Რას გულისხმობს გენების გამოხატვა? კონცეფციის განმარტება

რა არის გენური გამოხატულება? რა არის მისი როლი? როგორ მუშაობს გენური გამოხატვის მექანიზმი? რა არის პერსპექტივები? როგორ ხდება ეუკარიტეტებისა და პროკარიოტების გენეტიკური გამოხატვის რეგულირება? აქ არის მოკლე ჩამონათვალი, რომელიც განიხილება ამ მუხლის ფარგლებში.

ზოგადი ინფორმაცია

გენური გამოხატულება არის გენეტიკური ინფორმაციის დნმ-ის მეშვეობით რნმ-ს მეშვეობით პროტეინებისა და პოლიპეპტიდების გადაცემის პროცესი. მოდით შევქმნათ პატარა დეგენერაცია გაგება. რა არის გენები? ეს არის ხაზოვანი დნმ-ის პოლიმერები, რომლებიც დაკავშირებულია ხანგრძლივი ჯაჭვით. ქრომატინის პროტეინის დახმარებით ისინი ქმნიან ქრომოსომაებს. თუ ჩვენ ვსაუბრობთ კაცზე, მაშინ ჩვენ გვაქვს ორმოცდაექვსი. ისინი შეიცავს დაახლოებით 50 000-10 000 გენი და 3.1 მილიარდიანი წყვილი ნუკლეოტიდები. როგორ ხელმძღვანელობენ ისინი აქ? ობიექტების ხანგრძლივობა, რომელთანაც შესრულებულია სამუშაო, აღინიშნება ათასობით და მილიმეტრიანი ნუკლეოტიდები. ერთი ქრომოსომა შეიცავს დაახლოებით 2000-5000 გენას. გარკვეულწილად განსხვავებულ გამოხატულებაში - დაახლოებით 130 მილიონი წყვილი ნუკლეოტიდები. მაგრამ ეს მხოლოდ ძალიან უხეში შეფასებაა, რაც მეტ-ნაკლებად მნიშვნელოვანია სერიოზული თანმიმდევრობისთვის. თუ მოკლე ნაწილებში მუშაობ, მაშინ თანაფარდობა დაირღვევა. ეს ასევე შეიძლება გავლენა იქონიოს სხეულის სქესზე, იმ მასალაზე, რომლის სამუშაოც კეთდება.

გენების შესახებ

მათ აქვთ ყველაზე მრავალფეროვანი სიგრძე. მაგალითად, გლობინი არის 1500 ნუკლეოტიდი. დისტროფინი - უკვე 2 მილიონია! მათი მარეგულირებელი Cis- ელემენტები შეიძლება ამოღებულ იქნეს გენიდან მნიშვნელოვანი მანძილისთვის. ასე რომ, გლობინში ისინი შესაბამისად არიან 50 და 30 ათასი ნუკლეოტიდებიდან 5 და 3 მიმართულებით. ამგვარი ორგანიზაციის არსებობა ძალზე ძნელია იმისთვის, რომ მათ შორის საზღვრების განსაზღვრა. გარდა ამისა, გენი შეიცავს მნიშვნელოვან რაოდენობას განმეორებადი თანმიმდევრობით, რომელთა ფუნქციურ მოვალეობებს ჯერ კიდევ არ გვაძლევენ.

მათი სტრუქტურის გააზრებისას, წარმოიდგინეთ, რომ 46 ქრომოსომა ცალკე ტომია, რომელშიც არის ინფორმაცია. ისინი დაჯგუფებულია 23 წყვილი. ერთი ორი ელემენტი მემკვიდრეობით არის მშობელი. "ტექსტი", რომელიც "ტომი" იყო, არაერთხელ იყო "ხელახლა წაკითხული" ათასობით თაობის მიერ, რამაც მრავალი შეცდომა და ცვლილება მიიღო. და ისინი ყველა მემკვიდრეობით შთამომავლობა. ახლა არსებობს საკმარისი თეორიული ინფორმაცია იმისთვის, რომ გავიგოთ, რას გულისხმობს გენების გამოხატულება. ეს არის სტატიის მთავარი თემა.

