Genexpressie - wat is dat? de definitie

Wat is de expressie van de genen? Wat is zijn rol? Hoe werkt het mechanisme van genexpressie? Wat zijn de perspectieven die zij biedt voor ons? Hoe is de regulering van genexpressie in eukaryoten en prokaryoten? Hier is een korte lijst van vragen die in dit artikel zullen worden aangepakt.

algemene informatie

Genexpressie - het procesnaam overdracht van genetische informatie van DNA via RNA eiwitten en polypeptiden. Laten we een beetje uitwijding begrip. Wat zijn genen? Dit lineaire DNA polymeren die zijn verbonden door een lange keten. Gebruik van het eiwit vormen zij chromatine chromosoom. Als we praten over een persoon, dan hebben we zesenveertig. Ze bevinden zich ongeveer 50 000-10 000 genen en 3,1 miljard basenparen. Hoe worden hier begeleid? De lengte van de gedeelten waaraan gewerkt wordt, is aangegeven in de duizenden en miljoenen nucleotiden. Een chromosoom bevat ongeveer 2000-5000 genen. In een iets andere termen - ongeveer 130 miljoen basenparen. Maar dit is slechts een zeer ruwe schatting, dat is min of meer het geval voor grote sequenties. Als u werkt over korte afstanden, zal de verhouding worden geschonden. Ook op deze verdieping het lichaam, waarop het werkmateriaal wordt uitgevoerd kan beïnvloeden.

over genen

Ze hebben de meest uiteenlopende lengte. Hier, bijvoorbeeld, globine - is 1500 nucleotiden. Een dystrofine - voor maar liefst 2 miljoen! De cis-element kan worden verwijderd uit het gen voor een aanzienlijke afstand. Dus in globine ze op een afstand van 50 en 30 nucleotiden tysyach 5'- en 3'-richting, respectievelijk. De aanwezigheid van een dergelijke organisatie bemoeilijkt aanzienlijk onze definitie van de grenzen tussen hen. Ook de genen bevatten een aanzienlijke hoeveelheid vysokopovtoryayuschihsya sequenties functionele taken die we nog niet begrepen.

Om hun structuur te begrijpen kan men zich voorstellen dat 46 chromosomen zijn afzonderlijke delen, waarin informatie wordt opgeslagen. Ze zijn gegroepeerd in 23 paren. Één van de twee elementen wordt geërfd van een ouder. "Tekst", die in "volumes" herhaaldelijk "opnieuw te lezen" duizenden generaties, die in een veel fouten en veranderingen (mutaties genoemd) brengt. En ze zijn allemaal geërfd door het nageslacht. Nu is er voldoende theoretische informatie om te beginnen om te gaan met het feit dat een genexpressie manifesteert. Dit feit is het belangrijkste onderwerp van dit artikel.

De theorie van operon

Het is gebaseerd op genetische studies, β-galactosidase inductie, die aan de hydrolytische splitsing van lactose. Het werd geformuleerd door Jacques Monod en Fransua Zhakobom. Deze theorie verklaart het mechanisme voor het regelen van de synthese van eiwitten in prokaryoten. Ook spelen een belangrijke rol en transcriptie. De theorie is dat de genen zijn eiwitten die functioneel nauw verwant aan metabolische processen, worden vaak gegroepeerd. Ze creëren structurele eenheden genaamd operons. Hun belang is dat alle genen die er deel van uitmaken, uitgedrukt in koor. Met andere woorden, kunnen ze worden overgeschreven, of geen van hen kan "lezen". In dergelijke gevallen is de operon actief of passief. genexpressie kunnen worden aangepast indien er een reeks afzonderlijke elementen.

Inductie van eiwitsynthese

Laten we ons voorstellen dat we een cel die in zijn groei als bron van gebruik van koolstof glucose. Als het wordt veranderd voor de disaccharide lactose, in een paar minuten je veilig kan zijn dat het is aangepast aan de omstandigheden die zijn veranderd. Dat er een verklaring: de cel kan beide bronnen van groei te werken, maar een van hen is meer geschikt. Daarom is er een "gezicht" naar een chemische verbinding verwerkbaar. Maar als deze verloren en vervangen door de weergegeven lactose, de verantwoordelijke RNA polymerase wordt geactiveerd en begint haar invloed op de productie van het gewenste eiwit. Het is meer een theorie, maar nu laten we praten over hoe de werkelijke genexpressie optreedt. Dit is erg spannend.

