التعبير عن الجينات ما هو؟ تعريف المفهوم

ما هو التعبير الجيني؟ ما هو دورها؟ كيف تعمل آلية التعبير الجيني؟ ما هي احتمالات وجوده أمامنا؟ كيف يحدث تنظيم تعبير الجين في حقيقيات النوى ودلالات النواة؟ فيما يلي قائمة قصيرة من المشكلات التي سيتم تناولها في هذه المقالة.

معلومات عامة

التعبير الجيني هو اسم عملية النقلالمعلومات الوراثية من الحمض النووي من خلال الحمض النووي الريبي إلى البروتينات والببتيدات. دعونا نجعل القليل من الاستطراد من أجل الفهم. ما هي الجينات؟ هذه هي بوليمرات دنا خطية متصلة في سلسلة طويلة. بمساعدة بروتين الكروماتين ، فإنها تشكل كروموسومات. إذا تحدثنا عن رجل ، فعندئذ لدينا ستة وأربعون منهم. وهي تحتوي على حوالي 50 000-10000 من الجينات و 3.1 مليار زوج من النيوكليوتيدات. كيف توجه نفسك هنا؟ يشار إلى طول المواقع التي يتم تنفيذ العمل في الآلاف والملايين من النيوكليوتيدات. كروموسوم واحد يحتوي على حوالي 2000-5000 الجينات. في تعبير مختلف نوعا ما - حوالي 130 مليون زوج من النيوكليوتيدات. ولكن هذا مجرد تقدير تقريبي ، وهو صحيح أكثر أو أقل بالنسبة للتسلسلات المهمة. إذا كنت تعمل في مناطق قصيرة ، فسيتم انتهاك هذه النسبة. أيضا ، يمكن أن يتأثر هذا بجنس الجسم ، على المادة التي يجري العمل.

حول الجينات

لديهم طول الأكثر تنوعا. على سبيل المثال ، غلوبين هو 1500 النيوكليوتيدات. و dystrophin - بالفعل بقدر 2 مليون! يمكن إزالة عناصرها التنظيمية من الجين لمسافة كبيرة. لذلك ، في الغلوبين هم على مسافة 50 و 30 ألف النيوكليوتيدات في 5 "- و 3" - اتجاه ، على التوالي. إن وجود مثل هذه المنظمة يجعل من الصعب جدًا علينا تحديد الحدود بينهما. أيضا ، تحتوي الجينات على عدد كبير من التتابعات المتكررة للغاية ، والواجبات الوظيفية لم تتضح بعد بالنسبة لنا.

لفهم هيكلهم ، يمكن للمرء أن يتخيل ذلك46 الكروموسومات هي مجلدات منفصلة، ​​حيث يتم تخزين المعلومات. يتم تجميعها في 23 زوجا. يورث أحد العنصرين من أحد الوالدين. "نص"، وهو في "مجلدات" مرارا وتكرارا "قراءة إعادة" آلاف الأجيال، الذي يجمع في الكثير من الأخطاء والتغييرات (وتسمى الطفرات). وهم ورثت كل من النسل. الآن هناك معلومات نظرية كافية للبدء في التعامل مع حقيقة أن التعبير الجيني يظهر. هذه الحقيقة هي الموضوع الرئيسي لهذه المادة.

نظرية الأوبرا

مبنية على البحوث الجينيةتحريض β-galactosidase ، الذي كان متورطا في تدهور hydrolytic من اللاكتوز. صاغه جاك مونود وفرانسوا جاكوب. تشرح هذه النظرية آلية التحكم في تخليق البروتينات في بدائيات النوى. النسخ أيضا يلعب دورا هاما. تنص النظرية على أن جينات البروتين التي تكون مرتبطة بشدة وظيفيًا في عمليات التمثيل الغذائي غالبًا ما يتم تجميعها معًا. يقومون بإنشاء وحدات هيكلية تسمى الأوبونات. تكمن أهميتها في حقيقة أن جميع الجينات التي تدخلها يتم التعبير عنها في الحفلة الموسيقية. بعبارة أخرى ، يمكن نسخها كلها ، أو لا يمكن "قراءة" أي منها. في مثل هذه الحالات ، يعتبر operon نشطًا أو سلبيًا. لا يمكن أن يتغير مستوى التعبير الجيني إلا إذا كانت هناك مجموعة من العناصر الفردية.

تحريض تخليق البروتين

دعونا نتخيل أن لدينا قفصًا ،الذي يستخدم غلوكوز الكربون كمصدر لنموه. إذا تم تغييره من أجل ديساكهارايد اللاكتوز ، فإنه في غضون بضع دقائق سيكون من الممكن إصلاح أنه قد تم تكييفه مع الظروف التي تم تغييرها. هناك مثل هذا التفسير: يمكن للخلية أن تعمل على حد سواء من مصادر النمو ، ولكن واحدة منها أكثر ملاءمة. لذلك ، هناك "رؤية" لمركب كيميائي أكثر سهولة في المعالجة. ولكن إذا اختفى ، ويبدو أن اللاكتوز يحل محلها ، فعندئذ يتم تنشيط بوليميراز الحمض النووي الريبي المسؤول ويبدأ في ممارسة تأثيره على إنتاج البروتين الضروري. هذه نظرية أكثر ، والآن دعونا نتحدث عن كيفية التعبير الجيني بالفعل. هذا مثير للغاية.

