התבטאות גנים - מה זה? ההגדרה

מהו הביטוי של הגנים? מהו תפקידה? איך המנגנון של ביטוי גנים? מה הם הסיכויים שהוא פותח בפנינו? איך הוא בקרת גנים אאוקריוטים פרוקריוטים ו? הנה רשימה קצרה של שאלות שיידונו במאמר זה.

מידע כללי

ביטוי גנים - הוא העביר שם תהליך של מידע גנטי מה- DNA באמצעות RNA לחלבונים פוליפפטידים. בואו נעשינו הבנת חֵרָגוֹן קטנה. מה הם גנים? פולימרי DNA ליניארי זה המחוברים בשרשרת ארוכה. שימוש בחלבון הם יוצרים כרומוזום הכרומטין. אם אנחנו מדברים על אדם, אז יש לנו ארבעים ושש. הם ממוקמים על 50 000-10 000 גנים ו -3.1 מיליארד זוגות בסיסים. איך מונחים כאן? אורכו של הסעיפים שאליהם העבודה נעשית, מצוין אלפי ומיליוני נוקלאוטידים. כרומוזום אחד מכיל כ 2000-5000 גנים. In a במונחים שונים במקצת - כ -130 מיליון זוגות בסיסים. אבל זה רק הערכה גסה מאוד, וזה פחות או יותר נכון עבור רצפים גדולים. אם אתה עובד על פני מרחקים קצרים, היחס יופר. כמו כן בקומה זו יכולה להשפיע על הגוף, שעליו מתבצעת העבודה בחומר.

אודות גנים

יש להם אורך המגוונות ביותר. הנה, למשל, גלובין - הוא 1500 נוקלאוטידים. בדיסטרופין - ככל עבור 2 מיליון! גורמים רגולטוריים CIS שלהם עלולים להימחק מן הגן במרחק ניכר. לפיכך, בשנת גלובין הם במרחק של 50 ו 30 נוקלאוטידים tysyach 5'- ו 3'-הכיוון, בהתאמה. הנוכחות של ארגון כזה מסבך הגדרתנו משמעותית של הגבולות ביניהם. כמו כן, הגנים מכילים כמות משמעותית של vysokopovtoryayuschihsya רצפי אחריות תפקודית אשר לא הבנו עדיין.

כדי להבין את המבנה שלהם ניתן לשער כי 46 כרומוזומים הם כרכים נפרדים, שבו המידע מאוחסן. הם מקובצים 23 זוגות. אחד משני האלמנטים בירושה מהורה. "טקסט", אשר נמצא "כרכים" שוב ושוב "מחדש לקרוא" אלף דורות, אשר מביא הרבה טעויות ושינויים (מוטציות שנקראו). וכולם עוברים בירושה על ידי הצאצאים. עכשיו יש מספיק מידע תיאורטי להתחיל להתמודד עם העובדה ביטוי הגן מתבטא. למעשה זהו הנושא המרכזי של המאמר הזה.

התיאוריה של אופרון

היא מבוססת על מחקרים גנטיים, אינדוקציה β-galactosidase, אשר השתתפו מחשוף והידרוליזה של לקטוז. זה גובש על ידי ז'אק מונו ו Fransua Zhakobom. תיאוריה זו מסבירה את מנגנון השליטה בסינתזה של חלבונים ב פרוקריוטים. כמו כן יש תפקיד חשוב ותמלול. התאוריה היא כי הגנים הם חלבונים אשר מבחינות תפקודיות קשורים קשר הדוק לתהליכים מטבוליים, הם לעתים קרובות מקובצים יחד. הם יוצרים יחידות מבניות שנקראות operons. החשיבות שלהם היא שכל הגנים הם חלק ממנה, הביעו במקהלה. במילים אחרות, הם יכולים להיות עיבד, או אף אחד מהם יכול להיות "לקרוא". במקרים כאלה, אופרון הוא פעיל או סביל. רמת ביטוי גן ניתן לשנות רק אם יש קבוצה של אלמנטים בודדים.

אינדוקציה של סינתזת חלבון

בואו נדמיין שיש לנו תאים אשר בצמיחה שלה כמקור לגלוקוז שימוש פחמן. אם זה ישתנה עבור לקטוז סכרידיות, בעוד כמה דקות אתה יכול להיות בטוח כי יש לו הותאם לתנאים שהשתנו. כי קיים הסבר: התא יכול לפעול בשני מקורות צמיחה, אבל אחד מהם הוא יותר מתאים. לכן, קיים "מראה" אל fabricable תרכובת כימית. אבל אם זה הולך לאיבוד, ובמקומו לקטוז מופיע, RNA פולימראז האחראי מופעל ומתחיל להפעיל את השפעתה על הייצור של החלבון הרצוי. זה יותר תאוריה, אבל עכשיו בואו נדבר על איך את ביטוי הגנים בפועל מתרחש. זה מאוד מרגש.

