16.1: Udhibiti wa Ufafanuzi wa Gene

Ujuzi wa Kuendeleza

• Jadili kwa nini kila kiini hakielezei jeni zake zote
• Eleza jinsi kanuni za jeni za prokaryotic hutokea katika ngazi ya transcriptional
• Jadili jinsi kanuni za jeni za eukaryotic hutokea katika viwango vya epigenetic, transcriptional, baada ya transcriptional, translational, na baada ya kutafsiri

Kwa kiini kufanya kazi vizuri, protini muhimu zinapaswa kuunganishwa kwa wakati unaofaa. Seli zote hudhibiti au kudhibiti awali ya protini kutoka kwa habari iliyosimbwa katika DNA yao. Mchakato wa kugeuka jeni kuzalisha RNA na protini huitwa kujieleza jeni. Iwe katika viumbe rahisi vya unicellular au 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.

Udhibiti wa kujieleza jeni huhifadhi nishati na nafasi. Inahitaji kiasi kikubwa cha nishati kwa kiumbe kueleza kila jeni wakati wote, hivyo ni ufanisi zaidi wa nishati kugeuza jeni tu wakati zinahitajika. Aidha, tu kuonyesha subset ya jeni katika kila kiini huokoa nafasi kwa sababu DNA lazima iondolewe kutoka muundo wake tightly coiled kwa kuandika na kutafsiri DNA. Viini ingekuwa kubwa sana kama kila protini zilielezwa katika kila kiini wakati wote.

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 gene kujieleza ni umewekwa, ni lazima kwanza kuelewa jinsi gene codes kwa protini kazi katika seli. Utaratibu hutokea katika seli zote za prokaryotic na eukaryotic, tu kwa tabia tofauti.

Viumbe vya prokaryotiki ni viumbe single-seli ambavyo vinakosa kiini cha seli, na kwa hiyo DNA yao inaelea kwa uhuru katika saitoplazimu ya seli. Ili kuunganisha protini, taratibu za transcription na tafsiri hutokea karibu wakati huo huo. Wakati protini inayotokana haihitajiki tena, transcription inacha. Matokeo yake, njia ya msingi ya kudhibiti aina gani ya protini na kiasi gani cha kila protini kinaelezwa katika kiini cha prokaryotic ni udhibiti wa transcription ya DNA. Hatua zote zinazofuata hutokea moja kwa moja. Wakati protini zaidi inahitajika, transcription zaidi hutokea. Kwa hiyo, katika seli za prokaryotic, udhibiti wa kujieleza jeni ni zaidi katika ngazi ya transcriptional.

Seli za Eukaryotic, kinyume chake, zina viungo vya intracellular vinavyoongeza utata wao. Katika seli za eukaryotiki, DNA inapatikana ndani ya kiini cha seli na huko imeandikwa katika RNA. RNA mpya synthesized kisha kusafirishwa nje ya kiini ndani ya cytoplasm, ambapo ribosomu kutafsiri RNA 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 (ngazi transcriptional), wakati RNA ni kusindika na kusafirishwa kwa cytoplasm baada ya kusajiliwa (ngazi ya baada ya transcriptional ), wakati RNA inatafsiriwa katika protini (ngazi ya kutafsiri), au baada ya protini kufanywa (ngazi ya baada ya kutafsiri).

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Transcription ya prokaryotic na tafsiri hutokea wakati huo huo katika cytoplasm, na udhibiti hutokea katika ngazi ya transcriptional. Eukaryotic jeni kujieleza ni umewekwa wakati transcription na RNA usindikaji, ambayo hufanyika katika kiini, na wakati wa tafsiri ya protini, ambayo hufanyika katika cytoplasm. Udhibiti zaidi unaweza kutokea kupitia marekebisho ya baada ya kutafsiri ya protini.

Tofauti katika udhibiti wa kujieleza jeni kati ya prokaryotes na eukaryotes ni muhtasari hapa chini. Udhibiti wa kujieleza jeni hujadiliwa kwa undani katika modules zifuatazo.

Jedwali\(\PageIndex{1}\): Tofauti katika Udhibiti wa Ufafanuzi wa Gene wa Viumbe vya Prokaryotic na Eukaryotic

Viumbe vya Prokaryotic	Viumbe vya Eukaryotic
Ukosefu wa kiini	Jumuisha kiini
DNA hupatikana katika cytoplasm	DNA ni funge kwa compartment nyuklia
RNA transcription na malezi ya protini hutokea karibu wakati huo huo.	RNA transcription hutokea kabla ya malezi ya protini, na hufanyika katika kiini. Tafsiri ya RNA kwa protini hutokea katika cytoplasm.
Gene kujieleza ni umewekwa hasa katika ngazi transcriptional	Usemi wa jeni umewekwa katika ngazi nyingi (epigenetic, transcriptional, shuttling nyuklia, baada ya transcriptional, translational, na baada ya kutafsiri)

Uunganisho wa Mageuzi: Mageuzi ya Kanuni za jeni

Seli za prokaryotiki zinaweza kudhibiti tu kujieleza kwa jeni kwa kudhibiti kiasi cha transcription. Kama seli za eukaryotiki zilivyobadilika, utata wa udhibiti wa kujieleza kwa jeni uliongezeka. Kwa mfano, pamoja na mageuzi ya seli za eukaryotic alikuja compartmentalization ya vipengele muhimu vya mkononi na michakato ya seli. Eneo la nyuklia ambalo lina DNA liliundwa. Transcription na tafsiri walikuwa kimwili kutengwa katika compartments mbili tofauti za mkononi. Kwa hiyo ikawa inawezekana kudhibiti usemi wa jeni kwa kusimamia transcription katika kiini, na pia kwa kudhibiti viwango vya RNA na tafsiri ya protini iliyopo nje ya kiini.

Baadhi ya michakato ya seli ziliondoka kutokana na haja ya viumbe kujitetea. Michakato ya seli kama vile kunyamazisha jeni zilizotengenezwa ili kulinda kiini kutokana na maambukizi ya virusi au vimelea. Kama kiini kingeweza kufunga haraka usemi wa jeni kwa muda mfupi, ingeweza kuishi maambukizi wakati viumbe vingine havikuweza. Kwa hiyo, viumbe vilibadilisha mchakato mpya uliosaidia kuishi, na uliweza kupitisha maendeleo haya mapya kwa watoto.

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

epigenetic

urithi mabadiliko ambayo si kuhusisha mabadiliko katika mlolongo DNA

kujieleza jeni

michakato ya kudhibiti kugeuka juu au kugeuka mbali ya gene

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