Uttryck av gener är vad? Definition av begrepp

Vad är genuttryck? Vad är dess roll? Hur fungerar mekanismen för genuttryck? Vilka utsikter har han för oss? Hur förekommer reglering av genuttryck i eukaryoter och prokaryoter? Här är en kort lista över problem som kommer att övervägas i den här artikeln.

Allmän information

Genuttryck är namnet på överföringsprocessengenetisk information från DNA genom RNA till proteiner och polypeptider. Låt oss göra en liten fördjupning för förståelse. Vad är gener? Dessa är linjära DNA-polymerer som är anslutna i en lång kedja. Med hjälp av kromatinproteinet bildar de kromosomer. Om vi ​​pratar om en man, då har vi fyrtiofem av dem. De innehåller cirka 50 000-10 000 gener och 3,1 miljarder nukleotider. Hur orienterar du dig själv här? Längden på de platser med vilka arbetet utförs anges i tusentals och miljoner nukleotider. En kromosom innehåller cirka 2000-5000 gener. I ett något annorlunda uttryck - cirka 130 miljoner par nukleotider. Men det här är bara en väldigt grov uppskattning, vilket är mer eller mindre sant för betydande sekvenser. Om du arbetar i korta områden, kommer förhållandet att brytas. Detta kan också påverkas av kroppens kön, över det material som arbetet görs för.

Om gener

De har den mest varierade längden. Till exempel är globin 1500 nukleotider. Och dystrofin - redan så mycket som 2 miljoner! Deras regulatoriska cis-element kan avlägsnas från genen för ett avsevärt avstånd. Så i globin ligger de på ett avstånd av 50 och 30 tusen nukleotider i respektive 5 "- och 3" -riktningen. Förekomsten av en sådan organisation gör det mycket svårt för oss att bestämma gränserna mellan dem. Genen innehåller också ett betydande antal högt repeterande sekvenser, vars funktionella uppgifter ännu inte är klara för oss.

För att förstå deras struktur kan man föreställa sig det46 kromosomer är separata volymer, i vilken information lagras. De är indelade i 23 par. En av de två elementen ärvs från en förälder. "Text", som är i "volymer" upprepade gånger "nytt läsa" tusentals generationer, vilket innebär en hel del fel och ändringar (så kallade mutationer). Och de är alla ärvs av avkomman. Nu finns det tillräckligt med teoretisk information för att börja ta itu med det faktum att en genuttryck manifesterar. Detta faktum är huvudämnet i den här artikeln.

Operonteori

Det bygger på genetisk forskninginduktion av p-galaktosidas, vilket var involverat i hydrolytisk nedbrytning av laktos. Det formulerades av Jacques Monod och Francois Jacob. Denna teori förklarar mekanismen för kontroll över syntesen av proteiner i prokaryoter. Transkription spelar också en viktig roll. Teorin säger att proteingener som är funktionellt tätt bundna i metaboliska processer grupperas ofta ihop. De skapar strukturella enheter som heter operoner. Deras betydelse ligger i det faktum att alla gener som kommer in det uttrycks i konsert. Med andra ord kan de alla transkriberas, eller ingen av dem kan "läsas". I sådana fall anses operonen vara aktiv eller passiv. Nivån av genuttryck kan bara ändras om det finns en uppsättning enskilda element.

Induktion av proteinsyntes

Låt oss föreställa oss att vi har en bur,som använder kolglukos som en källa till dess tillväxt. Om det ändras för laktosdisackarid, kommer det om några minuter att vara möjligt att fixa att den har anpassat sig till de förändrade förhållandena. Det finns en sådan förklaring: cellen kan fungera båda källor till tillväxt, men en av dem är mer lämplig. Därför finns det en "syn" för en lättare bearbetad kemisk förening. Men om det försvinner och laktos verkar ersätta det, aktiveras det ansvariga RNA-polymeraset och börjar utöva sitt inflytande på produktionen av det nödvändiga proteinet. Det här är mer teori, och nu ska vi prata om hur gener verkligen uttrycks. Det här är väldigt spännande.

Organisering av kromatin

Materialet i denna paragraf ärmodell av en differentierad cell i en multicellulär organism. I kärnorna läggs kromatin på så sätt att endast en liten del av genomet är tillgänglig för transkription (ca 1%). Men trots detta, på grund av cellernas variation och komplexiteten hos de processer som går in i dem, kan vi påverka dem. För närvarande finns det ett sådant inflytande på kromatinens organisation:

1. Ändra antalet strukturgener.
2. Transkribera olika delar av koden på ett effektivt sätt.
3. Uppbygga gener i kromosomer.
4. Gör modifikationer och syntetisera polypeptidkedjor.

Men effektivt uttryck av målgenen uppnåssom ett resultat av strikt överensstämmelse med teknik. Det spelar ingen roll vad arbetet är, även om experimentet pågår ett litet virus. Det viktigaste är att hålla sig till den beredda planen för intervention.

