRNA fixována. Za tím účelem musí zpočátku opustit jádro a vyjít z cytoplazmy. To je způsobeno existujícími póry. Velké množství mRNA se štěpí nukleázou. Ti, kteří se tomuto osudu vyhýbají, organizují komplexy s bílkovinami. Životnost eukaryotické mRNA se značně liší (až na několik dní). Pokud je mRNA stabilizována, pak se při fixní rychlosti dá pozorovat, že se množství nově vytvořeného proteinového produktu zvyšuje. Úroveň exprese genu se nezmění, ale důležitější je, že tělo bude účinnější. Pomocí metod molekulární biologie může být zakódovaný konečný produkt, který bude mít značnou životnost. Například je možné vytvořit beta - globin, který funguje asi deset hodin (pro něj je to hodně).

Rychlost zpracování

To je obecně považováno za systém exprese genů. Nyní zůstává pouze doplňovat dostupné znalosti s informacemi o tom, jak rychle se procesy objevují, a také o tom, jak dlouho žijí bílkoviny. Řekněme, že budeme řídit výraz genů. Je třeba poznamenat, že vliv na rychlost není považován za hlavní způsob regulace rozmanitosti a množství bílkovinného produktu. Ačkoli je tato změna k dosažení tohoto cíle stále používána. Příkladem je syntéza proteinového produktu v retikulocytech. Hemopoetické buňky na úrovni diferenciace postrádají jádro (a tedy DNA). Úrovně regulace exprese genu jsou obecně konstruovány v závislosti na schopnosti některých sloučenin aktivně ovlivňovat procesy, které se provádějí.

Trvání existence

Když je protein syntetizován, doba, po kterou bude žít, závisí na proteázách. Není možné přesně pojmenovat čas, protože rozsah je v tomto případě od několika hodin do několika let. Rychlost rozpadu proteinů se v závislosti na buňce, ve které se nachází, značně liší. Enzymy, které mohou katalyzovat procesy, mají tendenci být rychle "použity". Z tohoto důvodu jsou ve velkém množství také tvořeny tělem. Také může být životnost proteinu ovlivněna fyziologickým stavem těla. Také, pokud byl vytvořen vadný výrobek, bude rychle odstraněn ochranným systémem. Můžeme tedy s jistotou říci, že jediná věc, kterou můžeme posoudit, je standardní životnost získaná v laboratoři.

Závěr

Tento směr je velmi slibný. Například exprese cizích genů může pomoci vyléčit dědičná onemocnění a také eliminovat negativní mutace. Navzdory dostupnosti rozsáhlých znalostí o tomto tématu můžeme s jistotou říci, že lidstvo je právě na samém začátku silnice. Genetické inženýrství se nedávno naučil izolovat nezbytné nukleotidy. Před 20 lety došlo k jedné z největších událostí této vědy - byla vytvořena ovce Dolly. Nyní probíhají studie s lidskými embryi. Můžeme s jistotou říci, že jsme již na prahu budoucnosti, kde nejsou žádné nemoci a fyziologické utrpení. Ale než se tam dostaneme, bude nutné dobře pracovat pro prosperitu.