Biểu hiện của gen là gì? Định nghĩa khái niệm

Biểu hiện gen là gì? Vai trò của nó là gì? Cơ chế hoạt động của gen hoạt động như thế nào? Triển vọng của nó là gì? Làm thế nào để quy chế biểu hiện gen trong sinh vật nhân chuẩn và sinh vật nhân sơ xảy ra? Đây là một danh sách ngắn các vấn đề sẽ được xem xét trong khuôn khổ của bài báo này.

Thông tin chung

Biểu hiện gen là tên của quá trình truyền thông tin di truyền từ DNA qua RNA đến các protein và polypeptit. Hãy làm một chút digression cho sự hiểu biết. Gen là gì? Đây là các polyme DNA tuyến tính được kết nối trong một chuỗi dài. Với sự trợ giúp của protein chromatin, chúng tạo thành các nhiễm sắc thể. Nếu chúng ta nói về một người đàn ông, thì chúng ta có bốn mươi sáu người trong số họ. Họ chứa khoảng 50 000-10 000 gen và 3,1 tỷ cặp nucleotide. Họ được hướng dẫn ở đây như thế nào? Chiều dài của các trang web với công việc được thực hiện được chỉ định bằng hàng nghìn và hàng triệu nucleotide. Một nhiễm sắc thể chứa khoảng 2000-5000 gen. Trong một biểu hiện khác - khoảng 130 triệu cặp nucleotide. Nhưng đây chỉ là một ước tính rất thô sơ, ít nhiều đúng đối với các trình tự quan trọng. Nếu bạn làm việc trong phần ngắn, thì tỷ lệ này sẽ bị vi phạm. Điều này cũng có thể bị ảnh hưởng bởi giới tính của cơ thể, qua vật liệu mà công việc đang được thực hiện.

Giới thiệu về gen

Họ có chiều dài đa dạng nhất. Ví dụ globin là 1500 nucleotide. Một dystrophin - đã lên đến 2 triệu! Các yếu tố cis điều tiết của chúng có thể được loại bỏ khỏi gen trong một khoảng cách đáng kể. Vì vậy, trong globin chúng tương ứng khoảng 50 và 30 nghìn nucleotide theo hướng 5 'và 3'. Sự tồn tại của một tổ chức như vậy làm cho chúng ta rất khó khăn để xác định ranh giới giữa chúng. Ngoài ra, các gen chứa một số lượng đáng kể các trình tự lặp đi lặp lại rất cao, nhiệm vụ chức năng của chúng vẫn chưa rõ ràng đối với chúng ta.

Để hiểu được cấu trúc của chúng, người ta có thể tưởng tượng rằng 46 nhiễm sắc thể là các thể tích riêng biệt trong đó có thông tin. Chúng được nhóm thành 23 cặp. Một trong hai yếu tố được kế thừa từ cha mẹ. "Văn bản", nằm trong "khối lượng", đã được hàng ngàn thế hệ lặp lại "đọc lại", đưa ra nhiều sai sót và thay đổi (gọi là đột biến) vào đó. Và tất cả đều được di truyền bởi hậu thế. Bây giờ có đủ thông tin lý thuyết để bắt đầu hiểu được biểu hiện của gen là gì. Đây là chủ đề chính của bài báo này.

Lý thuyết Operon

Nó dựa trên các nghiên cứu di truyền của sự khởi phát của β-galactosidase, nó liên quan đến sự suy thoái của thủy phân lactose. Nó được soạn thảo bởi Jacques Monod và Francois Jacob. Lý thuyết này giải thích cơ chế kiểm soát sự tổng hợp các prôtêin trong prokaryote. Việc chuyển mã cũng rất quan trọng. Giả thuyết này nói rằng các gen của protein có chức năng liên quan chặt chẽ trong quá trình trao đổi chất thường được nhóm lại với nhau. Họ tạo ra các đơn vị cấu trúc gọi là operon. Tầm quan trọng của chúng nằm ở thực tế là tất cả các gen tham gia vào nó được thể hiện trong buổi hòa nhạc. Nói cách khác, tất cả đều có thể được phiên mã, hoặc không ai trong số họ có thể được "đọc". Trong những trường hợp như vậy, operon được coi là hoạt động hoặc thụ động. Mức độ biểu hiện gen có thể thay đổi chỉ khi có một bộ các yếu tố cá nhân.

Kích thích sự tổng hợp protein

Hãy tưởng tượng rằng chúng ta có một tế bào sử dụng glucose carbon làm nguồn phát triển của nó. Nếu nó được thay đổi cho lactose disaccharide, sau đó trong một vài phút nó sẽ có thể sửa chữa mà nó đã thích nghi với các điều kiện đã được thay đổi. Có một lời giải thích như vậy: tế bào có thể làm việc cả hai nguồn tăng trưởng, nhưng một trong số chúng là phù hợp hơn. Do đó, có một "tầm nhìn" đối với một hợp chất hóa học được xử lý dễ dàng hơn. Nhưng nếu nó biến mất và lactose dường như thay thế, thì rNA polymerase có trách nhiệm được kích hoạt và bắt đầu ảnh hưởng đến việc tạo ra protein cần thiết. Đây là lý thuyết nhiều hơn, và bây giờ chúng ta hãy nói về cách gen thực sự được thể hiện. Điều này rất thú vị.

