Генный продукт
Генный продукт это биохимический материал, РНК или белок , образующийся в результате экспрессии гена — . Измерение количества генного продукта иногда используется, чтобы сделать вывод о том, насколько активен ген. Аномальное количество генного продукта может коррелировать с заболевания , вызывающими аллелями , например, с гиперактивностью онкогенов , которая может вызвать рак . [ 1 ] [ 2 ] Ген . определяется как «наследственная единица ДНК, необходимая для производства функционального продукта» [ 3 ] К нормативным элементам относятся:
Эти элементы работают в сочетании с открытой рамкой считывания для создания функционального продукта. Этот продукт может транскрибироваться и функционировать как РНК или транслироваться с мРНК в белок, который будет функционировать в клетке.
РНК-продукты
[ редактировать ]
Молекулы РНК, не кодирующие какие-либо белки, по-прежнему сохраняют свою функцию в клетке. Функция РНК зависит от ее классификации. Эти роли включают в себя:
- помощь в синтезе белка
- катализирующие реакции
- регулирующие различные процессы. [ 4 ]
Синтезу белка способствуют функциональные молекулы РНК, такие как тРНК , которая помогает добавлять правильную аминокислоту к полипептидной цепи во время трансляции , рРНК , основной компонент рибосом (которые направляют синтез белка), а также мРНК , которая несет инструкции по созданию белков. белковый продукт. [ 4 ]
Одним из типов функциональных РНК, участвующих в регуляции, является микроРНК ( миРНК ), которая подавляет трансляцию. [ 5 ] Эти микроРНК действуют путем связывания с комплементарной целевой последовательностью мРНК, предотвращая возникновение трансляции. [ 4 ] [ 6 ] Короткая интерферирующая РНК ( миРНК ) также осуществляет негативную регуляцию транскрипции. Эти молекулы миРНК работают в комплексе РНК-индуцированного молчания ( RISC ) во время РНК-интерференции , связываясь с целевой последовательностью ДНК, чтобы предотвратить транскрипцию специфической мРНК. [ 6 ]
Белковые продукты
[ редактировать ]Белки — это продукты гена, которые образуются в результате трансляции зрелой молекулы мРНК. Белки по своей структуре содержат 4 элемента: первичный, вторичный, третичный и четвертичный. Линейная аминокислотная последовательность также известна как первичная структура. Водородные связи между аминокислотами первичной структуры приводят к образованию альфа-спиралей или бета-листов . [ 7 ] Эти устойчивые складки представляют собой вторичную структуру. Особое сочетание первичной и вторичной структур образует третичную структуру полипептида. [ 7 ] Четвертичная структура относится к тому, как несколько цепей полипептидов складываются вместе. [ 7 ]
Функции белка
[ редактировать ]Белки выполняют множество различных функций в клетке, и эта функция может варьироваться в зависимости от полипептидов, с которыми они взаимодействуют, и их клеточного окружения. Белки-шапероны стабилизируют вновь синтезированные белки. Они гарантируют, что новый белок сворачивается в правильную функциональную конформацию, а также не допускают агрегации продуктов в тех областях, где они не должны образовываться. [ 8 ] Белки также могут функционировать как ферменты , увеличивая скорость различных биохимических реакций и превращая субстраты в продукты. [ 7 ] [ 9 ] Продукты можно модифицировать путем присоединения групп, таких как фосфат, с помощью фермента к определенным аминокислотам в первичной последовательности. [ 9 ] Белки также можно использовать для перемещения молекул в клетке туда, где они необходимы, они называются моторными белками . [ 9 ] Форму клетки поддерживают белки. Белки, такие как актин , микротрубочки и промежуточные филаменты, обеспечивают структуру клетки. [ 7 ] Другой класс белков обнаружен в плазматических мембранах. Мембранные белки могут быть связаны с плазматической мембраной по-разному, в зависимости от их структуры. [ 9 ] Эти белки позволяют клетке импортировать или экспортировать клеточные продукты, питательные вещества или сигналы во внеклеточное пространство и из него. [ 7 ] [ 9 ] Другие белки помогают клетке выполнять регуляторные функции. Например, факторы транскрипции связываются с ДНК, помогая транскрипции РНК. [ 10 ]
Генетический код
[ редактировать ]В 1941 году американский генетик Джордж Бидл и биохимик Эдвард Татум на основании своих исследований мутантов гриба Neurospora sitophila предположили , что гены контролируют специфические биохимические реакции. [ 11 ] Они предположили, что функционирование организма зависит от комплексной системы химических реакций, определенным образом контролируемых генами. Далее они отметили, что «вполне разумно предположить, что эти гены, которые сами являются частью системы, контролируют или регулируют определенные реакции в системе, либо действуя непосредственно как ферменты , либо определяя специфичность ферментов». Эта линия рассуждений привела к появлению « гипотезы одного гена – одного фермента ».