ოპერატორის თეორია

იგი ეფუძნება β-galactosidase ინდუქციის გენეტიკურ კვლევებს, რომელიც ჩართული იყო ლაქტოზის ჰიდროლიზური დეგრადაციით. ჟაკ მონოდმა და ფრანსუა იაკობმა ჩამოაყალიბეს. ეს თეორია განმარტავს, რომ პროტეინების პროტეინების სინთეზზე კონტროლის მექანიზმია. ტრანსკრიპცია ასევე მნიშვნელოვანია. თეორია ამბობს, რომ ცილების გენები, რომლებიც მჭიდროდ არიან დაკავშირებული მეტაბოლურ პროცესებში, ხშირად დაჯგუფებულია. ისინი ქმნიან სტრუქტურულ ერთეულებს, რომლებსაც ე.წ. მათი მნიშვნელობა იმაში მდგომარეობს იმაში, რომ ყველა გენი, რომელიც მასში შედის, გამოხატულია კონცერტზე. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ისინი შეიძლება ჩაიწეროს, ან არცერთი მათგანი არ შეიძლება "წაკითხული". ასეთ შემთხვევებში ოპერაცია აქტიურ ან პასიურია. გენი გამოხატვის დონე შეიძლება შეიცვალოს მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ არსებობს ინდივიდუალური ელემენტების კომპლექტი.

პროტეინის სინთეზის ინდუქცია

წარმოიდგინეთ, რომ ჩვენ გვყავს საკანში, რომელიც იყენებს ნახშირბადის გლუკოზას მისი ზრდის წყაროდ. თუ ეს შეიცვლება ლაქტოზა disaccharide, მაშინ რამდენიმე წუთში შესაძლებელი იქნება დაფიქსირება, რომ იგი ადაპტირებული პირობები, რომლებიც შეიცვალა. არსებობს ასეთი განმარტება: უჯრედს შეუძლია ზრდის ორივე ზრდის წყაროებს, მაგრამ ერთი მათგანი უფრო შესაფერისია. აქედან გამომდინარე, არსებობს "მხედველობა" უფრო ადვილად დამუშავებული ქიმიური ნაერთი. მაგრამ თუ ეს ქრება და ლაქტოზას ჩანაცვლება ჩნდება, მაშინ პასუხისმგებელი RNA პოლიმერაზა გააქტიურებულია და იწყებს მისი გავლენის მოპოვებას საჭირო ცილის წარმოებისას. ეს უფრო თეორია და ახლა მოდით ვისაუბროთ იმაზე, თუ როგორ გამოიხატება გენი. ეს ძალიან საინტერესოა.

ქრომატინის ორგანიზება

ამ პუნქტში მოცემული მასალა წარმოადგენს მულტიკულური ორგანიზმის დიფერენცირებული უჯრედის მოდელი. ბირთვებში ქრომატინი ასახულია ისე, რომ გენომის მხოლოდ მცირე ნაწილი ხელმისაწვდომია ტრანსკრიპციისთვის (დაახლოებით 1%). მაგრამ, მიუხედავად ამისა, უჯრედების მრავალფეროვნებისა და მათში მიმდინარე პროცესების სირთულის გამო, ჩვენ შეგვიძლია გავლენა მოახდინოს მათზე. ამ ეტაპზე, ინდივიდუალური, ასეთი გავლენა ორგანიზაციის ქრომატინი ხელმისაწვდომია:

1. შეიცვალეთ სტრუქტურული გენების რაოდენობა.
2. კოდის სხვადასხვა ნაწილების ეფექტურად გადაწერა.
3. ქრომოსომებში გენების აღდგენა.
4. მოდიფიცირება და პოლიპეპტიდური ქსელების სინთეზირება.

მაგრამ სამიზნე გენის ეფექტიანი გამოხატვა მიღწეულია ტექნოლოგიის მკაცრი დაცვით. არ აქვს მნიშვნელობა, რა არის სამუშაო, მაშინაც კი, თუ ექსპერიმენტი ხდება პატარა ვირუსით. მთავარია, ჩარევის გეგმის შემუშავება.

ჩვენ შევცვლით გენების რიცხვს

როგორ შეიძლება ამის განხორციელება? წარმოიდგინეთ, რომ ჩვენ დაინტერესებული ვართ გენების გამოხატვის ზეგავლენით. როგორც პროტოტიპი, ჩვენ eukaryote მასალა. მას აქვს მაღალი პლასტიურობა, ამიტომ შეგვიძლია გავაკეთოთ შემდეგი ცვლილებები:

1. გენების რაოდენობის გაზრდა. გამოიყენება იმ შემთხვევებში, როდესაც აუცილებელია სხეულის ზრდის გარკვეული პროდუქტის სინთეზი. ასეთ გაძლიერებულ მდგომარეობაში ადამიანის გენომის ბევრი სასარგებლო ელემენტია (მაგალითად, rRNA, tRNA, ჰისტონები და ა.შ.). ასეთ საიტებზე შეიძლება ჰქონდეს ტანდემური მოწყობა ქრომოსომაში და მათ სცადეს 100 000-დან 1 მილიონამდე ნუკლეოტიდის თანხა. მოდით შევხედოთ პრაქტიკულ გამოყენებას. მეტალოთიომის გენი ჩვენთვის საინტერესოა. მისი პროტეინის პროდუქტი შეიძლება გამოიწვიოს მძიმე ლითონები, როგორიცაა თუთია, კადმიუმი, მერკური და სპილენძი და, შესაბამისად, დაიცვას სხეული მოწამვლის მათგან. მისი გააქტიურება შეიძლება სასარგებლო იყოს იმ ადამიანებისთვის, რომლებიც მუშაობენ სახიფათო პირობებში. თუ ადამიანს ადრე აღნიშნულ მძიმე ლითონების კონცენტრაცია აქვს, მაშინ გენის აქტივაცია ავტომატურად ხდება.
2. გენების რაოდენობის შემცირება. ეს არის რეგულაციის შედარებით იშვიათი მეთოდი. მაგრამ აქ შეგიძლიათ მისცეს მაგალითები. ერთ-ერთი ყველაზე ცნობილია სისხლის წითელი უჯრედები. როდესაც ისინი სექსუალურ, ბირთვი ჩამოინგრა და გადამზიდავი კარგავს თავის გენომს. ამავდროულად, ორივე ლიმფოციტების მიღება, ასევე სხვადასხვა კლონების პლაზმური უჯრედები, რომლებიც იმუნოგლობულინების საიდუმლო ფორმების სინთეზს ახდენენ.

გენი რეორგანიზაცია

მნიშვნელოვანია მასალის გადაადგილება და შერწყმის უნარი, რომელშიც ის იქნება ტრანსკრიფციის და რეპლიკაციის უნარი. ამ პროცესს გენეტიკური რეკორბინაცია ეწოდა. რა მექანიზმებია შესაძლებელი? განვიხილოთ ამ კითხვაზე პასუხი ანტისხეულების მაგალითზე. ისინი ქმნიან B- ლიმფოციტებით, რომლებიც მიეკუთვნებიან ზოგიერთ კონკრეტულ კლონს. ანტიგენის ორგანიზმში მიღების შემთხვევაში, ანტიოქსიდანტური აქტივობის მქონე ანტისხეულების არსებობის შემთხვევაში, მათი დანართი გაიზრდება უჯრედების პროლიფერაციით. რატომ აქვს ადამიანის სხეულს ასეთი სახის ცილების შექმნა? ეს შესაძლებლობა უზრუნველყოფს რეკომბინაციით და სომატური მუტაციით. მაგრამ ეს შეიძლება იყოს დნმ-ის სტრუქტურის ხელოვნურ ცვლილებების შედეგი.

ცვლილება RNA- ში

გენების გამოხატვა არის პროცესი, რომელშიც მნიშვნელოვანი როლი ითამაშა ribonucleic მჟავა. თუ მივხედავთ mRNA- ს, უნდა აღინიშნოს, რომ ტრანსკრიპციის შემდეგ, ძირითადი სტრუქტურა შეიძლება შეიცვალოს. ნუკლეოტიდების თანმიმდევრობა გენიში არის იგივე. მაგრამ mRNA- ს სხვადასხვა ქსოვილებში შეიძლება შეიცავდეს ჩანაცვლების, ინსექციების ან უბრალოდ წყვილებს. როგორც ნიმუში, აპოპროტეინი B, რომელიც წარმოებულია მცირე ნაწლავისა და ღვიძლის უჯრედებში, შეიძლება აღინიშნოს. რა განსხვავებაა რედაქტირებაში? ნაწლავის მიერ შექმნილი ვერსია 2152 ამინომჟავას გააჩნია. მაშინაც კი, ღვიძლის ვარიანტს აქვს 4563 ნარჩენები! და მიუხედავად ამ განსხვავებისა, ჩვენ გვყავს apoprotein B.

