Gēnu izpausme
Gēnu izpausme ir process, kurā gēna iedzimtā informācija - DNS bāzu pāru secība - tiek pārvērsta funkcionālā gēna produktā, piemēram, olbaltumvielā vai RNS. Pamatideja ir tāda, ka DNS tiek pārrakstīta RNS, kas pēc tam tiek tulkota olbaltumvielās. Olbaltumvielas veido daudzas šūnas vai organisma struktūras un visus enzīmus.
Var modulēt (regulēt) vairākus gēnu ekspresijas procesa posmus. Tas ietver gan transkripciju un translāciju, gan olbaltumvielas galīgo salocīto stāvokli. Gēnu regulācija ieslēdz un izslēdz gēnus un tādējādi kontrolē šūnu diferenciāciju un morfogēzi. Gēnu regulācija var kalpot arī par pamatu evolūcijas pārmaiņām: gēnu ekspresijas laika, vietas un apjoma kontrole var būtiski ietekmēt organisma attīstību.
Gēnu ekspresija dažādos audos var ievērojami atšķirties. To sauc par pleiotropismu, kas ir plaši izplatīta parādība ģenētikā.
Diagramma, kurā parādīts, kuros DNS, RNS un olbaltumvielu ceļa posmos var kontrolēt ekspresiju
Epigenētika
Bioloģijā epigenētika ir pētījums par iedzimtām fenotipa (izskata) vai gēnu ekspresijas izmaiņām, ko izraisa citi mehānismi, nevis izmaiņas pamatā esošajā DNS secībā.
Šīs izmaiņas var saglabāties šūnu dalīšanās procesā līdz cilvēka mūža beigām un var saglabāties arī vairākās paaudzēs. Tomēr organisma pamatā esošā DNS secība nemainās. Tā vietā ģenētiski faktori, kas nav ģenētiski, izraisa atšķirīgu organisma gēnu uzvedību (izpausmi).
Labākais piemērs eikarītu bioloģijā ir šūnu diferenciācijas process. Morfoģenēzes laikā totipotentās cilmes šūnas kļūst par dažādām embrija šūnu līnijām, kas savukārt kļūst par pilnībā diferencētām šūnām. Citiem vārdiem sakot, viena apaugļota olšūna - zigota - dalās un attīstās. Meitasuzņēmuma šūnas pārveidojas par nobrieduša embrija daudzajiem šūnu tipiem. Tās ir neironi, muskuļu šūnas, epitēlijs, asinsvadi utt. Tas notiek, aktivizējot dažus gēnus un inhibējot citus.
Epigenētiskās izmaiņas ir ilglaicīgas un parasti saglabājas arī pēc šūnu dalīšanās (mitozes). Izmaiņas notiek hromatīnā, kas ir hromosomā esošās DNS un to ieskaujošo histona olbaltumvielu kombinācija. Sīkāka informācija par to, kā tas notiek, vēl tiek noskaidrota, bet ir diezgan droši zināms, ka DNS un histonu apvalks ir galvenā iezīme.
Gēnu regulācija
Augšējā un zemākā regulācija
Paaugstināta regulācija palielina viena vai vairāku gēnu ekspresiju un līdz ar to arī šo gēnu kodēto olbaltumvielu ekspresiju. Samazināta regulācija ir process, kura rezultātā samazinās gēnu un olbaltumvielu ekspresija.
Indukcija pret represiju
Gēnu regulāciju var apkopot šādi:
- Inducējamas sistēmas: inducējama sistēma ir izslēgta, ja vien nav kādas molekulas (ko sauc par induktoru), kas ļauj gēna ekspresiju.
- Represīvās sistēmas: represīvā sistēma ir ieslēgta, izņemot gadījumus, kad ir kāda molekula (ko sauc par korespressoru), kas nomāc gēna aktivitāti. Par šo molekulu saka, ka tā nomāc ekspresiju.
Regulatīvās RNS
Ir vairākas RNS, kas regulē gēnus, proti, tās regulē gēnu transkripcijas vai translācijas ātrumu. Divi svarīgi piemēri ir šādi
miRNA
Mikro RNS (miRNS) darbojas, pievienojoties enzīmam un bloķējot mRNS (ziņneša RNS) vai paātrinot tās sadalīšanos. To sauc par RNR interferenci.
siRNA
Mazās interferējošās RNS (dažkārt tās sauc par klusējošām RNS) traucē konkrēta gēna ekspresiju. Tās ir diezgan mazas (20/25 nukleotīdi) divvirpienu molekulas. To atklāšana ir izraisījusi strauju pieaugumu biomedicīnas pētniecībā un zāļu izstrādē.
Eikariožu olbaltumvielas kodējoša gēna struktūra.
Saistītās lapas
Jautājumi un atbildes
J: Kas ir gēnu izpausme?
A: Gēnu ekspresija ir process, kurā gēnā esošā iedzimtā informācija pārvēršas funkcionālā produktā, piemēram, olbaltumvielā vai RNS.
J: Kā notiek gēnu ekspresija?
A: Gēnu ekspresija notiek procesā, kurā DNS tiek pārrakstīta RNS, kas pēc tam tiek tulkota olbaltumvielās.
J: Ko olbaltumvielas dara šūnā vai organismā?
A: Olbaltumvielas veido daudzas šūnas vai organisma struktūras un visus enzīmus.
J: Kas ir gēnu regulācija?
A: Gēnu regulācija ir process, kurā gēni tiek izslēgti un ieslēgti, tādējādi kontrolējot šūnu diferenciāciju un morfogēzi.
J: Kā gēnu regulācija var kalpot par pamatu evolūcijas pārmaiņām?
A: Gēnu regulācija var kalpot par pamatu evolūcijas pārmaiņām, kontrolējot gēnu ekspresijas laiku, vietu un apjomu, tādējādi būtiski ietekmējot organisma attīstību.
J: Kas ir pleiotropisms?
A: Pleiotropisms ir parādība ģenētikā, kad gēna ekspresija dažādos audos var ievērojami atšķirties.
J: Kurus gēnu ekspresijas posmus var modulēt?
A: Gēnu ekspresijas laikā var modulēt gan transkripcijas, gan translācijas posmus, kā arī olbaltumvielas galīgo salikto stāvokli.
