Γονιδιακή έκφραση
Η γονιδιακή έκφραση είναι η διαδικασία με την οποία η κληρονομική πληροφορία ενός γονιδίου, η αλληλουχία ζευγών βάσεων DNA, μετατρέπεται σε λειτουργικό γονιδιακό προϊόν, όπως πρωτεΐνη ή RNA. Η βασική ιδέα είναι ότι το DNA μεταγράφεται σε RNA, το οποίο στη συνέχεια μεταφράζεται σε πρωτεΐνες. Οι πρωτεΐνες κατασκευάζουν πολλές από τις δομές και όλα τα ένζυμα σε ένα κύτταρο ή έναν οργανισμό.
Διάφορα στάδια της διαδικασίας γονιδιακής έκφρασης μπορούν να διαμορφωθούν (συντονισμένα). Αυτό περιλαμβάνει τόσο τη μεταγραφή και τη μετάφραση όσο και την τελική αναδιπλωμένη κατάσταση μιας πρωτεΐνης. Η γονιδιακή ρύθμιση ενεργοποιεί και απενεργοποιεί τα γονίδια και έτσι ελέγχει τη διαφοροποίηση των κυττάρων και τη μορφογένεση. Η γονιδιακή ρύθμιση μπορεί επίσης να χρησιμεύσει ως βάση για εξελικτικές αλλαγές: ο έλεγχος του χρόνου, της θέσης και της ποσότητας της γονιδιακής έκφρασης μπορεί να έχει βαθιά επίδραση στην ανάπτυξη του οργανισμού.
Η έκφραση ενός γονιδίου μπορεί να διαφέρει πολύ σε διαφορετικούς ιστούς. Αυτό ονομάζεται πλειοτροπισμός, ένα ευρέως διαδεδομένο φαινόμενο στη γενετική.
Διάγραμμα που δείχνει σε ποια στάδια του μονοπατιού DNA-mRNA-πρωτεΐνη μπορεί να ελεγχθεί η έκφραση
Επιγενετική
Στη βιολογία, η επιγενετική είναι η μελέτη των κληρονομικών αλλαγών στον φαινότυπο (εμφάνιση) ή στη γονιδιακή έκφραση που προκαλούνται από μηχανισμούς άλλους από τις αλλαγές στην υποκείμενη αλληλουχία του DNA.
Οι αλλαγές αυτές μπορεί να παραμείνουν μέσω των κυτταρικών διαιρέσεων για το υπόλοιπο της ζωής του ατόμου και μπορεί επίσης να διαρκέσουν για πολλές γενιές. Ωστόσο, δεν υπάρχει καμία αλλαγή στην υποκείμενη αλληλουχία DNA του οργανισμού. Αντίθετα, μη γενετικοί παράγοντες προκαλούν στα γονίδια του οργανισμού να συμπεριφέρονται (εκφράζονται) διαφορετικά.
Το καλύτερο παράδειγμα επιγενετικών αλλαγών στη βιολογία των ευκαρυωτών είναι η διαδικασία της κυτταρικής διαφοροποίησης. Κατά τη διάρκεια της μορφογένεσης, τα τοτιποτικά βλαστικά κύτταρα μετατρέπονται στις διάφορες κυτταρικές σειρές του εμβρύου, οι οποίες με τη σειρά τους γίνονται πλήρως διαφοροποιημένα κύτταρα. Με άλλα λόγια, ένα μόνο γονιμοποιημένο κύτταρο ωαρίου - το ζυγωτό - διαιρείται και αναπτύσσεται. Τα θυγατρικά κύτταρα μετατρέπονται στους πολλούς κυτταρικούς τύπους του ώριμου εμβρύου. Σε αυτούς περιλαμβάνονται νευρώνες, μυϊκά κύτταρα, επιθήλιο, αιμοφόρα αγγεία κ.ο.κ. Αυτό συμβαίνει με την ενεργοποίηση ορισμένων γονιδίων ενώ αναστέλλουν άλλα.
Οι επιγενετικές αλλαγές είναι μακροχρόνιες και συνήθως επιβιώνουν κατά τη διαδικασία της κυτταρικής διαίρεσης (μίτωση). Οι αλλαγές συμβαίνουν στη χρωματίνη, η οποία είναι ένας συνδυασμός του DNA και των πρωτεϊνών ιστονών που το περιβάλλουν στο χρωμόσωμα. Οι λεπτομέρειες για το πώς συμβαίνει αυτό εξακολουθούν να επεξεργάζονται, αλλά είναι αρκετά βέβαιο ότι η περιτύλιξη του DNA και της ιστόνης είναι ένα βασικό χαρακτηριστικό.