სტაბილურობა mRNA

ჩვენ თითქმის მიაღწია იმ წერტილს, სადაც შეგვეძლო ცილებისა და პოლიპეპტიდების მოგვარება. მაგრამ მოდით შევხედოთ ამ ადრე, როგორ სტაბილურობის mRNA შეიძლება დაფიქსირდა. ამისათვის, თავდაპირველად, უნდა დატოვოს ბირთვი და გაიყვანოს ციტოპლაზმა. ეს არის არსებული pores- ის გამო. დიდი რაოდენობის mRNAs იქნება cleaved მიერ nuclease. ისინი, ვინც თავიდან აცილება ამ ბედი, ორგანიზება კომპლექსები ცილებთან. ეუკარიოტული mRNA- ის სიცოცხლე მერყეობს ფართო სპექტრიდან (რამდენიმე დღის განმავლობაში). თუ mRNA სტაბილურია, მაშინ ფიქსირებული კურსით შესაძლებელი იქნება, რომ დაიცვას ახლად ჩამოყალიბებული ცილის პროდუქტის რაოდენობა. გენი გამოხატვის დონე არ შეიცვლება, მაგრამ, რაც მთავარია, სხეული უფრო ეფექტურად იმოქმედებს. მოლეკულური ბიოლოგიის მეთოდების დახმარებით, საბოლოო პროდუქტი შეიძლება იყოს კოდირებული, რომელსაც აქვს მნიშვნელოვანი სიცოცხლის ხანგრძლივობა. მაგალითად, მაგალითად, შესაძლებელია β-globin- ის შექმნა, რომელიც დაახლოებით ათი საათის განმავლობაში ფუნქციონირებს (მისთვის ძალიან ბევრია).

პროცესი სიჩქარე

ეს ზოგადად გენეტიკური გამოხატვის სისტემად ითვლება. ახლა ის რჩება მხოლოდ იმის ცოდნა, თუ რამდენად სწრაფად იმოქმედებს ინფორმაცია პროცესების შესახებ და რამდენი ხანია ცილა ცხოვრობს. მოდით ვთქვათ, რომ ჩვენ ვაკონტროლებთ გენების გამოხატვას. აღსანიშნავია, რომ სიჩქარის გავლენა არ განიხილება ძირითადი გზა, რათა დაარეგულიროს ცილის პროდუქტის მრავალფეროვნება და რაოდენობა. მიუხედავად იმისა, რომ მისი მიზანი ამ მიზნის მისაღწევად მაინც გამოიყენება. მაგალითად არის ცილის პროდუქტის რეტიკულოციტების სინთეზი. დიფერენცირების დონის ჰემატოიეტური უჯრედები არ არიან ბირთვი (და შესაბამისად დნმ). გენეტიკური გამოხატვის რეგულირების დონე ზოგადად ეფუძნება ზოგიერთი ნაერთის შესაძლებლობას აქტიურად აისახოს პროცესების მიმდინარეობაზე.

არსებობის ხანგრძლივობა

როდესაც ცილა სინთეზირებულია, დრო, რომლის დროსაც იგი იცხოვრებს პროტეაზებზე. აქ ზუსტად არ შეგიძლიათ დაასახელოთ დრო, რადგან სპექტრი ამ შემთხვევაში რამდენიმე საათიდან რამდენიმე წელია. ცილის დაზიანების სიჩქარე ფართოდ განსხვავდება, რაც დამოკიდებულია იმაზე, თუ რომელი საკანში არის ფერმენტებს, რომლებსაც შეუძლიათ გადამუშავების პროცესი, სწრაფად გამოიყენონ "გამოყენებული". ამის გამო, მათ ასევე ქმნიან სხეულის დიდი რაოდენობით. გარდა ამისა, ორგანიზმის ფიზიოლოგიურ მდგომარეობაზე გავლენას ახდენს ცილის ცხოვრება. გარდა ამისა, თუ დეფექტური პროდუქტი შეიქმნა, იგი სწრაფად აღმოფხვრის დამცავი სისტემით. ამდენად, ჩვენ შეგვიძლია დარწმუნებით ვთქვათ, რომ ერთადერთი, რაც ჩვენ შეგვიძლია ვიმსჯელოთ, არის ლაბორატორიის მიერ მიღებული სტანდარტული სიცოცხლე.

დასკვნა

ეს მიმართულება ძალიან პერსპექტიულია. მაგალითად, უცხოური გენების გამოხატულება შეუძლია დაეხმაროს მემკვიდრეობითი დაავადებების განკურნებას და ასევე უარყოფით მუტაციებს. მიუხედავად ამ თემის შესახებ ფართო ცოდნის არსებობისა, შეგვიძლია დარწმუნებით ვთქვათ, რომ კაცობრიობა მხოლოდ გზაზეა. გენეტიკური ინჟინერია ცოტა ხნის წინ შეიტყო, რომ საჭიროა ნუკლეოტიდის საჭიროებების იზოლირება. 20 წლის წინ, ამ მეცნიერების ერთ-ერთი ყველაზე დიდი მოვლენა მოხდა - დოლი ცხვარი შეიქმნა. ახლა ჩვენ ვატარებთ კვლევას ადამიანის ემბრიონებთან. შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ჩვენ უკვე ვართ მომავლის ბარიერი, სადაც არ არსებობს დაავადებები და ფიზიოლოგიური ტანჯვა. მაგრამ სანამ იქ მივიღებთ, საჭირო იქნება კარგად იმუშაოს კეთილდღეობაზე.