Հիմնական նյութ
Դասընթաց․ (10-րդ դասարան. կենսաբանություն) > Բաժին 5
Դաս 2: Գենային կարգավորումԾանոթացում։ Գեների կարգավորումն էուկարիոտ օրգանիզմներում
Ինչպես են տարբեր գենեն էքսպրեսիայի ենթարկվում տարբեր տեսակի բջիջներում։ Էուկարիոտների գեների կարգավորման ընդհանուր պատկերը։
Հիմնական դրույթներ
- Գենի կարգավորումը մի գործընթաց է, որը վերահսկում է, թե բջջի ԴՆԹ-ի որ գեները պետք է էքսպրեսիայի ենթարկվեն (օգտագործվեն սպիտակուց արտադրելու համար)։
- Բազմաբջիջ օրգանիզմի տարբեր բջիջները կարող են գեների շատ տարբեր բազմություններ էքսպրեսիայի ենթարկել, չնայած որ դրանք պարունակում են նույն ԴՆԹ-ն:
- Բջջում էքսպրեսիայի ենթարկված գեների ամբողջությամբ է որոշվում բջջի սպիտակուցների և ֆունկցիոնալ ՌՆԹ-ների բազմությունը՝ բջջին տալով յուրահատուկ հատկություններ:
- Կորիզավորներում, ինչպիսիք են մարդիկ, գենի էքսպրեսիան ներառում է բազմաթիվ քայլեր, և գենի կարգավորումը կարող է տեղի ունենալ ցանկացած փուլում: Սակայն, շատ գեներ կարգավորվում են հիմնականում տրանսկրիպցիայի մակարդակով:
Ներածություն
Քո զարմանալի մարմինը պարունակում է հարյուրավոր տարբեր բջիջների տեսակնե՝ իմունային բջիջներից մինչև մաշկի բջիջներ և նեյրոններ: Քո գրեթե բոլոր բջիջները պարունակում են ԴՆԹ-ի հրահանգների նույն փաթեթը։ Հետևաբար, հարց է առաջանում՝ ինչու՞ են դրանք այդքան տարբեր և ինչո՞ւ են այդքան տարբեր աշխատանք կատարում: Պատասխանն է՝ գենի կարգավորման տարբերերությունները։
Գենի կարգավորումը բջիջները տարբեր է դարձնում
Գենի կարգավորումն այն է, թե ինչպես է բջիջը վերահսկում, թե որ գեներն են իր գենոմի բազմաթիվ գեներից «միացված» (էքսպրեսիայի ենթարկված): Գենի կարգավորման շնորհիվ քո մարմնում բջջի յուրաքանչյուր տեսակ ունի ակտիվ գեների տարբեր շարք՝ չնայած այն հանգամանքին, որ քո մարմնի գրեթե բոլոր բջիջները պարունակում են ճիշտ նույն ԴՆԹ-ն: Գենի էքսպրեսիայի այս տարբեր օրինաչափությունները հանգեցնում են նրան, որ քո օրգանիզմի տարբեր տեսակի բջիջները ունեն սպիտակուցների տարբեր հավաքածուներ՝ յուրաքանչյուր բջջի տեսակ դարձնելով յուրովի մասնագիտացված՝ իր գործն անելու համար:
Օրինակ՝ լյարդի գործերից մեկը արյան շրջանառությունից ալկոհոլի նման թունավոր նյութերի հեռացումն է: Դա անելու համար լյարդի բջիջներն էքսպրեսիայի են ենթարկում ալկոհոլ դեհիդրոգենազ կոչվող ֆերմենտի ենթամիավորները (կտորները) կոդավորող գեները: Այս ֆերմենտը սպիրտը ճեղքում է ոչ թունավոր մոլեկուլի: Մարդու ուղեղի նեյրոնները մարմնից թույները չեն հեռացնում, ուստի դրանք այդ գեները էքսպրեսիայի չեն ենթարկում կամ պահում են դրանք «անջատված»: Նույն կերպ, լյարդի բջիջները նյարդային միջնորդանյութերի միջոցով ազդանշաններ չեն ուղարկում, ուստի անջատում են դրանց կոդավորող գեները:
Կան շատ այլ գեներ, որոնք տարբեր կերպ են էքսպրեսիայի ենթարկվում լյարդի բջիջներում և նեյրոններում (կամ բազմաբջիջ օրգանիզմում, ինչպիսին դու ես, ցանկացած այլ երկու տեսակի բջիջներում):
Ինչպե՞ս են բջիջները «որոշում», թե որ գեները պետք է միացնեն։