В ретроспективной статье Бидл обсудил статус гипотезы «один ген — один фермент» спустя 10 лет после ее выдвижения. Бидл прокомментировал встречу биологов на симпозиуме в Колд-Спринг-Харборе в 1951 году. Он отметил: «У меня сложилось впечатление, что число тех, чья вера в один ген-один фермент оставалась непоколебимой, можно пересчитать на пальцах одной руки - с парой оставшихся пальцев». над." [ 12 ] концепция о том, что последовательность оснований ДНК гена определяет аминокислотную Однако к началу 1960-х годов на основе многочисленных экспериментов утвердилась последовательность белка. Например, эксперимент Крика, Бреннера, Барнетта и Уоттс-Тобина в 1961 году продемонстрировал, что каждая аминокислота в белке кодируется соответствующей последовательностью трех оснований в ДНК, называемой кодоном. [ 13 ] Вскоре после этого были определены конкретные назначения кодонов для каждой аминокислоты.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Фирон Э.Р., Фогельштейн Б. (июнь 1990 г.). «Генетическая модель колоректального онкогенеза» . Клетка . 61 (5): 759–67. дои : 10.1016/0092-8674(90)90186-I . ПМИД 2188735 . S2CID 22975880 .
- ^ Кроче CM (январь 2008 г.). «Онкогены и рак». Медицинский журнал Новой Англии . 358 (5): 502–11. дои : 10.1056/NEJMra072367 . ПМИД 18234754 .
- ^ Нуссбаум, Роберт Л.; Макиннес, Родерик Р.; Уиллард, Хантингтон (2016). Генетика Томпсона и Томпсона в медицине (8-е изд.). Филадельфия: Эльзевир.
- ^ Перейти обратно: а б с Клэнси, Сюзанна (2008). «Функции РНК» . Природное образование . 1 (1): 102.
- ^ Он, Лин; Хэннон, Грегори Дж. (2004). «МикроРНК: малые РНК, играющие большую роль в регуляции генов». Обзоры природы Генетика . 5 (7): 522–531. дои : 10.1038/nrg1379 . ПМИД 15211354 . S2CID 86602746 .
- ^ Перейти обратно: а б Кэррингтон, Джеймс С.; Амброс, Виктор (2003). «Роль микроРНК в развитии растений и животных». Наука . 301 (5631): 336–338. Бибкод : 2003Sci...301..336C . дои : 10.1126/science.1085242 . ПМИД 12869753 . S2CID 43395657 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж «Содержание основ клеточной биологии | Изучайте науку в Scitable». www.nature.com .
{{cite web}}: Отсутствует или пусто|url=( помощь ) - ^ Хартл, Ф. Ульрих; Брейчер, Андреас; Хайер-Хартл, Манаджит (2011). «Молекулярные шапероны в сворачивании белков и протеостазе». Природа . 475 (7356): 324–332. дои : 10.1038/nature10317 . ПМИД 21776078 . S2CID 4337671 .
- ^ Перейти обратно: а б с д и Альбертс, Б; Джонсон, А; Льюис, Дж; и др. (2002). Молекулярная биология клетки (4-е изд.). Нью-Йорк: Garland Science.
- ^ «Общий фактор транскрипции / Фактор транскрипции | Изучайте науку в Scitable» . www.nature.com . Проверено 9 ноября 2015 г.
- ^ Бидл Г.В., Татум Э.Л. Генетический контроль биохимических реакций нейроспоры. Proc Natl Acad Sci, США, 1941 г., 15 ноября; 27 (11): 499-506. дои: 10.1073/pnas.27.11.499. ПМИД 16588492; PMCID: PMC1078370
- ^ Бидл, Г.В. (1966) «Биохимическая генетика: некоторые воспоминания», стр. 23-32 в книге «Фаг и истоки молекулярной биологии» под редакцией Дж. Кэрнса, Г.С. Стента и Дж.Д. Уотсона. Симпозиумы Колд-Спринг-Харбор, Лаборатория количественной биологии Колд-Спринг-Харбор, Нью-Йорк. ASIN: B005F08IQ8
- ^ Крик Ф.Х., Барнетт Л., Бреннер С., Уоттс-Тобин Р.Дж. Общая природа генетического кода белков. Природа. 30 декабря 1961 г.; 192: 1227-32. дои: 10.1038/1921227a0. ПМИД 13882203
