Ekspresi gen - apa itu? definisi

Apa ekspresi gen? Apa perannya? Bagaimana mekanisme ekspresi gen? Bagaimana prospek membuka hadapan kita? Bagaimana regulasi ekspresi gen pada eukariota dan prokariota? Berikut adalah daftar singkat dari pertanyaan yang akan dibahas dalam artikel ini.

informasi umum

Ekspresi Gen - adalah transfer nama proses informasi genetik dari DNA melalui RNA dengan protein dan polipeptida. Mari kita membuat pemahaman penyimpangan kecil. Apa gen? Ini linear polimer DNA yang dihubungkan oleh rantai panjang. Penggunaan protein mereka membentuk kromatin kromosom. Jika kita berbicara tentang seseorang, maka kita memiliki empat puluh enam. Mereka terletak sekitar 50 000-10 000 gen dan 3,1 miliar pasangan basa. Bagaimana dipandu di sini? Panjang bagian yang pekerjaan yang sedang dilakukan, ditunjukkan dalam ribuan dan jutaan nukleotida. Satu kromosom mengandung sekitar 2000-5000 gen. Dalam hal agak berbeda - sekitar 130 juta pasangan basa. Tapi ini hanya perkiraan yang sangat kasar, yang lebih atau kurang benar untuk urutan besar. Jika Anda bekerja jarak pendek, rasio akan dilanggar. Juga di lantai ini dapat mempengaruhi tubuh, di mana pekerjaan dilakukan material.

Tentang gen

Mereka memiliki panjang paling beragam. Di sini, misalnya, globin - adalah 1500 nukleotida. Sebuah distrofin - sebanyak 2 juta! elemen regulasi cis mereka dapat dihapus dari gen untuk jarak yang cukup jauh. Dengan demikian, di globin mereka pada jarak 50 dan 30 nukleotida dalam tysyach 5'dan 3'-arah, masing-masing. Kehadiran organisasi tersebut secara signifikan mempersulit definisi kita tentang batas-batas antara mereka. Juga, gen mengandung sejumlah besar vysokopovtoryayuschihsya sekuens tanggung jawab fungsional yang belum kita mengerti.

Untuk memahami struktur mereka satu dapat membayangkan bahwa 46 kromosom adalah volume terpisah, di mana informasi disimpan. Mereka dikelompokkan ke dalam 23 pasang. Salah satu dari dua unsur diwariskan dari orangtua. "Teks," yang dalam "volume" berulang kali "membaca kembali" ribuan generasi, yang membawa banyak kesalahan dan perubahan (disebut mutasi). Dan mereka semua diwariskan oleh keturunannya. Sekarang ada cukup informasi teoritis untuk mulai menghadapi kenyataan bahwa ekspresi gen memanifestasikan. Fakta ini adalah topik utama dari artikel ini.

Teori operon

Hal ini didasarkan pada studi genetik, β-galaktosidase induksi, yang berpartisipasi dalam pembelahan hidrolitik laktosa. Hal itu dirumuskan oleh Jacques Monod dan Fransua Zhakobom. Teori ini menjelaskan mekanisme untuk mengendalikan sintesis protein di prokariota. Juga memainkan peran penting dan transkripsi. Teorinya adalah bahwa gen adalah protein yang secara fungsional berkaitan erat dengan proses metabolisme, sering dikelompokkan bersama-sama. Mereka membuat unit struktural yang disebut operon. pentingnya mereka adalah bahwa semua gen yang merupakan bagian dari itu, dinyatakan dalam serempak. Dengan kata lain, mereka dapat ditranskripsi, atau tidak satupun dari mereka dapat "dibaca". Dalam kasus tersebut, operon aktif atau pasif. Tingkat ekspresi gen dapat diubah hanya jika ada satu set unsur-unsur individu.

Induksi sintesis protein

Mari kita bayangkan bahwa kita memiliki sel yang dalam pertumbuhannya sebagai sumber penggunaan karbon glukosa. Jika berubah untuk laktosa disakarida, dalam beberapa menit Anda dapat aman yang telah disesuaikan dengan kondisi yang telah berubah. Bahwa ada penjelasan: sel dapat beroperasi baik sumber pertumbuhan, tetapi salah satu dari mereka lebih cocok. Oleh karena itu, ada "pemandangan" ke fabricable senyawa kimia. Tapi jika hilang dan digantikan oleh muncul laktosa, RNA polimerase bertanggung jawab diaktifkan dan mulai mengerahkan pengaruhnya terhadap produksi protein yang diinginkan. Ini lebih teori, tapi sekarang mari kita bicara tentang bagaimana ekspresi gen yang sebenarnya terjadi. Ini sangat menarik.