Հիմա մի բարդ հարց կա: Բազմաթիվ գործոններ կարող են ազդել բջիջների գեների էքսպրեսիայի վրա: Բջջի տարբեր տեսակները գեների տարբեր բազմություններ են էքսպրեսիայի ենթարկում, ինչպես արդեն տեսանք վերևում: Սակայն, նույն տեսակի երկու բջիջներ կարող են ունենալ նաև գենի էքսպրեսիայի տարբեր ձևեր՝ կախված դրանց միջավայրից և ներքին վիճակից:
Լայն ասած, մենք կարող ենք ասել, որ բջջի գենի էքսպրեսիայի ձևը որոշվում է ինչպես բջջի ներսից, այնպես էլ դրսից ստացված տեղեկության հիման վրա։
- Բջջի ներսից եկող տեղեկության օրինակներ․ սպիտակուցները, որոնք այդ բջիջը ժառանգել է իր մայրական բջջից, արդյոք ԴՆԹ-ն վնասված է, որքան ԱԵՖ ունի:
- Բջջի դրսից եկող տեղեկության օրինակներ․ այլ բջիջներից եկող քիմիական ազդակներ, արտաբջջային մատրիքսի մեխանիկական ազդակներ, սննդանյութերի մակարդակ։
Ինչպե՞ս են այս ազդանշաններն օգնում բջջին «որոշել», թե ինչ գեներ պետք է էքսպրեսիայի ենթարկել: Բջիջները որոշում չեն կայացնում այն իմաստով, ինչ դու կամ ես: Փոխարենը, նրանք ունեն մոլեկուլային ուղիներ, որոնք տեղեկությունը, օրինակ՝ քիմիական ազդանշանի միացումը իր ընկալիչին, վերափոխում են գենի էքսպրեսիայի փոփոխության:
Որպես օրինակ, եկ քննարկենք, թե ինչպես են բջիջներն արձագանքում աճի գործոններին: Աճի գործոնը հարևան բջջից եկող քիմիական ազդանշանն է, որը թիրախ բջջին հրահանգում է աճել և բաժանվել: Կարելի է ասել, որ բջիջը «նկատում է» աճի գործոնը և «որոշում» է բաժանվել, բայց ինչպե՞ս են իրականում տեղի ունենում այդ գործընթացները:
- Բջիջը հայտնաբերում է աճի գործոնը՝ բջջի մակերևույթի վրա աճի գործոնի՝ ընկալիչ սպիտակուցին ֆիզիկապես միանալու միջոցով։
- Աճի գործոնի միացումը ընկալիչին փոխում է ընկալիչի ձևը՝ բջջում հրահրելով մի շարք քիմիական իրադարձություններ, որոնք ակտիվացնում են սպիտակուցներ, որոնք կոչվում են տրանսկրիպցիայի գործոններ:
- Տրանսկրիպցիայի գործոնները բջջակորիզում միանում են ԴՆԹ-ի որոշակի հաջորդականությունների, որի շնորհիվ բջիջների բաժանման հետ կապված գեները տրանսկրիպցիայի են ենթարկվում։
- Այս գեների արտադրանքը սպիտակուցների տարբեր տեսակներ են, որոնց շնորհիվ բջիջը բաժանվում է (նպաստում են բջիջների աճին և (կամ) բջիջը մղում են դեպի բջջային ցիկլ):
Սա ընդամենը մեկ օրինակ է այն բանի, թե ինչպես բջիջը կարող է տեղեկության աղբյուրը վերածել գենի էքսպրեսիայի փոփոխության: Կան շատ ուրիշ օրինակներ, և գեների կարգավորման տրամաբանությունը հասկանալը այսօր կենսաբանության ոլորտում շարունակական հետազոտությունների ոլորտ է:
Աճի գործոնի ազդանշանումը բարդ է և ներառում է մի շարք թիրախների ակտիվացում, ներառյալ ինչպես տրանսկրիպցիայի գործոնները, այնպես էլ տրանսկրիպցիայի չմասնակցող գործոնների կողմից կոդավորվող սպիտակուցները: Աճի գործոնի ազդանշանման մասին ավելին կարող ես իմանալ ազդակի ներբջջային փոխանցման մասին հոդվածում։
Կորիզավորներում գենի էքսպրեսիան կարող է կարգավորվել շատ փուլերում
Հաջորդ հոդվածներում մենք կքննարկենք կորիզավորների գենի կարգավորման տարբեր ձևեր: Այսինքն՝ կտեսնենք, թե ինչպես կարելի է կորիզավորներում (ինչպիսին մենք ենք) գեների էքսպրեսիան վերահսկվել տարբեր փուլերում՝ ԴՆԹ-ի առկայությունից մինչև ՌՆԹ-ների արտադրություն, սպիտակուցների տրանսլյացիա և մշակում:
Կորիզավորներում գենի էքսպրեսիան ներառում է բազմաթիվ քայլեր, որոնցից գրեթե բոլորը կարող են կարգավորվել: Տարբեր գեներ կարգավորվում են տարբեր կետերում, և դա սովորական է, որ գենը (մասնավորապես, կարևոր կամ ուժեղ որևէ գեն) կարգավորվում է բազմաթիվ քայլերով:
- Քրոմատինի մատչելիություն: Քրոմատինի կառուցվածքը (ԴՆԹ-ն և իրեն միացած սպիտակուցները) կարող է կարգավորվել: Ավելի բաց կամ «հանգիստ» քրոմատինը գենը ավելի մատչելի է դարձնում տրանսկրիպցիայի համար:
- Տրանսկրիպցիա: Տրանսկրիպցիան շատ գեների համար կարգավորման հիմնական կետն է: Տրանսկրիպցիայի գործոն հանդիսացող սպիտակուցների ամբողջությունը կապվում է գենի կամ դրան մոտ գտնվող ԴՆԹ-ի հատուկ հաջորդականություններին և նպաստում կամ ճնշում է դրա տրանսկրիպցիան։
- ՌՆԹ-ի մշակումը: ՌՆԹ-ի մոլեկուլին պոլի-Ա պոչի և գլխիկի ավելացումը, ինչպես նաև սփլայսինգը կարող են կարգավորվել, որից հետո այն բջջակորիզից դուրս է գալիս։ Տարբեր տՌՆԹ-ներ կարող են առաջանալ նույն նախա-տՌՆԹ-ից՝ այլընտրանքային սփլայսինգի միջոցով:
- ՌՆԹ-ի կայունությունը: Ցիտոպլազմայում տՌՆԹ-ի մոլեկուլի կյանքի տևողությունը ազդում է այն բանի վրա, թե որքան սպիտակուցներ կարող են պատրաստվել դրանից: Կարգավորող փոքր ՌՆԹ-ները, որոնք կոչվում են մկՌՆԹ-ներ (միկրո ՌՆԹ-ներ), կարող են կապվել թիրախ տՌՆԹ-ների հետ և հանգեցնել դրանց քայքայման։
- Տրանսլյացիա։ տՌՆԹ-ի տրանսլյացիան կարող է ուժեղանալ կամ արգելակվել կարգավորիչների միջոցով: Օրինակ՝ մկՌՆԹ-ները երբեմն արգելափակում են իրենց թիրախ տՌՆԹ-ների տրանսլյացիան (այլ ոչ թե դրանց քայքայման պատճառ դառնում):
- Սպիտակուցի ակտիվություն: Սպիտակուցները կարող են ենթարկվել տարբեր փոփոխությունների, օրինակ՝ մանր մասերի բաժանվել կամ պիտակավորվել քիմիական խմբերի միջոցով: Այս փոփոխությունները կարող են կարգավորվել և կարող են ազդել սպիտակուցի գործունեության կամ վարքի վրա:
Չնայած գեների էքսպրեսիայի բոլոր փուլերը կարող են կարգավորվել, շատ գեների հիմնական հսկիչ կետը տրանսկրիպցիան է: Կարգավորման հետագա փուլերը հաճախ կատարելագործում են գեների էքսպրեսիայի օրինաչափությունները, որոնք տրանսկրիպցիայի ընթացքում «կոպիտ են»:
Ավելին իմանալու համար կարդա հետևյալ հոդվածները՝ տրանսկրիպցիայի գործոններ և կարգավորումը տրանսկրիպցիայից հետո։
Գեների կարգավորումը և տարբերությունները տարբեր տեսակների մոտ
Գեների կարգավորման տարբերությունները բազմաբջիջ օրգանիզմների բջիջների տարբեր տեսակներին (օրինակ՝ քեզ) յուրահատուկ են դարձնում կառուցվածքով և գործառույթով: Եթե խոշորացնենք պատկերը, գենի կարգավորումը կարող է նաև օգնել մեզ բացատրել համեմատաբար նման գենային հաջորդականություն ունեցող տարբեր տեսակների ձևի և գործառույթի որոշ տարբերություններ։
Օրինակ՝ մարդիկ և շիմպանզեներն ունեն գենոմներ, որոնք ԴՆԹ-ի մակարդակում մոտավորապես
Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։
Առայժմ հրապարակումներ չկան։