De organisatie van chromatine

Materiaal van deze paragraaf is een model van gedifferentieerde cellen van een meercellig organisme. De kernen chromatine gestapeld zodat slechts een kleine transcriptie van het genoom beschikbaar is (ongeveer 1%). Maar ondanks dit, dankzij de diversiteit en complexiteit van de processen die plaatsvinden in hen kunnen we hen te beïnvloeden cel. Op dit moment, voor de persoon die hij beschikbaar is om zo'n impact op de organisatie van chromatine:

1. Veranderen van het aantal structurele genen.
2. Efficiënt transcriberen de verschillende delen van de code.
3. Wederopbouw van de genen in de chromosomen.
4. Voeg modificaties en gesynthetiseerde polypeptideketens.

Echter efficiënte expressie van het doelgen bereikt door strikte naleving technologie. Het maakt niet uit wat voor werk wordt gedaan, zelfs als het experiment gaat op een klein virus. Het belangrijkste ding - is vast te houden aan de door de interventie opgestelde plan.

Het veranderen van het aantal genen

Hoe kan dit worden gerealiseerd? Laten we ons voorstellen dat we geïnteresseerd zijn in het effect op de genexpressie. Als een prototype namen we materiaal eukaryoten. Hij heeft een hoge plasticiteit, we kunnen dus de volgende wijzigingen:

1. Het aantal genen te verhogen. Het wordt gebruikt wanneer het nodig is dat het lichaam de synthese van een specifiek product toegenomen. In zo'n toestand geamplificeerd veel nuttige elementen van het menselijk genoom (bijvoorbeeld rRNA, tRNA, histonen, enzovoort). Dergelijke sites kunnen tandem binnen de chromosomen hebben, en zelfs verder gaan dan ze in de hoeveelheid 100,000-1.000.000 basenparen. Laten we eens kijken naar een praktische toepassing. Belang voor ons is de metallothioneïne-gen. Het eiwitproduct kunnen zware metalen binden zoals zink, cadmium, kwik en koper en respectievelijk het lichaam tegen te vergiftigen. De activering kan nuttig zijn voor mensen die in onveilige omstandigheden werken. Indien iemand er een verhoogde concentratie zware metalen eerder vermeld, het gen activatie gebeurt automatisch langzaam.
2. Verminder het aantal genen. Het wordt zelden gebruikte methode van regulering. Maar ook hier zijn er voorbeelden. Een van de meest bekende - het is de rode bloedcellen. Wanneer ze rijpen, stort de kern en de drager verliest zijn genoom. Een dergelijk proces van rijping en getest lymfocyten en plasmacellen verschillende klonen die werden gesynthetiseerd uitgescheiden vormen van immunoglobulinen.

genherrangschikking

Ook belangrijk is de mogelijkheid van verplaatsen en combineren van het materiaal waarmee het in staat is transcriptie en replicatie. Dit proces heet genetische recombinatie. Door welke mechanismen is het mogelijk? Laten we eens kijken naar het antwoord op deze vraag op het antilichaam voorbeeld. Ze zijn gemaakt door B-lymfocyten, die behoren tot een soort van een specifieke kloon. En in aanraking met het lichaam van het antigeen waaraan het antilichaam complementair is met de actieve plaats van aanhechting gebeurt met daarop volgende proliferatie van cellen. Hoe komt het dat het menselijk lichaam heeft het vermogen om een verscheidenheid van eiwitten te creëren? Dit wordt mogelijk gemaakt door recombinatie en somatische mutaties. Maar het kan een gevolg van de door de mens veroorzaakte veranderingen in de DNA-structuur zijn.

change RNA

Gene Expression - is het proces waarbij een belangrijke rol speelt ribonucleïnezuur. Als we kijken naar het mRNA is noodzakelijk om op te merken dat na de transcriptie primaire structuur kunnen variëren. De sequentie van nucleotiden in de genen van hetzelfde. Maar in verschillende weefsels mRNA kan substituties, inserties verschijnen, of gewoon verlies zal paren optreden. Als bijvoorbeeld de aard kan apoproteïne B, geproduceerd in de cellen van de dunne darm en de lever leidt. Wat is het bewerken van een verschil? De versie die door de darm, is 2152 aminozuren. Overwegende dat de inhoud lever versie beschikt over 4563 balances! En ondanks dit verschil, we hebben precies apoproteïne B.