Vi ändrar antalet gener

Hur kan detta realiseras? Föreställ dig att vi är intresserade av påverkan på generens uttryck. Som prototyp tog vi eukaryotmaterialet. Den har en hög plasticitet, så vi kan göra följande ändringar:

1. Öka antalet gener. Används i fall där det är nödvändigt att kroppen ökar syntesen av en viss produkt. I ett sådant amplifierat tillstånd finns det många användbara element i det humana genomet (t ex rRNA, tRNA, histoner etc.). Sådana ställen kan ha ett tandemarrangemang inom kromosomen och går även utöver dem i en mängd från 100 000 till 1 miljon nukleotider. Låt oss titta på praktisk tillämpning. Metallothioneingenen är av intresse för oss. Dess proteinprodukt kan binda tungmetaller som zink, kadmium, kvicksilver och koppar och skyddar därför kroppen från förgiftning av dem. Dess aktivering kan vara användbar för personer som arbetar i osäkra förhållanden. Om en person har en ökad koncentration av tidigare nämnda tungmetaller, sker aktiveringen av genen gradvis automatiskt.
2. Minska antalet gener. Detta är en relativt sällsynt regleringsmetod. Men här kan du ge exempel. En av de mest kända är de röda blodkropparna. När de mognar kollapsar kärnan och bäraren förlorar sitt genom. Liknande under mognad passerar och lymfocyter, såväl som plasmaceller av olika kloner, som syntetiserar de utsöndrade formerna av immunglobuliner.

Genomläggning

Viktigt är förmågan att flytta ochSyntesen av material, där han kommer att kunna transkription och replikering. Denna process kallas genetisk rekombination. Med vilka mekanismer är det möjligt? Låt oss överväga svaret på denna fråga med exempel på antikroppar. De är skapade av B-lymfocyter som hör till en viss klon. Och om man kommer in i kroppen av ett antigen, till vilket det finns en antikropp med ett komplementärt aktivt centrum, kommer deras bindning att ske med efterföljande cellproliferation. Varför har människokroppen förmågan att skapa en sådan mängd proteiner? Denna möjlighet tillhandahålls genom rekombination och somatiska mutationer. Men detta kan bero på artificiella förändringar i DNA-strukturen.

Förändring av RNA

Uttryck av gener är en process dären signifikant roll spelas av ribonukleinsyra. Om vi ​​betraktar mRNA, bör det noteras att den primära strukturen efter transkription kan förändras. Sekvensen av nukleotider i generna är densamma. Men i de olika vävnaderna av mRNA kan substitutioner, insertioner eller helt enkelt par visas. Som ett exempel på natur kan apoprotein B, som produceras i tunntarmen och leverens celler, citeras. Vad är skillnaden i redigering? Den version som skapats av tarmarna har 2152 aminosyror. Medan leversvaran har ett innehåll på 4563 rester! Och trots denna skillnad har vi apoprotein B.

Förändringen i mRNA-stabilitet

Vi har nästan nått den punkt där vi kanatt engagera sig i proteiner och polypeptider. Men låt oss titta på detta innan, hur stabiliteten av mRNA kan lösas. För detta måste det i första hand lämna kärnan och lämna cytoplasman. Detta beror på de befintliga porerna. En stor mängd mRNA kommer att klyvas av nukleas. De som undviker detta öde, organiserar komplex med proteiner. Livslängden för eukaryot mRNA varierar kraftigt (upp till flera dagar). Om mRNA stabiliseras kommer det vid en fast hastighet att vara möjligt att observera att mängden av den nybildade proteinprodukten ökar. Nivån av genuttrycket förändras inte, men viktigare kommer kroppen att agera mer effektivt. Med hjälp av molekylära biologiska metoder kan slutprodukten kodas, vilket kommer att ha en betydande livslängd. Så, till exempel, är det möjligt att skapa β-globin, som fungerar i ungefär tio timmar (för honom är det väldigt mycket).

Processhastighet

Här och i allmänhet systemetgenuttryck. Nu återstår bara att komplettera den tillgängliga informationen, kunskapen om hur snabbt de processer, liksom långlivade proteiner. Låt oss bara säga att vi ska kontrollera generens uttryck. Det bör noteras att effekten på hastigheten inte anses vara den primära metoden för reglering mångfald och kvantiteten av proteinprodukten. Även om dess förändring för att uppnå detta mål används fortfarande. Ett exempel är syntesen av en proteinprodukt i retikulocyter. Hematopoetisk celldifferentiering på nivån berövas kärna (och följaktligen DNA: t). Nivåerna av genuttryck reglering i allmänhet är byggda beroende på någon form av anslutningsmöjligheter att aktivt påverka de pågående processerna.

Varaktighet av existens

När proteinet syntetiseras, tiden, undervilket han kommer att leva beror på proteaser. Det är omöjligt att noggrant namnge tiden, eftersom intervallet i det här fallet är från flera timmar till ett par år. Graden av proteinuppdelning varierar mycket beroende på cellen i vilken den ligger. Enzymer som kan katalysera processer tenderar att snabbt "användas". På grund av detta skapas de också av kroppen i stora mängder. Livet hos ett protein kan också påverkas av kroppens fysiologiska tillstånd. Om en defekt produkt skapades kommer den också att elimineras snabbt av ett skyddssystem. Således kan vi med säkerhet säga att det enda vi kan döma är den normala livslängden som erhållits i laboratoriet.

slutsats

Denna riktning är mycket lovande. Uttrycket av främmande gener kan till exempel hjälpa till att bota ärftliga sjukdomar och eliminera även negativa mutationer. Trots tillgängligheten av omfattande kunskaper om detta ämne kan vi med säkerhet säga att mänskligheten ligger precis i början av vägen. Geneteknik har nyligen nyligen lärt sig att isolera de nödvändiga nukleotidställena. För 20 år sedan uppträdde en av de största händelserna i denna vetenskap - Dollyfåren skapades. Nu genomförs studier med mänskliga embryon. Vi kan med säkerhet säga att vi redan är på tröskeln till framtiden, där det inte finns några sjukdomar och fysiologiska lidanden. Men innan vi kommer dit kommer det att bli nödvändigt att arbeta mycket bra för välstånd.