Экспрэсія генаў - гэта што такое? азначэнне паняцця

Што такое экспрэсія генаў? Якая яе роля? Як працуе механізм экспрэсіі генаў? Якія перспектывы ён перад намі адкрывае? Як адбываецца рэгуляцыя экспрэсіі генаў у эукарыёт.Асноўныя і пракарыёт? Вось кароткі пералік пытанняў, якія будуць разгледжаны ў рамках дадзенага артыкула.

Агульная інфармацыя

Экспрэсія генаў - гэта назва працэсу пераносу генетычнай інфармацыі ад ДНК праз РНК да вавёрак і поліпептыд. Давайце для разумення зробім невялікае адступленне. Што такое гены? Гэта лінейныя палімеры ДНК, што з'яўляюцца злучанымі ў доўгі ланцуг. З дапамогай бялку храмаціне яны ўтвараюць храмасомы. Калі казаць пра чалавека, то ў нас іх сорак шэсьць. У іх знаходзіцца прыкладна 50 000-10 000 генаў і 3,1 мільярда пар нуклеатыдаў. Як жа тут арыентуюцца? Даўжыня участкаў, з якімі вядзецца праца, паказваецца ў тысячах і мільёнах нуклеатыдаў. Адна храмасома змяшчае каля 2000-5000 генаў. У некалькі іншым вымярэньні - каля 130 мільёнаў пар нуклеатыдаў. Але гэта толькі вельмі прыблізная ацэнка, якая больш-менш дакладная для значных паслядоўнасцяў. Калі працаваць на кароткіх участках, то суадносіны будзе парушацца. Таксама на гэта можа паўплываць падлогу арганізма, над матэрыялам якога вядзецца праца.

Аб генах

Яны маюць самую разнастайную даўжыню. Вось, напрыклад, Глабін - гэта 1500 нуклеатыдаў. А дистрофин - ужо цэлых 2 мільёны! Іх рэгулятарныя цис-элементы могуць быць выдаленыя ад гена на значную адлегласць. Так, у Глабін яны знаходзяцца на адлегласці ў 50 і 30 тысяч нуклеатыдаў ў 5'- і 3'-кірунку адпаведна. Наяўнасць падобнай арганізацыі значным чынам ўскладняе нам вызначэнне межаў паміж імі. Таксама гены ўтрымліваюць у сабе значную колькасць высокоповторяющихся паслядоўнасцяў, функцыянальныя абавязкі якіх нам яшчэ не зразумелыя.

Для разумення іх структуры можна ўявіць, што 46 храмасом з'яўляюцца асобнымі тамамі, у якіх знаходзіцца інфармацыя. Яны згрупаваныя ў 23 пары. Адзін з двух элементаў успадкоўваецца ад бацькоў. "Тэкст", што знаходзіцца ў "тамах", шматкроць "перачытваць" тысячамі пакаленняў, што прыўносіла ў яго шмат памылак і змяненняў (званых мутацыямі). І ўсе яны ўспадкоўваюцца нашчадствам. Зараз ёсць дастаткова тэарэтычнай інфармацыі, каб пачаць разбірацца з тым, што сабой уяўляе экспрэсія генаў. Гэта ж з'яўляецца галоўнай тэмай дадзенага артыкула.

тэорыя оперона

Яна будуецца на генетычных даследаваннях індукцыі β-галактозидазы, якая ўдзельнічала ў гідралітычнай расшчапленні лактозы. Сфармуляваная яна была Жакам Мона і Франсуа Жакоб. Дадзеная тэорыя тлумачыць механізм кантролю над сінтэзам бялкоў у пракарыёт. Таксама важная роля адводзіцца і транскрыпцыі. Тэорыя абвяшчае, што гены бялкоў, якія функцыянальна цесна звязаны ў метабалічных працэсах, часта групуюцца разам. Яны ствараюць структурныя адзінкі, названыя оперонами. Іх важнасць у тым, што ўсе гены, якія ўваходзяць у яго, экспрессируются ўзгоднена. Іншымі словамі, яны ўсё могуць быць транскрыбаваць, ці ж нікога з іх нельга "прачытаць". У такіх выпадках оперон лічыцца актыўным або пасіўным. Узровень экспрэсіі генаў можа мяняцца, толькі калі ёсць набор асобных элементаў.

Індукцыя сінтэзу бялкоў

Давайце прадставім, што ў нас ёсць клетка, якая ў якасці крыніцы свайго росту выкарыстоўвае вуглярод глюкозу. Калі яе памяняць на дисахарид лактозу, то праз некалькі хвілін можна будзе зафіксаваць, што яна адаптавалася да ўмоў, якія былі зменены. Гэтаму існуе такое тлумачэнне: клетка можа працаваць абодвума крыніцамі росту, але адзін з іх з'яўляецца больш прыдатным. Таму існуе «прыцэл» на больш легкообрабатываемое хімічнае злучэнне. Але калі яно знікае і на змену яму з'яўляецца лактоза, то адказная РНК-полимераза актывуецца і пачынае аказваць свой уплыў на вытворчасць неабходнага бялку. Гэта больш тэорыя, а зараз давайце пагаворым пра тое, як жа уласна адбываецца экспрэсія генаў. Гэта вельмі займальна.