ארגון הכרומטין

חומר פסק זו הוא מודל של תאים מובחנים של אורגניזם רב-תאי. הגרעינים הכרומטין מוערמים כך תעתיק קטן בלבד של הגנום זמין (כ 1%). אבל למרות זאת, הודות לתא המגוון והמורכבות של תהליכים המתרחשים בהם אנחנו יכולים להשפיע עליהם. כרגע, עבור האדם שהוא זמין השפעה כזו על ארגון הכרומטין:

1. שינוי מספר גנים מבניים.
2. ביעילות לתמלל את החלקים השונים של הקוד.
3. לבנות מחדש את הגנים בכרומוזומים.
4. הפוך שינויים ורשתות פוליפפטיד מסונתזים.

עם זאת, ביטוי יעיל של גן המטרה מושג באמצעות טכנולוגיה והקפדה. לא משנה מה העבודה נעשה, גם אם הניסוי נמשך וירוס קטן. העיקר - הוא להיצמד לתוכנית שגובשה על ידי התערבות.

שינוי מספר הגנים

איך ניתן ליישם זאת? הבה נדמיין שאנחנו מעוניינים ההשפעה על ביטוי גנים. כמו אב טיפוס לקחנו eukaryote חומר. הוא גמישות גבוהה, ולכן אנו יכולים לבצע את השינויים הבאים:

1. כדי להגדיל את מספר הגנים. הוא משמש במקרים בהם יש צורך כי הגוף גדל הסינתזה של מוצר ספציפי. במצב כזה הם מוגבר אלמנטים רבים שימושיים של הגנום האנושי (לדוגמא, rRNA, tRNA, היסטונים, וכן הלאה). אתרים מסוג זה יכול להיות בד בבד בתוך הכרומוזומים, ואפילו מעבר להם בסך של 100 אלף כדי 1 מיליון זוגות בסיס. בואו נסתכל על יישום מעשי. מעניין אותנו הוא גן metallothionein. מוצר החלבון שלה יכול להיקשר למתכות כבדות כמו אבץ, קדמיום, כספית נחושת, בהתאמה, כדי להגן על הגוף מפני הרעלה אותם. ההפעלה שלה יכולה להיות שימושית לאנשים שעובדים בתנאים לא בטוחים. אם אדם נמצא ריכוז מוגבר של מתכות כבדות כאמור, הפעלת הגן מתרחשת לאט אוטומטית.
2. צמצם את מספר הגנים. זה משמש לעתים רחוקות שיטת הרגולציה. אבל גם כאן יש דוגמאות. אחד המפורסם ביותר - הוא כדוריות הדם האדומה. כאשר הם מתבגרים, והליבה קרסה ואת המוביל מאבד את הגנום שלו. תהליך כזה של התבגרות לימפוציטים נבדק תאי פלזמה, שיבוטים שונים שהיו מסונתזים מופרשים צורות של אימונוגלובולינים.

סידור מחדש גן

חשוב גם היא את האפשרות של העברה ושילוב החומר שאיתו הוא מסוגל שעתוק ושכפול. תהליך זה נקרא שחלוף. לפי איזה מנגנונים זה אפשרי? הבה נבחן את התשובה לשאלה זו על דוגמה נוגדן. הם נוצרים על ידי לימפוציטים מסוג B, אשר שייכים איזשהו שיבוט ספציפי. וגם במקרה של מגע עם הגוף של אנטיגן שאליו הנוגדן הוא משלים עם האתר הפעיל של היקשרות קורה עם התפשטות עוקבת של תאים. למה זה כי הגוף האנושי יש את היכולת ליצור מגוון של חלבונים? זה מתאפשר על ידי רקומבינציה מוטציות סומטיות. אבל זה יכול להיות תוצאה של שינויים מעשה ידי אדם במבנה ה- DNA.

