9.5: Jinsi Jenasi Zinasimamiwa
- Page ID
- 174251
Kwa kiini kufanya kazi vizuri, protini muhimu zinapaswa kuunganishwa kwa wakati unaofaa. Viumbe na seli zote hudhibiti au kudhibiti transcription na tafsiri ya DNA yao kuwa protini. Mchakato wa kugeuka jeni kuzalisha RNA na protini huitwa kujieleza jeni. Iwe katika viumbe rahisi vya unicellular au katika viumbe vingi vya seli, kila kiini hudhibiti wakati na jinsi jeni zake zinavyoelezwa. Ili hili kutokea, lazima kuwe na utaratibu wa kudhibiti wakati jeni inavyoelezwa kutengeneza RNA na protini, kiasi gani cha protini kinafanywa, na wakati ni wakati wa kuacha kutengeneza protini hiyo kwa sababu haihitajiki tena.
Viini katika viumbe vingi ni maalumu; seli katika tishu tofauti huonekana tofauti sana na hufanya kazi tofauti. Kwa mfano, kiini cha misuli ni tofauti sana na kiini cha ini, ambacho ni tofauti sana na kiini cha ngozi. Tofauti hizi ni matokeo ya usemi wa seti tofauti za jeni katika kila seli hizi. Seli zote zina kazi fulani za msingi zinapaswa kufanya kwa wenyewe, kama vile kugeuza nishati katika molekuli ya sukari kuwa nishati katika ATP. Kila seli pia ina jeni nyingi ambazo hazielezeki, na huonyesha mengi ambayo hayajaonyeshwa na seli nyingine, kiasi kwamba inaweza kutekeleza kazi zake maalumu. Aidha, seli zitageuka au kuzima jeni fulani kwa nyakati tofauti kwa kukabiliana na mabadiliko katika mazingira au kwa nyakati tofauti wakati wa maendeleo ya viumbe. Viumbe vya unicellular, eukaryotiki na prokaryotiki, pia hugeuka na kuzima jeni kwa kukabiliana na mahitaji ya mazingira yao ili waweze kujibu hali maalum.
Udhibiti wa kujieleza jeni ni ngumu sana. Vikwazo katika mchakato huu ni hatari kwa seli na inaweza kusababisha maendeleo ya magonjwa mengi, ikiwa ni pamoja na kansa.
Prokaryotic dhidi ya Eukaryotic Gene kujieleza
Ili kuelewa jinsi usemi wa jeni umewekwa, lazima kwanza tuelewe jinsi jeni inakuwa protini ya kazi katika seli. Utaratibu hutokea katika seli zote za prokaryotic na eukaryotic, tu kwa mtindo tofauti.
Kwa sababu viumbe vya prokaryotic hawana kiini cha seli, taratibu za transcription na tafsiri hutokea karibu wakati huo huo. Wakati protini haihitajiki tena, transcription inacha. Matokeo yake, njia ya msingi ya kudhibiti aina gani na kiasi gani cha protini kinachoelezwa katika kiini cha prokaryotic ni kupitia udhibiti wa transcription ya DNA ndani ya RNA. Hatua zote zinazofuata hutokea moja kwa moja. Wakati protini zaidi inahitajika, transcription zaidi hutokea. Kwa hiyo, katika seli za prokaryotic, udhibiti wa kujieleza kwa jeni ni karibu kabisa katika ngazi ya transcriptional.
Mfano wa kwanza wa udhibiti huo uligunduliwa kwa kutumia E. coli katika miaka ya 1950 na 1960 na watafiti Kifaransa na inaitwa operon lac. Operon lac ni kunyoosha ya DNA na jeni tatu karibu kwamba kanuni kwa protini kwamba kushiriki katika ngozi na kimetaboliki ya lactose, chanzo cha chakula kwa E. coli. Wakati lactose haipo katika mazingira ya bakteria, jeni za lac zimeandikwa kwa kiasi kidogo. Wakati lactose iko, jeni huandikwa na bakteria ina uwezo wa kutumia lactose kama chanzo cha chakula. Operoni pia ina mlolongo wa promota ambayo polymerase ya RNA inafunga ili kuanza transcription; kati ya promota na jeni tatu ni kanda inayoitwa operator. Wakati hakuna lactose sasa, protini inayojulikana kama repressor kumfunga operator na kuzuia RNA polymerase kumfunga kwa promota, isipokuwa katika hali ya kawaida. Hivyo kidogo sana ya bidhaa za protini za jeni tatu hufanywa. Wakati lactose iko, bidhaa ya mwisho ya kimetaboliki ya lactose hufunga kwa protini ya kukandamiza na inazuia kumfunga kwa operator. Hii inaruhusu RNA polymerase kumfunga kwa promoter na uhuru transcribe jeni tatu, kuruhusu viumbe metabolize lactose.
Seli za Eukaryotic, kinyume chake, zina viungo vya intracellular na ni ngumu zaidi. Kumbuka kwamba katika seli za eukaryotic, DNA iko ndani ya kiini cha seli na imeandikwa kwenye mRNA huko. MRNA mpya ya synthesized ni kisha kusafirishwa nje ya kiini ndani ya cytoplasm, ambapo ribosomu kutafsiri mRNA katika protini. Michakato ya transcription na tafsiri ni kimwili kutengwa na utando wa nyuklia; transcription hutokea tu ndani ya kiini, na tafsiri hutokea tu nje ya kiini katika cytoplasm. Udhibiti wa kujieleza jeni unaweza kutokea katika hatua zote za mchakato (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Udhibiti unaweza kutokea wakati DNA ni uncoiled na dhaifu kutoka nucleosomes kumfunga mambo transcription (epigenetic ngazi), wakati RNA ni transcribed (transcriptional ngazi), wakati RNA kusindika na kusafirishwa kwa cytoplasm baada ya kusajiliwa (ngazi baada ya transcriptional), wakati RNA inatafsiriwa katika protini (ngazi ya kutafsiri), au baada ya protini kufanywa (ngazi ya baada ya kutafsiri).