Veranderingen in mRNA stabiliteit

We hebben bijna tot de conclusie gekomen dat het mogelijk was om te doen in eiwitten en polypeptiden. Maar laten we eerlijk zijn nog kijken hoe kan worden vastgesteld mRNA stabiliteit. Om dit te doen, in eerste instantie moet het de kern te verlaten en uit het cytoplasma. Dit wordt bereikt door de bestaande poriën. Een groot aantal mRNA wordt gesplitst door nucleasen. Degenen die dit lot te ontsnappen, organiseren complexen met eiwitten. Levensduur van eukaryote mRNA varieert over een breed bereik (tot enkele dagen). Als mRNA stabiliseren, vervolgens bij een vaste snelheid kan worden vastgesteld dat de toename van het aantal nieuw gevormde eiwitproduct. genexpressieniveau in dit geval niet verandert, maar, nog belangrijker, het lichaam werkt efficiënter. Met behulp van moleculaire biologische technieken, kan het eindproduct worden gecodeerd, die een aanzienlijke levensduur zal hebben. Dus bijvoorbeeld mogelijk om een β-globine functionerende tien uren te maken (dit is zeer veel voor).

proces snelheid

Die wordt beschouwd algemeen genexpressiesysteem. Nu blijft het alleen om de beschikbare informatie, de kennis van hoe snel de processen, evenals langlevende eiwitten aan te vullen. Laten we zeggen dat de controle van genexpressie houdt. Opgemerkt wordt dat het effect op de snelheid niet wordt beschouwd als de primaire wijze van regulering diversiteit en hoeveelheid eiwitproduct. Hoewel de verandering in om dit doel te bereiken wordt nog steeds gebruikt. Als voorbeeld wordt de synthese van een eiwitproduct in reticulocyten. Hematopoietische celdifferentiatie op het niveau ontnomen kern (en dus het DNA). De niveaus van genexpressie regelgeving in het algemeen worden ingebouwd, afhankelijk van een soort aansluitmogelijkheden actief beïnvloeden de lopende processen.

De duur van de

Wanneer een eiwit wordt gesynthetiseerd, de tijd waarin hij zal leven, hangt af van de protease. Er kan niet exact mogelijk worden genoemd, omdat in dit geval varieert van een paar uur tot een paar jaar. proteolyse snelheid varieert sterk, afhankelijk van wat de cel is. Enzymen die processen kunnen katalyseren de neiging om snel te "gebruikt." Vanwege dit, ze zijn ook gemaakt door het lichaam in grote hoeveelheden. Ook op het eiwit levensduur kan de fysiologische toestand van het lichaam beïnvloeden. Ook als het defecte product is gemaakt, zal het snel worden geëlimineerd het beveiligingssysteem. Zo kunnen we gerust zeggen dat het enige wat we kunnen zeggen - dit is de standaard levensduur verkregen in het laboratorium.

conclusie

Dit gebied is zeer veelbelovend. Zo kan bijvoorbeeld de expressie van vreemde genen helpen om erfelijke ziekten te genezen, en te elimineren negatieve mutatie. Ondanks de aanwezigheid van uitgebreide kennis over het onderwerp, kunnen we gerust zeggen dat de mensheid nog maar aan het begin. Genetische manipulatie pas onlangs geleerd om de benodigde onderdelen van nucleotiden toe te wijzen. 20 jaar geleden was er een van de grootste evenementen van deze wetenschap - is gemaakt Dolly het schaap. Nu wordt onderzoek uitgevoerd op menselijke embryo's. We kunnen met vertrouwen zeggen dat we op de drempel van de toekomst, waar er geen ziekten en fysiologische nood. Maar voordat we ons daar vinden, moet je heel goed zijn om te werken in het belang van de welvaart.