רנ"א שינוי

ביטוי גנים - הוא תהליך שבו ממלא חומצה ריבונוקלאית תפקיד משמעותי. אם ניקח בחשבון את ה- mRNA יש צורך לציין כי לאחר המבנה הראשוני תעתיק עשוי להשתנות. רצף של נוקלאוטידים הגנים של אותו. אבל ברקמות שונות mRNA עשוי להופיע החלפות, הוספות, או פשוט הפסד יתרחש זוגות. כדוגמא מן הטבע יכול להוביל apoprotein B, הנוצרים בתאים של המעי וכבד הקטנים. מהי עריכת הבדל? הגרסה המיוצר על ידי המעי, יש חומצות אמינו 2152. בעוד התוכן הכבד גרסה מתגאה 4563 יתרות! ולמרות ההבדל הזה, יש לנו בדיוק apoprotein B.

שינויים יציבים mRNA

אנחנו כמעט הגענו לכלל מסקנה כי ניתן היה לעשות חלבונים פוליפפטידים. אבל בואו נודה בזה עדיין נראה כיצד ניתן יציבות mRNA קבועה. כדי לעשות זאת, בתחילה זה חייב לעזוב את הגרעין ולצאת בציטופלסמה. מטרה זו מושגת דרך נקבוביות הקיים. מספר רב של mRNA הוא בקע ידי nucleases. אלה להימלט מהגורל הזה, לארגן מתחמים עם חלבונים. חיים של mRNA איקריוטיים משתנים על פני טווח רחב (עד כמה ימים). אם לייצב mRNA, אז בקצב קבוע ניתן לראות כי מספר גדל של שהוקמה זה עתה מוצר חלבון. רמת ביטוי גן במקרה זה לא משנה, אבל, וחשוב מכך, הגוף יפעל ביתר יעילות. באמצעות שימוש בטכניקות ביולוגיה מולקולריות, ניתן לקודד את המוצר הסופי, אשר תהיה לכל חיים משמעותיים. כך, למשל, ניתן ליצור β-גלובין מתפקד כעשר שעות (זה מאוד שהכל).

מהירות התהליך

זה נחשב במערכת ביטוי גנים בכלל. כעת נותר רק להשלים את המידע הזמין, הידע של כמה מהר את התהליכים, כמו גם חלבוני מאריכי ימים. נניח בקרה של ביטוי גנים תקיים. יצוין כי ההשפעה על קצב אינו נחשבת השיטה העיקרית של גיוון תקנה וכמות החלבון. למרות השינוי שלה על מנת להשיג מטרה זו הוא עדיין בשימוש. כדוגמא הסינתזה של מוצר חלבון רטיקולוציט. התמיינות תאים המטופואטיות ברמה המשוללת גרעין (ומכאן DNA). הרמות של ויסות ביטוי גנים בכלל בנויות בהתאם איזשהו אפשרויות חיבור להשפיע על התהליכים המתמשכים באופן פעיל.

משך

כאשר חלבון מסונתז, הזמן שבמהלכו הוא יחיה תלוי פרוטאז. יש לא תוכל להיקרא בדיוק ככל האפשר, כי במקרה זה נע בין כמה שעות לכמה שנים. מהירות proteolysis משתנה מאוד, תלוי מה תא זה. אנזימים שיכולים לזרז תהליכים נוטים מהר "משומשים". מסיבה זו, הם נוצרים גם על ידי הגוף בכמויות גדולות. כמו כן על החיים השלמים החלבון עלול להשפיע על המצב הפיזיולוגי של הגוף. כמו כן, אם המוצר הפגום נוצר, זה יהיה לחסל במהירות את מערכת ההגנה. לפיכך, אנו יכולים לומר בביטחון כי הדבר היחיד שאנחנו יכולים להגיד - זה לכל החיים תקן שהושגו במעבדה.

מסקנה

אזור זה הוא מאוד מבטיח. לדוגמא, הביטוי של גנים זרים יכול לעזור לרפא מחלות תורשתיות, ולחסל מוטציה שלילית. למרות נוכחותם של ידע נרחב בנושא, אנו יכולים לומר בביטחון האנושות כי הוא עדיין רק בתחילת מאוד. הנדסה גנטית רק לאחרונה נודע להקצות את החלקים הדרושים של נוקלאוטידים. לפני 20 שנים היה אחד האירועים הגדולים של המדע הזה - נוצרת הכבשה דולי. עכשיו, מחקר מתנהל על עוברי אדם. אנחנו יכולים לומר בביטחון כי אנו עומדים בפתחו של העתיד, שבו אין מחלות ומצוקה פיזיולוגית. אבל לפני שאנחנו מוצאים את עצמנו שם, אתה חייב להיות טוב מאוד לעבוד לטובת שגשוג.