Organisasi kromatin

Bahan ayat ini adalah model sel dibedakan dari organisme multiseluler. Inti kromatin ditumpuk sehingga hanya transkripsi kecil dari genom tersedia (sekitar 1%). Tapi meskipun ini, berkat sel keragaman dan kompleksitas proses yang terjadi di dalamnya kita bisa mempengaruhi mereka. Pada saat ini, untuk orang itu tersedia untuk dampak pada organisasi kromatin:

1. Mengubah jumlah gen struktural.
2. Efisien menuliskan bagian yang berbeda dari kode.
3. Membangun kembali gen di kromosom.
4. Membuat modifikasi dan rantai polipeptida disintesis.

Namun, ekspresi efisien dari gen target yang dicapai melalui teknologi kepatuhan yang ketat. Tidak peduli apa pekerjaan yang sedang dilakukan, bahkan jika percobaan berlangsung virus kecil. Hal utama - adalah untuk tetap pada rencana yang disusun oleh intervensi.

Mengubah jumlah gen

Bagaimana hal ini dapat dilaksanakan? Mari kita bayangkan bahwa kita tertarik pada efek pada ekspresi gen. Sebagai prototipe kami mengambil eukariota material. Dia telah plastisitas tinggi, kita dapat karena itu membuat perubahan berikut:

1. Untuk meningkatkan jumlah gen. Hal ini digunakan dalam kasus-kasus di mana perlu bahwa tubuh telah meningkatkan sintesis produk tertentu. Dalam kondisi seperti ini diperkuat berbagai unsur bermanfaat dari genom manusia (misalnya, rRNA, tRNA, histon, dan sebagainya). situs tersebut dapat memiliki tandem dalam kromosom, dan bahkan melampaui mereka dalam jumlah 100.000-1.000.000 pasangan basa. Mari kita lihat aplikasi praktis. Menarik bagi kami adalah gen metallothionein. produk protein yang dapat mengikat logam berat seperti seng, kadmium, merkuri dan tembaga dan, masing-masing, untuk melindungi tubuh dari keracunan mereka. aktivasi dapat berguna untuk orang-orang yang bekerja dalam kondisi yang tidak aman. Jika seseorang ada peningkatan konsentrasi logam berat yang disebutkan sebelumnya, aktivasi gen terjadi secara perlahan otomatis.
2. Mengurangi jumlah gen. Hal ini jarang digunakan metode regulasi. Tapi di sini juga ada contoh. Salah satu yang paling terkenal - itu adalah sel-sel darah merah. Ketika mereka dewasa, inti runtuh dan operator kehilangan genom. Seperti proses pematangan dan limfosit diuji dan sel-sel plasma, berbagai klon yang disintesis disekresikan bentuk imunoglobulin.

penataan ulang gen

Juga penting adalah kemungkinan pindah dan menggabungkan bahan dengan yang mampu transkripsi dan replikasi. Proses ini disebut rekombinasi genetik. Dengan apa mekanisme itu mungkin? Mari kita mempertimbangkan jawaban atas pertanyaan ini pada contoh antibodi. Mereka diciptakan oleh-limfosit B, yang termasuk ke beberapa jenis klon tertentu. Dan dalam kasus kontak dengan tubuh antigen mana antibodi yang saling melengkapi dengan situs aktif dari attachment yang terjadi dengan proliferasi berikutnya sel. Mengapa tubuh manusia memiliki kemampuan untuk menciptakan berbagai protein? Hal ini dimungkinkan oleh rekombinasi dan mutasi somatik. Tapi itu bisa menjadi akibat dari perubahan buatan manusia dalam struktur DNA.

perubahan RNA

Ekspresi Gen - adalah proses yang memainkan asam ribonukleat peran penting. Jika kita mempertimbangkan mRNA perlu diperhatikan bahwa setelah struktur transkripsi primer dapat bervariasi. Urutan nukleotida dalam gen yang sama. Namun dalam jaringan yang berbeda mRNA mungkin muncul substitusi, insersi, atau hanya kehilangan akan terjadi pasangan. Sebagai contoh dari alam dapat menyebabkan apoprotein B, dihasilkan dalam sel-sel usus kecil dan hati. Apa yang mengedit perbedaan? Versi yang dihasilkan oleh usus, memiliki 2152 asam amino. Sedangkan kandungan hati versi membanggakan 4563 saldo! Dan terlepas dari perbedaan ini, kita memiliki tepat apoprotein B.