تنظيم الكروماتين

المادة في هذه الفقرة هينموذج لخلية متمايزة لكائن متعدد الخلايا. في النوى ، يتم وضع لونين بحيث لا يتوفر سوى جزء صغير من الجينوم للنسخ (حوالي 1٪). ولكن ، على الرغم من هذا ، بسبب تنوع الخلايا وتعقيد العمليات الجارية ، يمكننا التأثير عليهم. في الوقت الحالي لشخص متاح مثل هذا التأثير على تنظيم لونين:

1. تغيير عدد الجينات الهيكلية.
2. قم بنسخ أجزاء مختلفة من الكود بشكل فعال.
3. إعادة بناء الجينات في الكروموسومات.
4. إجراء تعديلات وتوليف سلاسل polypeptide.

لكن التعبير الفعال عن الجين المستهدف يتحققنتيجة الامتثال الصارم للتكنولوجيا. لا يهم ما هو العمل ، حتى لو كانت التجربة مستمرة على فيروس صغير. الشيء الرئيسي هو التمسك بالخطة المعدة للتدخل.

نغير عدد الجينات

كيف يمكن تحقيق ذلك؟ تخيل أننا مهتمون بالتأثير على تعبير الجينات. كنموذج أولي ، أخذنا مادة حقيقيات النواة. لديه مرونة عالية ، لذلك يمكننا إجراء التغييرات التالية:

1. زيادة عدد الجينات. يستخدم في الحالات التي يكون فيها من الضروري أن يزيد الجسم من تركيب منتج معين. في مثل هذه الحالة المضخمة ، هناك العديد من العناصر المفيدة في الجينوم البشري (على سبيل المثال ، rRNA ، الحمض الريبي النووي النقال ، histones ، الخ). يمكن لمثل هذه المواقع أن يكون لها ترتيب ترادفي داخل الكروموسوم ، بل وتذهب أبعد منها بمقدار 100 ألف إلى مليون زوج من النيوكليوتيدات. دعونا ننظر في التطبيق العملي. إن جين metallothionein محل اهتمامنا. يمكن لمنتج البروتين أن يربط المعادن الثقيلة مثل الزنك والكادميوم والزئبق والنحاس ، وبالتالي حماية الجسم من تسميمه. يمكن أن يكون تنشيطه مفيدًا للأشخاص الذين يعملون في ظروف غير آمنة. إذا كان لدى الشخص تركيزًا متزايدًا للمعادن الثقيلة المذكورة سابقًا ، فإن تنشيط الجين يحدث تلقائيًا بشكل تلقائي.
2. تقليل عدد الجينات. هذا هو طريقة غير منتظمة نسبيا من التنظيم. ولكن هنا يمكنك إعطاء أمثلة. واحدة من الاكثر شهرة هي خلايا الدم الحمراء. عندما تنضج ، تنهار النواة ويفقد الناقل جينومه. هذه عملية نضوج الخلايا الليمفاوية واختبارها وخلايا البلازما، ومختلف الحيوانات المستنسخة التي تم توليفها يفرز أشكال المناعية.

إعادة ترتيب الجينات

المهم هو القدرة على التحرك وتوليف المواد ، والتي سيكون قادرا على النسخ والتكرار. هذه العملية تسمى إعادة التركيب الجيني. بأي آليات ممكن؟ دعونا ننظر في الإجابة على هذا السؤال مع مثال الأجسام المضادة. يتم إنشاؤها بواسطة الخلايا اللمفية B التي تنتمي إلى بعض استنساخ معين. وفي حالة الدخول إلى جسم المستضد ، الذي يوجد جسم مضاد له مع مركز نشط مكمل ، سيحدث ارتباطه مع تكاثر الخلايا اللاحق. لماذا يمتلك جسم الإنسان القدرة على إنشاء مجموعة متنوعة من البروتينات؟ يتم توفير هذا الاحتمال من خلال إعادة التركيب والطفرات الجسدية. ولكن قد يكون هذا بسبب التغيرات الاصطناعية في بنية الحمض النووي.