Tổ chức nhiễm sắc thể

Vật liệu từ đoạn này là mô hình của một tế bào phân biệt của một sinh vật đa bào. Trong nhân, chromatin được trình bày theo cách sao cho chỉ một phần nhỏ của bộ gen có sẵn để phiên mã (khoảng 1%). Tuy nhiên, mặc dù điều này, do sự đa dạng của tế bào và sự phức tạp của các quá trình xảy ra trong chúng, chúng ta có thể ảnh hưởng đến chúng. Hiện tại, đối với một cá nhân, có một ảnh hưởng như vậy đối với việc tổ chức chromatin:

1. Thay đổi số lượng các gen cấu trúc.
2. Hiệu chỉnh các phần khác nhau của mã.
3. Xây dựng lại các gen trong nhiễm sắc thể.
4. Thực hiện sửa đổi và tổng hợp chuỗi polypeptide.

Nhưng sự biểu hiện hiệu quả của gen mục tiêu đã đạt được do sự tuân thủ nghiêm ngặt của công nghệ. Nó không quan trọng đến công việc là gì, ngay cả khi thí nghiệm đang xảy ra một loại vi-rút nhỏ. Điều chính là làm theo kế hoạch can thiệp.

Chúng tôi thay đổi số lượng gen

Làm thế nào điều này có thể được thực hiện? Hãy tưởng tượng rằng chúng tôi quan tâm đến ảnh hưởng của sự biểu hiện gen. Là một nguyên mẫu, chúng tôi đã lấy vật liệu eukaryote. Nó có độ dẻo cao, vì vậy chúng ta có thể thực hiện những thay đổi sau:

1. Tăng số lượng gen. Được sử dụng trong trường hợp cần thiết cơ thể làm tăng sự tổng hợp của một sản phẩm nhất định. Ở trạng thái khuếch đại như vậy, có rất nhiều yếu tố hữu ích của bộ gen của con người (ví dụ, rRNA, tRNA, histones, v.v.). Các vị trí như vậy có thể có sự sắp xếp song song trong nhiễm sắc thể và thậm chí vượt qua chúng với số lượng từ 100.000 đến 1 triệu cặp nucleotide. Hãy nhìn vào ứng dụng thực tế. Gen metallothionein là mối quan tâm đối với chúng ta. Sản phẩm protein của nó có thể liên kết các kim loại nặng như kẽm, cadmium, thủy ngân và đồng, và do đó, bảo vệ cơ thể khỏi bị ngộ độc. Kích hoạt nó có thể hữu ích cho những người làm việc trong điều kiện không an toàn. Nếu một người có nồng độ tăng lên của các kim loại nặng đã đề cập ở trên, thì sự hoạt hóa của gen diễn ra tự động dần dần.
2. Giảm số lượng gen. Đây là một phương pháp điều chỉnh tương đối không thường xuyên. Nhưng ở đây bạn có thể đưa ra ví dụ. Một trong những nổi tiếng nhất là các tế bào hồng cầu. Khi trưởng thành, hạt nhân sụp đổ và người vận chuyển mất bộ gen của nó. Tương tự trong quá trình trưởng thành, truyền cả lymphocytes, và cả tế bào plasma của các dòng vô tính khác nhau để tổng hợp các dạng globulin miễn dịch tiết ra.

Sắp xếp lại gien

Quan trọng là khả năng di chuyển và kết hợp vật liệu, trong đó nó có khả năng sao chép và sao chép. Quá trình này được gọi là tái hợp di truyền. Bằng những cơ chế nào là nó có thể? Hãy xem xét câu trả lời cho câu hỏi này với ví dụ về kháng thể. Chúng được tạo ra bởi các lympho bào B thuộc một số dòng vô tính. Và trong trường hợp xâm nhập vào cơ thể của một kháng nguyên, trên đó có một kháng thể với một trung tâm hoạt động bổ sung, sự gắn kết của chúng sẽ xảy ra với sự tăng sinh tế bào tiếp theo. Tại sao cơ thể con người có khả năng tạo ra một loạt các protein như vậy? Khả năng này được cung cấp bởi sự tái kết hợp và các đột biến soma. Nhưng điều này có thể là hậu quả của những thay đổi nhân tạo trong cấu trúc DNA.

