Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

14.1: Что такое экспрессия гена?
СОДЕРЖАНИЕ

JoVE Core
Biology

A subscription to JoVE is required to view this content. You will only be able to see the first 20 seconds.

Education
Что такое экспрессия гена?
 
Этот закадровый голос сгенерирован компьютером
ТРАНСКРИПТ
* Текстовый перевод сгенерирован компьютером

14.1: Что такое экспрессия гена?

Обзор

Экспрессия генов – это процесс, в котором ДНК направляет синтез функциональных продуктов, таких как белки. Клетки могут регулировать экспрессию генов на различных стадиях. Это позволяет организмам генерировать различные типы клеток и позволяет клеткам адаптироваться к внутренним и внешним факторам.

Генетическая информация течет от ДНК к РНК к белку

Ген является участок ДНК, который служит в качестве плана для функциональных РНК и белков. Поскольку ДНК состоит из нуклеотидов, а белки состоят из аминокислот, необходим посредник для преобразования информации, кодируемой в ДНК, в белки. Этот посредник является мессенджером РНК (мРНК). мРНК копирует план из ДНК процессом, называемым транскрипцией. В эукариотах транскрипция происходит в ядре путем дополнительного базового сопряжения с шаблоном ДНК. Затем мРНК обрабатывается и транспортируется в цитоплазму, где она служит шаблоном для синтеза белка во время перевода. У прокариот, в которых нет ядра, процессы транскрипции и перевода происходят в одном и том же месте и почти одновременно, так как новообразованная мРНК подвержена быстрой деградации.

Экспрессия генов может регулироваться на любом этапе во время транскрипции

Каждая клетка организма содержит одинаковую ДНК, и, следовательно, один и тот же набор генов. Тем не менее, не все гены в клетке "включены" или используются для синтеза белков. Ген, как говорят, "выражается", когда белок, который он кодирует, вырабатывается клеткой. Экспрессия генов регулируется для обеспечения правильного генерации белков в определенных клетках в определенное время. Различные внутренние и внешние механизмы регулируют экспрессию генов до и во время транскрипции.

Структура хроматина- уплотненной ДНК и связанных с ней белков гистона - может быть химически изменена, чтобы быть открытой или закрытой. Такие изменения позволяют или ограничивают доступ транскрипционной машины к ДНК. Модификация хроматина является внутренним механизмом, используемым во время разработки для формирования различных типов клеток (например, нейрона против мышечной клетки) из одного и того же генома.

ДНК-связывающие белки, называемые транскрипционными факторами, регулируют транскрипцию, связываясь с определенными последовательностями ДНК вблизи или внутри кодирующих областей генов. Транскрипционные факторы, способствующие инициированию транскрипции, называются активаторами. Белки, которые предотвращают связывание механизма транскрипции с местом инициации транскрипции, называются репрессорами. Транскрипционные активаторы или репрессоры реагируют на внешние раздражители, такие как сигнальные молекулы, дефицит питательных средств, температура и кислород.

Экспрессия генов может быть пост-транскрипционно и пост-переводно регулируется

Экспрессия генов может регулироваться постткриптиционной обработкой мРНК. В эукариотах транскрибированная мРНК подвергается сплайсированию и другим модификациям, которые защищают концы нити РНК от деградации. Сплайсирование удаляет интроны–сегменты, которые не кодируют белки, и соединяет регионы, кодирующие белок, называемые экзонами. Альтернативное сращивание позволяет выражать функционально разнообразные белки из одного и того же гена. Регулирование экспрессии генов путем альтернативного сращивания играет важную роль в развитии органов, выживании и распространении клеток, а также адаптации к факторам окружающей среды.

Экспрессия генов также может быть изменена путем регулирования перевода мРНК в белки. Перевод может регулироваться микроРНК- малыми, некодирующих РНК, которые связываются с определенной последовательностью мРНК и блокируют инициирование перевода или ухудшают транскрибированную мРНК. Кроме того, белки, называемые переводными репрессорами, могут связываться с РНК и мешать инициированию перевода.

Переведенные полипептиды проходят обработку для формирования функциональных белков. Добавление или удаление химических групп может изменить активность, стабильность и локализацию белков в клетке. Например, добавление или удаление фосфориловых групп (-PO32)может активировать или инактивировать белки. Аналогичным образом, добавление убиквитиных групп вызывает деградацию белка. Таким образом, пост-трансляционные модификации белка являются заключительной стадией регуляции генов.


Литература для дополнительного чтения

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter