Ekspresja genu
Ekspresja genu jest procesem, w którym informacja dziedziczna zawarta w genie, sekwencja par zasad DNA, jest przekształcana w funkcjonalny produkt genu, taki jak białko lub RNA. Podstawową ideą jest to, że DNA jest transkrybowane na RNA, które następnie jest tłumaczone na białka. Białka tworzą wiele struktur i wszystkie enzymy w komórce lub organizmie.
Kilka etapów w procesie ekspresji genów może być modulowanych (dostrajanych). Dotyczy to zarówno transkrypcji, jak i translacji, a także końcowego, złożonego stanu białka. Regulacja genów włącza i wyłącza geny, a więc kontroluje różnicowanie się komórek i morfogenezę. Regulacja genów może również służyć jako podstawa zmian ewolucyjnych: kontrola czasu, miejsca i ilości ekspresji genów może mieć głęboki wpływ na rozwój organizmu.
Ekspresja danego genu może być bardzo różna w różnych tkankach. Nazywa się to plejotropizmem, zjawiskiem szeroko rozpowszechnionym w genetyce.
Schemat pokazujący, na jakich etapach ścieżki DNA-mRNA-białko można kontrolować ekspresję
Epigenetyka
W biologii, epigenetyka jest badanie dziedzicznych zmian w fenotypie (wygląd) lub ekspresji genów spowodowanych przez mechanizmy inne niż zmiany w podstawowej sekwencji DNA.
Zmiany te mogą pozostać w wyniku podziałów komórkowych przez resztę życia osobnika, a także mogą trwać przez wiele pokoleń. Nie ma jednak zmiany w podstawowej sekwencji DNA organizmu. Zamiast tego, czynniki niegenetyczne powodują, że geny organizmu zachowują się (wyrażają się) inaczej.
Najlepszym przykładem zmian epigenetycznych w biologii eukariotów jest proces różnicowania się komórek. Podczas morfogenezy totipotencjalne komórki macierzyste przekształcają się w różne linie komórkowe zarodka, które z kolei stają się komórkami w pełni zróżnicowanymi. Innymi słowy, pojedyncza zapłodniona komórka jajowa - zygota - dzieli się i rozwija. Komórki córki zmieniają się w wiele typów komórek dojrzałego embrionu. Należą do nich neurony, komórki mięśniowe, nabłonek, naczynia krwionośne i tak dalej. Dzieje się to poprzez aktywację niektórych genów i hamowanie innych.
Zmiany epigenetyczne są długotrwałe i zwykle przeżywają proces podziału komórki (mitozę). Zmiany zachodzą w chromatynie, która jest połączeniem DNA i otaczających go białek histonowych w chromosomie. Szczegóły tego, jak to się dzieje, są nadal opracowywane, ale jest dość pewne, że kluczową cechą jest owijanie się DNA i histonów.
Regulacja genów
Up-regulation and down-regulation
Regulacja w górę zwiększa ekspresję jednego lub więcej genów, a w rezultacie białka (białek) kodowanego przez te geny. Down-regulacja jest procesem prowadzącym do obniżenia ekspresji genów i białek.
Indukcja a represja
Regulacja genów może być podsumowana jako:
- Systemy indukowalne: system indukowalny jest wyłączony, jeśli nie ma obecności jakiejś cząsteczki (zwanej induktorem), która pozwala na ekspresję genu.
- Systemy represyjne: system represyjny jest włączony z wyjątkiem obecności pewnej cząsteczki (zwanej corepressorem), która tłumi aktywność genu. Mówi się, że cząsteczka ta represjonuje ekspresję.
Regulacyjne RNA
Istnieje wiele RNA, które regulują geny, to znaczy regulują szybkość, z jaką geny są transkrybowane lub tłumaczone. Oto dwa ważne przykłady
miRNA
Mikro RNA (miRNA) działa poprzez przyłączanie się do enzymu i blokowanie mRNA (messenger RNA) lub przyspieszanie jego rozpadu. Nazywa się to interferencją RNA.
siRNA
Małe interferujące RNA (czasami nazywane wyciszającymi RNA) zakłócają ekspresję specyficznego genu. Są to dość małe (20/25 nukleotydów) dwuniciowe cząsteczki. Ich odkrycie spowodowało gwałtowny rozwój badań biomedycznych i opracowywania leków.
Struktura eukariotycznego genu kodującego białko.
Powiązane strony
Pytania i odpowiedzi
P: Czym jest ekspresja genów?
Odp.: Ekspresja genu to proces, w którym dziedziczna informacja zawarta w genie jest przekształcana w funkcjonalny produkt, taki jak białko lub RNA.
P: W jaki sposób osiągana jest ekspresja genów?
O: Ekspresja genów jest osiągana poprzez proces, w którym DNA jest transkrybowane na RNA, które jest następnie tłumaczone na białka.
P: Co robią białka w komórce lub organizmie?
O: Białka tworzą wiele struktur i wszystkie enzymy w komórce lub organizmie.
P: Czym jest regulacja genów?
O: Regulacja genów to proces, w którym geny są wyłączane i włączane, co kontroluje różnicowanie komórek i morfogenezę.
P: W jaki sposób regulacja genów może służyć jako podstawa zmian ewolucyjnych?
O: Regulacja genów może służyć jako podstawa zmian ewolucyjnych poprzez kontrolowanie czasu, lokalizacji i ilości ekspresji genów, mając tym samym głęboki wpływ na rozwój organizmu.
P: Czym jest plejotropizm?
O: Plejotropizm to zjawisko w genetyce, w którym ekspresja genu może się znacznie różnić w różnych tkankach.
P: Które etapy ekspresji genów można modulować?
O: Zarówno etap transkrypcji, jak i translacji, a także końcowy stan pofałdowania białka, mogą być modulowane podczas ekspresji genu.