التغيير في الحمض النووي الريبي

التعبير عن الجينات هو عملية فيهادور كبير يلعبه حمض الريبونوكلييك. إذا نظرنا إلى mRNA ، تجدر الإشارة إلى أنه بعد النسخ ، قد يتغير الهيكل الأساسي. تسلسل النيوكليوتيدات في الجينات هو نفسه. ولكن في الأنسجة المختلفة من الرنا المرسال ، قد تظهر بدائل أو إضافات أو مجرد أزواج. وكمثال على الطبيعة ، يمكن الاستشهاد بالبروتين B الذي يتم إنتاجه في خلايا الأمعاء الدقيقة والكبد. ما هو الفرق في التحرير؟ النسخة التي أنشأتها الأمعاء لديها 2152 من الأحماض الأمينية. في حين أن نوع الكبد يضم محتوى 4563 مخلفات! وعلى الرغم من هذا الاختلاف ، لدينا apoprotein.

التغيير في استقرار مرنا

لقد وصلنا تقريبًا إلى النقطة التي يمكننا الوصول إليهاللانخراط في البروتينات والببتيدات. لكن لننظر إلى هذا من قبل ، كيف يمكن إصلاح استقرار الحمض الريبوزي المرسال. لهذا ، في البداية ، يجب أن تترك النواة وتخرج من السيتوبلازم. هذا يرجع إلى المسام الموجودة. سيتم شق كمية كبيرة من mRNA بواسطة nuclease. أولئك الذين يتفادون هذا المصير ، وتنظيم المجمعات مع البروتينات. يختلف عمر الحمض الريفي النووي الحقيقى النواة على نطاق واسع (حتى عدة أيام). إذا استقرت mRNA ، عند معدل ثابت سيكون من الممكن ملاحظة أن كمية منتج البروتين الذي تم تكوينه حديثًا تزداد. لن يتغير مستوى التعبير الجيني ، ولكن الأهم من ذلك ، أن الهيئة ستعمل بشكل أكثر كفاءة. بمساعدة طرق البيولوجيا الجزيئية ، يمكن ترميز المنتج النهائي ، والذي سيكون له عمر كبير. لذلك ، على سبيل المثال ، من الممكن إنشاء β-globin ، والذي يعمل لمدة عشر ساعات (بالنسبة له) كثيرًا.

سرعة العملية

هنا وبشكل عام ، فإن النظامالتعبير الجيني. الآن يبقى فقط لتكملة المعرفة المتاحة مع معلومات حول كيفية حدوث العمليات بسرعة ، وكذلك كم من الوقت تعيش البروتينات. دعنا نقول فقط ، سنسيطر على تعبير الجينات. تجدر الإشارة إلى أن التأثير على السرعة لا يعتبر الطريقة الرئيسية لتنظيم تنوع وكمية منتج البروتين. على الرغم من أن تغييرها لتحقيق هذا الهدف لا يزال يستخدم. مثال على ذلك هو توليف منتج البروتين في الخلايا الشبكية. تكون الخلايا المكونة للدم عند مستوى التمايز خالية من النواة (وبالتالي الحمض النووي). عموما يتم بناء مستويات تنظيم التعبير الجيني اعتمادا على قدرة بعض المركبات للتأثير بشكل فعال على العمليات التي يتم تنفيذها.

مدة الوجود

عندما يتم توليف البروتين ، والوقت ، وخلالالذي سيعيش ، يعتمد على البروتياز. من المستحيل تحديد الوقت بدقة ، لأن النطاق في هذه الحالة يكون من عدة ساعات إلى عامين. يختلف معدل انهيار البروتين بشكل كبير حسب الخلية التي تقع فيها. تميل الإنزيمات التي يمكن أن تحفز العمليات إلى "الاستخدام" بسرعة. وبسبب هذا ، يتم إنشاءها أيضًا بواسطة الجسم بكميات كبيرة. أيضا ، يمكن أن تتأثر حياة البروتين من الحالة الفسيولوجية للجسم. أيضا ، إذا تم إنشاء منتج معيب ، سيتم القضاء عليه بسرعة من خلال نظام الحماية. وبالتالي ، يمكننا القول بثقة أن الشيء الوحيد الذي يمكننا أن نحكم عليه هو العمر القياسي الذي تم الحصول عليه في المختبر.

استنتاج

هذا الاتجاه واعد جدا. على سبيل المثال ، يمكن للتعبير عن الجينات الأجنبية أن يساعد في علاج الأمراض الوراثية ، وكذلك القضاء على الطفرات السلبية. على الرغم من توافر معرفة واسعة حول هذا الموضوع ، يمكننا القول بثقة أن الإنسانية ليست سوى في بداية الطريق. تعلمت الهندسة الوراثية مؤخراً فقط عزل مواقع النوكليوتيدات الضرورية. قبل 20 عاما ، حدث واحد من أكبر الأحداث في هذا العلم - تم إنشاء الأغنام دوللي. الآن تجري الدراسات مع الأجنة البشرية. يمكننا أن نقول بثقة أننا بالفعل على عتبة المستقبل ، حيث لا توجد أمراض ومعاناة فسيولوجية. ولكن قبل الوصول إلى هناك ، سيكون من الضروري العمل بشكل جيد لتحقيق الرخاء.