Perubahan stabilitas mRNA

Kami telah hampir sampai pada kesimpulan bahwa itu mungkin untuk dilakukan di protein dan polipeptida. Tapi mari kita hadapi itu belum melihat stabilitas mRNA bagaimana bisa diperbaiki. Untuk melakukan hal ini, awalnya harus meninggalkan inti dan keluar dari sitoplasma. Hal ini dicapai melalui pori-pori yang ada. Sejumlah besar mRNA dibelah oleh nucleases. Mereka yang menghindari nasib ini, mengatur kompleks dengan protein. Lifetime dari mRNA eukariotik bervariasi melalui berbagai (sampai beberapa hari). Jika menstabilkan mRNA, maka pada tingkat bunga tetap dapat diamati bahwa peningkatan jumlah baru terbentuk produk protein. gen tingkat ekspresi dalam hal ini tidak berubah, tetapi yang lebih penting, tubuh akan beroperasi dengan efisiensi yang lebih besar. Menggunakan teknik biologi molekuler, produk akhir dapat dikodekan, yang akan memiliki masa hidup yang signifikan. Jadi, misalnya, mungkin untuk membuat β-globin berfungsi sekitar sepuluh jam (ini sangat banyak untuk itu).

kecepatan proses

Yang dianggap dalam sistem ekspresi gen umum. Sekarang tetap hanya untuk melengkapi informasi yang tersedia, pengetahuan tentang seberapa cepat proses, serta protein berumur panjang. Mari kita mengatakan bahwa kontrol ekspresi gen akan mengadakan. Perlu dicatat bahwa efek pada tingkat tidak dianggap sebagai metode utama keanekaragaman regulasi dan kuantitas produk protein. Meskipun perubahan dalam rangka untuk mencapai tujuan ini masih digunakan. Sebagai contoh sintesis produk protein dalam retikulosit. diferensiasi sel hematopoietik pada tingkat kehilangan inti (dan karenanya DNA). Tingkat regulasi ekspresi gen pada umumnya dibangun tergantung pada beberapa jenis kemungkinan koneksi untuk secara aktif mempengaruhi proses yang sedang berlangsung.

Lamanya

Ketika protein disintesis, waktu di mana ia akan hidup tergantung pada protease tersebut. Ada tidak bisa disebut persis seperti yang mungkin, karena dalam kasus ini berkisar dari beberapa jam untuk beberapa tahun. kecepatan proteolisis bervariasi, tergantung pada apa sel itu. Enzim yang dapat mengkatalisis proses cenderung cepat "digunakan." Karena itu, mereka juga diciptakan oleh tubuh dalam jumlah besar. Juga pada masa protein dapat mempengaruhi keadaan fisiologis tubuh. Juga, jika produk yang cacat telah dibuat, maka akan cepat dieliminasi sistem pelindung. Dengan demikian, kami yakin dapat mengatakan bahwa satu-satunya hal yang kita bisa mengatakan - ini adalah seumur hidup standar yang diperoleh di laboratorium.

kesimpulan

daerah ini sangat menjanjikan. Sebagai contoh, ekspresi gen asing dapat membantu untuk menyembuhkan penyakit keturunan, dan menghilangkan mutasi negatif. Meskipun kehadiran pengetahuan yang luas tentang subjek, kami yakin dapat mengatakan bahwa manusia masih hanya di awal. Rekayasa genetika hanya baru-baru belajar untuk mengalokasikan bagian yang diperlukan dari nukleotida. 20 tahun yang lalu ada salah satu peristiwa terbesar dari ilmu ini - diciptakan domba Dolly. Sekarang, penelitian sedang dilakukan pada embrio manusia. Kita dapat mengatakan dengan keyakinan bahwa kita berada di ambang masa depan, di mana tidak ada penyakit dan kesusahan fisiologis. Tapi sebelum kita menemukan diri kita di sana, Anda harus sangat baik untuk bekerja untuk kepentingan kemakmuran.