Ρύθμιση γονιδίων
Ανώτερη και κατώτερη ρύθμιση
Η ρύθμιση αυξάνει την έκφραση ενός ή περισσοτέρων γονιδίων και, ως αποτέλεσμα, της πρωτεΐνης ή των πρωτεϊνών που κωδικοποιούνται από αυτά τα γονίδια. Η καθοδική ρύθμιση είναι μια διαδικασία που έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της έκφρασης γονιδίων και πρωτεϊνών.
Επαγωγή έναντι καταστολής
Η γονιδιακή ρύθμιση μπορεί να συνοψιστεί ως εξής:
- Επαγώγιμα συστήματα: ένα επαγώγιμο σύστημα είναι απενεργοποιημένο εκτός αν υπάρχει παρουσία κάποιου μορίου (που ονομάζεται επαγωγέας) που επιτρέπει την έκφραση γονιδίων.
- Κατασταλτικά συστήματα: ένα κατασταλτικό σύστημα είναι ενεργοποιημένο εκτός από την παρουσία κάποιου μορίου (που ονομάζεται συμπιεστής) που καταστέλλει τη γονιδιακή δραστηριότητα. Το μόριο λέγεται ότι καταστέλλει την έκφραση.
Ρυθμιστικά RNAs
Υπάρχει ένας αριθμός RNAs που ρυθμίζουν τα γονίδια, δηλαδή ρυθμίζουν τον ρυθμό με τον οποίο τα γονίδια μεταγράφονται ή μεταφράζονται. Τα ακόλουθα είναι δύο σημαντικά παραδείγματα
miRNA
Τα μικρο-RNA (miRNA) δρουν με την ένωση ενός ενζύμου και την παρεμπόδιση του mRNA (αγγελιοφόρου RNA) ή την επιτάχυνση της διάσπασής του. Αυτό ονομάζεται παρέμβαση RNA.
siRNA
Τα μικρά παρεμβατικά RNA (που μερικές φορές αποκαλούνται RNA αποσιώπησης) παρεμβαίνουν στην έκφραση ενός συγκεκριμένου γονιδίου. Είναι αρκετά μικρά (20/25 νουκλεοτίδια) δίκλωνα μόρια. Η ανακάλυψή τους προκάλεσε ένα κύμα βιοϊατρικής έρευνας και ανάπτυξης φαρμάκων.
Η δομή ενός ευκαρυωτικού γονιδίου που κωδικοποιεί πρωτεΐνες.
Σχετικές σελίδες
Ερωτήσεις και απαντήσεις
Ερ: Τι είναι η γονιδιακή έκφραση;
A: Η γονιδιακή έκφραση είναι η διαδικασία με την οποία η κληρονομική πληροφορία σε ένα γονίδιο μετατρέπεται σε ένα λειτουργικό προϊόν, όπως μια πρωτεΐνη ή ένα RNA.
Ερ: Πώς επιτυγχάνεται η γονιδιακή έκφραση;
A: Η γονιδιακή έκφραση επιτυγχάνεται μέσω μιας διαδικασίας κατά την οποία το DNA μεταγράφεται σε RNA, το οποίο στη συνέχεια μεταφράζεται σε πρωτεΐνες.
Ερ: Τι κάνουν οι πρωτεΐνες σε ένα κύτταρο ή έναν οργανισμό;
Α: Οι πρωτεΐνες κατασκευάζουν πολλές από τις δομές και όλα τα ένζυμα σε ένα κύτταρο ή οργανισμό.
Ερ: Τι είναι η γονιδιακή ρύθμιση;
Α: Η γονιδιακή ρύθμιση είναι η διαδικασία με την οποία απενεργοποιούνται και ενεργοποιούνται τα γονίδια, η οποία ελέγχει τη διαφοροποίηση και τη μορφογένεση των κυττάρων.
Ερ: Πώς μπορεί η γονιδιακή ρύθμιση να χρησιμεύσει ως βάση για την εξελικτική αλλαγή;
Α: Η γονιδιακή ρύθμιση μπορεί να χρησιμεύσει ως βάση για την εξελικτική αλλαγή, ελέγχοντας το χρόνο, τη θέση και την ποσότητα της γονιδιακής έκφρασης, έχοντας έτσι βαθιά επίδραση στην ανάπτυξη ενός οργανισμού.
Ερ: Τι είναι ο πλειοτροπισμός;
Α: Ο πλειοτροπισμός είναι το φαινόμενο στη γενετική όπου η έκφραση ενός γονιδίου μπορεί να διαφέρει πολύ σε διαφορετικούς ιστούς.
Ερ: Ποια στάδια της γονιδιακής έκφρασης μπορούν να διαμορφωθούν;
Α: Τόσο τα στάδια της μεταγραφής και της μετάφρασης, όσο και η τελική αναδιπλωμένη κατάσταση μιας πρωτεΐνης, μπορούν να διαμορφωθούν κατά τη διάρκεια της γονιδιακής έκφρασης.
