Експресия на гени

Експресията на гена е процесът, при който наследствената информация в гена, последователността от двойки бази на ДНК, се превръща във функционален генен продукт, например белтък или РНК. Основната идея е, че ДНК се транскрибира в РНК, която след това се транслира в протеини. Белтъците изграждат много от структурите и всички ензими в клетката или организма.

Няколко етапа в процеса на генна експресия могат да бъдат модулирани (настроени). Това включва както транскрипцията и  транслацията, така и крайното сгънато състояние на даден протеин. Регулацията на гените включва и изключва гените и по този начин контролира клетъчната диференциация и морфогенезата. Регулацията на гените може да служи и като основа за еволюционни промени: контролът върху времето, мястото и количеството на генната експресия може да има дълбоко въздействие върху развитието на организма.

Експресията на даден ген може да варира значително в различните тъкани. Това се нарича плейотропизъм - широко разпространено явление в генетиката.

Диаграма, показваща на кои етапи от пътя ДНК-мРНК-протеин може да се контролира експресията
Диаграма, показваща на кои етапи от пътя ДНК-мРНК-протеин може да се контролира експресията

Епигенетика

В биологията епигенетиката е изследване на наследствените промени във фенотипа (външния вид) или генната експресия, причинени от механизми, различни от промените в основната ДНК последователност.

Тези промени могат да се запазят чрез клетъчни деления до края на живота на индивида, а също така могат да се запазят за няколко поколения. Въпреки това няма промяна в основната ДНК последователност на организма. Вместо това негенетични фактори карат гените на организма да се държат (изразяват) по различен начин.

Най-добрият пример за епигенетични промени в биологията на еукариотите е процесът на клетъчна диференциация. По време на морфогенезата тотипотентните стволови клетки се превръщат в различните клетъчни линии на ембриона, които на свой ред стават напълно диференцирани клетки. С други думи, една единствена оплодена яйцеклетка - зиготата - се дели и развива. Дъщерните клетки се превръщат в многобройните клетъчни типове на зрелия ембрион. Те включват неврони, мускулни клетки, епител, кръвоносни съдове и т.н. Това се случва чрез активиране на някои гени и инхибиране на други.

Епигенетичните промени са дългосрочни и обикновено оцеляват след процеса на клетъчно делене (митоза). Промените настъпват в хроматина, който представлява комбинация от ДНК и заобикалящите я хистонови протеини в хромозомата. Подробностите за това как става това все още се уточняват, но е доста сигурно, че обвивката на ДНК и хистоните е ключова характеристика.

Регулация на гените

Повишаване и понижаване на регулацията

Повишаването на регулацията увеличава експресията на един или повече гени и в резултат на това на протеина(ите), кодиран(и) от тези гени. Понижената регулация е процес, който води до намаляване на експресията на гени и протеини.

Индукция срещу репресия

Регулацията на гените може да се обобщи като:

  • Индуцируеми системи: индуцируемата система е изключена, освен ако не е налице някаква молекула (наречена индуктор), която позволява генна експресия.
  • Репресивни системи: репресивната система е включена, освен в присъствието на някаква молекула (наречена корепресор), която потиска активността на гена. Казва се, че молекулата потиска експресията.

Регулаторни РНК

Съществуват редица РНК, които регулират гените, т.е. регулират скоростта, с която гените се транскрибират или транслират. Следните два важни примера са

миРНК

Микро РНК (miRNA) действат, като се присъединяват към ензим и блокират mRNA (месинджър РНК) или ускоряват нейното разграждане. Това се нарича РНК интерференция.

siRNA

Малките интерфериращи РНК (понякога наричани заглушаващи РНК) се намесват в експресията на определен ген. Те са доста малки (20/25 нуклеотида) двойноверижни молекули. Откриването им предизвика рязък скок в биомедицинските изследвания и разработването на лекарства.

Структура на еукариотния ген, кодиращ белтъци.
Структура на еукариотния ген, кодиращ белтъци.

Свързани страници


AlegsaOnline.com - 2020 / 2021 - License CC3