Thay đổi RNA

Biểu hiện của gen là một quá trình, trong đó một vai trò quan trọng được chơi bằng axit ribonucleic. Nếu chúng ta xem xét mRNA, cần lưu ý rằng sau khi phiên mã, cấu trúc chính có thể thay đổi. Trình tự nucleotides trong các gen là như nhau. Nhưng trong các mô khác nhau của mRNA, thay thế, chèn, hoặc đơn giản là cặp vợ chồng có thể xuất hiện. Ví dụ từ thiên nhiên, có thể trích dẫn apoprotein B, sản sinh trong tế bào của ruột non và gan. Sự khác biệt trong chỉnh sửa là gì? Phiên bản được tạo ra bởi ruột có 2152 axit amin. Trong khi các biến thể gan tự hào 4563 dư lượng! Và bất chấp sự khác biệt này, chúng ta có apoprotein B.

Sự ổn định của mRNA

Gần như chúng ta đã đạt đến điểm mà chúng ta có thể giải quyết các protein và polypeptide. Nhưng chúng ta hãy nhìn vào điều này trước đây, làm thế nào ổn định của mRNA có thể được cố định. Đối với điều này, ban đầu, nó phải rời khỏi nhân và thoát khỏi tế bào chất. Điều này là do các lỗ chân lông hiện có. Một số lượng lớn các mRNA sẽ bị cắt bởi nuclease. Những người tránh số phận này, tổ chức các phức hợp với protein. Thời gian tồn tại của mRNA eukaryotic dao động trong một phạm vi rộng (lên đến vài ngày). Nếu mRNA được ổn định, sau đó với tốc độ cố định, sẽ có thể thấy rằng lượng sản phẩm protein mới hình thành tăng lên. Mức độ biểu hiện gen sẽ không thay đổi, nhưng, quan trọng hơn, cơ thể sẽ hoạt động hiệu quả hơn. Với sự trợ giúp của các phương pháp sinh học phân tử, sản phẩm cuối cùng có thể được mã hoá, sẽ có tuổi thọ đáng kể. Vì vậy, ví dụ, có thể tạo β-globin, có chức năng trong khoảng mười giờ (đối với anh ta là rất nhiều).

Tốc độ xử lý

Điều đó được xem xét nói chung là hệ thống biểu hiện gen. Bây giờ nó chỉ là để bổ sung kiến thức hiện có với thông tin về quá trình nhanh chóng xảy ra như thế nào, và bao lâu các protein sống. Hãy chỉ nói chúng ta sẽ kiểm soát sự biểu hiện của gen. Cần lưu ý rằng ảnh hưởng đến tốc độ không được coi là cách chính để điều chỉnh sự đa dạng và số lượng của sản phẩm protein. Mặc dù sự thay đổi để đạt được mục tiêu này vẫn được sử dụng. Một ví dụ là sự tổng hợp của một sản phẩm protein trong tế bào reticulocytes. Các tế bào bạch cầu ở mức độ phân biệt không có hạt nhân (và do đó DNA). Mức độ điều tiết sự biểu hiện gen nói chung dựa trên khả năng của một số hợp chất để tích cực ảnh hưởng đến các quá trình đang được thực hiện.

Thời hạn tồn tại

Khi protein được tổng hợp, thời gian mà nó sẽ sống phụ thuộc vào proteazy. Ở đây bạn không thể đặt tên chính xác thời gian vì phạm vi trong trường hợp này là từ vài giờ đến vài năm. Tốc độ phân hủy protein thay đổi rất nhiều, phụ thuộc vào tế bào đó là gì. Enzyme có thể xúc tác các quá trình có khuynh hướng được sử dụng nhanh chóng. Do đó, chúng cũng được tạo ra bởi cơ thể với số lượng lớn. Ngoài ra, trạng thái sinh lý của cơ thể có thể ảnh hưởng đến cuộc sống của protein. Ngoài ra, nếu một sản phẩm bị lỗi đã được tạo ra, nó sẽ nhanh chóng bị loại bỏ bởi một hệ thống bảo vệ. Như vậy, chúng ta có thể tự tin nói rằng điều duy nhất chúng ta có thể đánh giá được là tuổi thọ chuẩn thu được trong phòng thí nghiệm.

Kết luận

Hướng này rất hứa hẹn. Ví dụ, sự biểu hiện của gien nước ngoài có thể giúp chữa bệnh di truyền và cũng loại trừ các đột biến tiêu cực. Mặc dù có nhiều kiến thức sâu rộng về chủ đề này, chúng tôi có thể tự tin nói rằng nhân loại chỉ mới ở giai đoạn đầu của con đường. Kỹ thuật di truyền học gần đây đã chỉ cách cô lập các vị trí nucleotide cần thiết. 20 năm trước, một trong những sự kiện lớn nhất của khoa học này xảy ra - Dolly con cừu được tạo ra. Bây giờ chúng tôi đang tiến hành nghiên cứu với phôi người. Chúng ta có thể nói với sự tự tin rằng chúng ta đang ở trên ngưỡng cửa của tương lai, nơi không có bệnh tật và đau khổ về sinh lý. Nhưng trước khi chúng tôi đến đó, nó sẽ cần thiết để làm việc rất tốt cho sự thịnh vượng.