арганізацыя храмаціне

Матэрыял з дадзенага абзаца ўяўляе сабой мадэль дыферэнцыраванай клеткі шматклеткавага арганізма. У ядрах храмаціне выкладзены такім чынам, што для транскрыпцыі даступная толькі малая частка геному (каля 1%). Але, нягледзячы на гэта, дзякуючы разнастайнасці клетак і складанасці якія ідуць у іх працэсаў мы можам уплываць на іх. На дадзены момант для чалавека даступным з'яўляецца такое ўплыў на арганізацыю храмаціне:

1. Змяняць колькасць структурных генаў.
2. Эфектыўна транскрыбаваць розныя ўчасткі кода.
3. Перабудоўваць гены ў храмасомах.
4. Ўносіць мадыфікацыі і сінтэзаваць полипептидные ланцуга.

Але эфектыўная экспрэсія гена-мішэні дасягаецца ў выніку выразнага захавання тэхналогіі. Усё роўна, з чым вядзецца праца, няхай нават эксперымент ідзе над невялікім вірусам. Галоўнае - гэта прытрымлівацца складзенага плана ўмяшання.

Змяняны колькасць генаў

Як гэта можна рэалізаваць? Уявім, што нас цікавіць ўплыў на экспрэсію генаў. У якасці вопытнага ўзору мы ўзялі матэрыял эукарыёт.Асноўныя. Ён валодае высокай пластычнасцю, таму можам ўнесці такія змены:

1. Павялічыць лік генаў. Выкарыстоўваецца ў тых выпадках, калі неабходна, каб арганізм павялічыў сінтэз пэўнага прадукту. У падобным амплифицированном стане знаходзяцца шматлікія карысныя элементы чалавечага геному (напрыклад, рРНК, тРНК, гистоны і гэтак далей). Такія ўчасткі могуць мець тандэмнай размяшчэнне ў рамках храмасомы і нават выходзіць за іх рамкі ў колькасці ад 100 тысяч да 1 мільёна пар нуклеатыдаў. Давайце разгледзім практычнае прымяненне. Цікавасць для нас уяўляе ген металлотионеина. Яго бялковы прадукт можа звязваць цяжкія металы накшталт цынку, кадмію, ртуці і медзі і, адпаведна, абараняць арганізм ад атручвання імі. Яго актывацыя можа быць карыснай людзям, якія працуюць у небяспечных умовах. Калі ў чалавека назіраецца падвышаная канцэнтрацыя раней згаданых цяжкіх металаў, то актывацыя гена адбываецца паступова аўтаматычна.
2. Паменшыць лік генаў. Гэта даволі рэдка ўжывальны спосаб рэгуляцыі. Але і тут можна прывесці прыклады. Адзін з найбольш вядомых - гэта эрытрацыты. Калі яны спеюць, то разбураецца ядро і носьбіт губляе свой геном. Падобнае ў працэсе паспявання праходзяць і лімфацыты, а таксама плазматычныя клеткі розных клонаў, што сінтэзуюць секретируемые формы імунаглабулінаў.

перабудова генаў

Важнай з'яўляецца магчымасць перамяшчэння і аб'яднання матэрыялу, пры якім ён будзе здольны да транскрыпцыі і рэплікацыі. Дадзены працэс атрымаў назву генетычнай рэкамбінацыі. З дапамогай якіх механізмаў яна з'яўляецца магчымай? Давайце разгледзім адказ на гэтае пытанне на прыкладзе антыцелаў. Яны ствараюцца У-лімфацытамі, што належаць нейкаму пэўнаму клону. І ў выпадку траплення ў цела антыгена, на які ёсць антыцела з Камплементарнай актыўным цэнтрам, адбудзецца іх далучэнне з наступнай праліферацыі клеткі. Чаму ж у арганізма чалавека ёсць магчымасць ствараць такое разнастайнасць бялкоў? Такая магчымасць забяспечваецца рэкамбінацыяй і саматычнымі мутацыямі. Але гэта можа быць і следства штучных змен у структуры ДНК.

змена РНК

Экспрэсія генаў - гэта працэс, у якім значную ролю адыгрывае рібанукляінавай кіслата. Калі разглядаць мРНК, то неабходна заўважыць, што пасля транскрыпцыі першасная структура можа мяняцца. Паслядоўнасць нуклеатыдаў ў генах аднолькавая. А вось у розных тканінах мРНК могуць з'яўляцца замены, устаўкі або папросту будуць адбывацца выпадзення пар. У якасці прыкладу з боку прыроды можна прывесці апопротеин У, які ствараецца ў клетках тонкага кішачніка і печані. У чым жа розніца рэдагавання? Версія, якая ствараецца кішачнікам, мае 2152 амінакіслоты. Тады як варыянт печані можа пахваліцца утрыманнем 4563 рэшткаў! І нягледзячы на такое адрозненне, у нас маецца менавіта апопротеин В.