Tofauti katika udhibiti wa kujieleza jeni kati ya prokaryotes na eukaryotes ni muhtasari katika Jedwali\(\PageIndex{1}\).
| Viumbe vya Prokaryotic | Viumbe vya Eukaryotic |
|---|---|
| Ukosefu wa kiini | Jumuisha kiini |
| RNA transcription na tafsiri ya protini hutokea karibu wakati huo huo. |
|
| Gene kujieleza ni umewekwa hasa katika ngazi transcriptional | Usemi wa jeni umewekwa katika ngazi nyingi (epigenetic, transcriptional, baada ya transcriptional, tafsiri, na baada ya kutafsiri) |
EVOLUTION KATIKA ACTION: Mbadala RNA Splicing
Katika miaka ya 1970, jeni zilionekana kwanza kwamba zilionyesha mbadala ya RNA splicing. Mchanganyiko wa RNA mbadala ni utaratibu ambao inaruhusu bidhaa tofauti za protini kuzalishwa kutoka kwa jeni moja wakati mchanganyiko tofauti wa introni (na wakati mwingine exons) huondolewa kwenye nakala (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Hii splicing mbadala inaweza kuwa hapazard, lakini mara nyingi zaidi ni kudhibitiwa na vitendo kama utaratibu wa udhibiti wa jeni, na mzunguko wa njia mbadala tofauti splicing kudhibitiwa na seli kama njia ya kudhibiti uzalishaji wa bidhaa mbalimbali protini katika seli mbalimbali, au katika hatua mbalimbali za maendeleo. Mchapishaji mbadala sasa unaeleweka kuwa utaratibu wa kawaida wa udhibiti wa jeni katika eukaryotes; kulingana na makadirio moja, 70% ya jeni katika binadamu huonyeshwa kama protini nyingi kwa njia ya kuchapisha mbadala.
Jinsi gani mbadala splicing kufuka? Introni zina mlolongo wa kutambua mwanzo na mwisho, na ni rahisi kufikiria kushindwa kwa utaratibu wa kuchapisha kutambua mwisho wa introni na kupata mwisho wa introni inayofuata, hivyo kuondoa introni mbili na exon inayoingilia kati. Kwa kweli, kuna taratibu zilizopo ili kuzuia kuruka kwa exon kama hiyo, lakini mabadiliko yanaweza kusababisha kushindwa kwao. “Makosa” hayo yatakuwa zaidi ya uwezekano wa kuzalisha protini isiyo ya kazi. Hakika, sababu ya magonjwa mengi ya maumbile ni splicing mbadala badala ya mabadiliko katika mlolongo. Hata hivyo, mchanganyiko mbadala utaunda tofauti ya protini bila kupoteza protini ya awali, kufungua uwezekano wa kukabiliana na tofauti mpya kwa kazi mpya. Kurudia jeni kumekuwa na jukumu muhimu katika mageuzi ya kazi mpya kwa namna hiyo—kwa kutoa jeni ambazo zinaweza kubadilika bila kuondoa protini ya awali ya kazi.
Muhtasari
Wakati seli zote za somatic ndani ya kiumbe zina DNA ileile, si seli zote ndani ya kiumbe hicho zinaonyesha protini zileile. Viumbe vya prokaryotiki huelezea DNA nzima wanayoandika katika kila kiini, lakini si lazima wote kwa wakati mmoja. Protini zinaelezwa tu wakati zinahitajika. Viumbe vya Eukaryotiki huonyesha subset ya DNA ambayo ni encoded katika kiini chochote kilichopewa. Katika kila aina ya seli, aina na kiasi cha protini huwekwa kwa kudhibiti usemi wa jeni. Ili kuelezea protini, DNA inaandikwa kwanza kwenye RNA, ambayo hutafsiriwa kuwa protini. Katika seli za prokaryotic, taratibu hizi hutokea karibu wakati huo huo. Katika seli za eukaryotic, transcription hutokea katika kiini na ni tofauti na tafsiri ambayo hutokea katika cytoplasm. Gene kujieleza katika prokaryotes umewekwa tu katika ngazi transcriptional, ambapo katika seli eukaryotic, kujieleza jeni ni umewekwa katika epigenetic, transcriptional, baada ya transcriptional, translational, na baada ya translational ngazi.
faharasa
- Mchapishaji mbadala wa RNA
- utaratibu wa udhibiti wa jeni baada ya transcriptional katika eukaryotes ambapo bidhaa nyingi za protini zinazalishwa na jeni moja kupitia mchanganyiko mbadala wa kuchapisha wa nakala ya RNA
- epigenetic
- kuelezea mambo yasiyo ya maumbile ya udhibiti, kama vile mabadiliko katika marekebisho ya protini histone na DNA zinazodhibiti upatikanaji wa jeni katika chromosomes
- kujieleza jeni
- michakato ya kudhibiti kama gene ni walionyesha
- baada ya transcriptional
- udhibiti wa kujieleza jeni baada ya molekuli ya RNA imeundwa, lakini kabla ya kutafsiriwa katika protini.
- baada ya kutafsiri
- udhibiti wa kujieleza gene baada ya protini imeundwa