Змена стабільнасці мРНК

Мы ўжо амаль прыйшлі да таго, каб можна было заняцца вавёркамі і поліпептыд. Але давайце перад гэтым яшчэ разгледзім, як можа замацоўвацца стабільнасць мРНК. Для гэтага першапачаткова яна павінна пакінуць ядро і выйсці з цытаплазмы. Ажыццяўляецца гэта дзякуючы наяўных порам. Вялікая колькасць мРНК будзе расшчапляючы нуклеаз. Тыя ж, што избегут дадзенай долі, арганізуюць комплексы з вавёркамі. Час жыцця эукарыятычнай мРНК вагаецца ў шырокім дыяпазоне (да некалькіх дзён). Калі стабілізаваць мРНК, то пры фіксаванай хуткасці можна будзе назіраць, што павялічваецца колькасць новаўтворанага бялковага прадукта. Узровень экспрэсіі генаў пры гэтым не зменіцца, але, што больш важна, арганізм будзе дзейнічаць з большай эфектыўнасцю. З дапамогай метадаў малекулярнай біялогіі можна кадзіраваць канчатковы прадукт, які будзе мець значную працягласць жыцця. Так, да прыкладу, магчымым з'яўляецца стварэнне β-Глабін, які функцыянуе з дзесятак гадзін (для яго гэта вельмі шмат).

хуткасць працэсаў

Вось і разгледжана ў агульным і цэлым сістэма экспрэсіі генаў. Зараз засталося толькі дапоўніць наяўныя веды інфармацыяй пра тое, як хутка адбываюцца працэсы, а таксама наколькі доўга жывуць вавёркі. Скажам так, правядзем кантроль экспрэсіі генаў. Варта адзначыць, што ўплыў на хуткасць ня лічыцца асноўным спосабам рэгуляцыі разнастайнасці і колькасці бялковага прадукта. Хоць і яе зьмена для дасягнення дадзенай мэты ўсё ж выкарыстоўвалася. У якасці прыкладу можна прывесці сінтэз бялковага прадукту ў ретикулоцитах. Крывятворныя клеткі на ўзроўні дыферэнцыявання пазбаўленыя ядра (а значыць, і ДНК). Ўзроўні рэгуляцыі экспрэсіі генаў наогул будуюцца ў залежнасці ад магчымасцяў нейкага злучэння актыўна ўплываць на якія ажыццяўляюцца працэсы.

працягласць існавання

Калі ж бялок сінтэзаваны, той час, на працягу якога ён будзе жыць, залежыць ад протеаз. Тут нельга дакладна назваць тэрміны, паколькі дыяпазон у дадзеным выпадку складае ад некалькіх гадзін да некалькіх гадоў. Хуткасць расшчаплення бялку шырока вар'іруецца ў залежнасці ад таго, у якой клетцы ён знаходзіцца. Ферменты, якія могуць каталізаваць працэсы, як правіла, хутка «ўжываюцца». З-за гэтага яны таксама ствараюцца арганізмам ў вялікіх колькасцях. Таксама на тэрмін жыцця бялку можа аказаць ўплыў фізіялагічны стан арганізма. Таксама калі быў створаны дэфектны прадукт, то ён будзе хутка ліквідаваны ахоўнай сістэмай. Такім чынам, можна ўпэўнена сказаць, што адзінае, пра што мы можам судзіць, - гэта стандартны час жыцця, што атрымана ў лабараторных умовах.

заключэнне

Дадзены кірунак з'яўляецца вельмі перспектыўным. Напрыклад, экспрэсія чужародных генаў можа дапамагчы вылечыць спадчынныя хваробы, а таксама ліквідаваць негатыўныя мутацыі. Нягледзячы на наяўнасць шырокіх ведаў па гэтай тэме, можна ўпэўнена сказаць, што чалавецтва яшчэ толькі знаходзіцца ў самым пачатку шляху. Генетычная інжынерыя зусім нядаўна навучылася выдзяляць неабходныя ўчасткі нуклеатыдаў. 20 гадоў таму адбылося адно з самых вялікіх падзей дадзенай навукі - была створана авечка Долі. Зараз жа вядуцца даследаванні з чалавечымі эмбрыёнамі. Можна з упэўненасцю сказаць, што мы ўжо на парозе будучынi, дзе няма хвароб і фізіялагічных пакут. Але перш чым мы там апынемся, неабходна будзе вельмі добра папрацаваць на карысць працвітання.