نظره عامه

التعبير الجيني هو العملية التي يوجه فيها الحمض النووي تخليق المنتجات الوظيفية ، مثل البروتينات. يمكن للخلايا أن تنظم التعبير الجيني في مراحل مختلفة. يسمح للكائنات الحية بتوليد أنواع مختلفة من الخلايا ويمكّن الخلايا من التكيف مع العوامل الداخلية والخارجية.

تتدفق المعلومات الوراثية من الحمض النووي إلى الحمض النووي الريبي إلى البروتين

الجين هو امتداد للحمض النووي يعمل كمخطط أساسي للاحماض الريبية والبروتينات الوظيفية. نظراً لأن الحمض النووي يتكون من النيوكليوتيدات والبروتينات تتكون من الأحماض الأمينية ، فإن الوسيط مطلوب لتحويل المعلومات المشفرة في الحمض النووي إلى بروتينات. هذا الوسيط هو الحمض الريبي المرسال. ينسخ الحمض الريبي المرسال مخطط الحمض النووي من خلال عملية تسمى النسخ. في حقيقيات النوى ، يحدث النسخ في النواة عن طريق الاقتران الأساسي التكميلي مع قالب الحمض النووي. ثم تتم معالجة الحمض الريبي المرسال ونقله إلى السيتوبلازم حيث يعمل كقالب لتخليق البروتين أثناء الترجمة. في بدائيات النوى ، التي تفتقر إلى النواة ، تحدث عمليتا النسخ والترجمة في نفس الموقع وفي نفس الوقت تقريباً لأن الحمض الريبي المرسال المتشكل حديثاً يكون عرضة للتحلل السريع.

يمكن تنظيم التعبير الجيني في أي مرحلة أثناء النسخ

تحتوي كل خلية في الكائن الحي على نفس الحمض النووي ، وبالتالي نفس مجموعة الجينات. ومع ذلك ، لا يتم ”تشغيل“ جميع الجينات في الخلية أو استخدامها لتخليق البروتينات. يقال إن الجين ”معبر عنه““ عندما يتم إنتاج البروتين الذي يرمز له في الخلية. يتم تنظيم التعبير الجيني لضمان التوليد المناسب للبروتينات في خلايا معينة في أوقات محددة. تنظم آليات داخلية وخارجية مختلفة التعبير الجيني قبل وأثناء النسخ.

يمكن تعديل بنية الكروماتين _ الحمض النووي المضغوط وبروتينات الهيستون المرتبطة به _ كيميائياً ليكون مفتوحاً أو مغلقاً. تسمح هذه التعديلات أو تقيد وصول آلية النسخ إلى الحمض النووي. يعد تعديل الكروماتين آلية داخلية يتم استخدامها أثناء التطور لتكوين أنواع مختلفة من الخلايا (على سبيل المثال ، الخلايا العصبية مقابل خلية العضلات) من نفس الجينوم.

تُنظم البروتينات المرتبطة بالحمض النووي ، والتي تسمى عوامل النسخ ، عملية النسخ من خلال الارتباط بتسلسلات الحمض النووي المحددة بالقرب من مناطق الترميز الخاصة بالجينات أو داخلها. تسمى عوامل النسخ التي تعزز بدء النسخ بالمنشطات. تسمى البروتينات التي تمنع آلية النسخ من الارتباط بموقع بدء النسخ بالمثبطات. تستجيب المنشطات أو مثبطات النسخ للمنبهات الخارجية مثل جزيئات الإشارات ونقص التغذية ودرجة الحرارة والأكسجين.

يمكن أن يكون التعبير الجيني منظماً ما بعد النسخ و ما بعد الترجمة

يمكن تنظيم التعبير الجيني عن طريق معالجة الحمض الريبي المرسال بعد النسخ. في حقيقيات النوى ، يخضع الحمض الريبي المرسال المنسوخ للتضفير والتعديلات الأخرى التي تحمي نهايات خيط الحمض الريبي من التدهور. يزيل الربط الإنترونات _ الأجزاء التي لا تشفر البروتينات _ وتربط معاً مناطق ترميز البروتين التي تسمى اكسونات. يسمح التضفير البديل بالتعبير عن البروتينات المتنوعة وظيفياً من نفس الجين. يلعب تنظيم التعبير الجيني عن طريق التضفير البديل دوراً مهماً في نمو الأعضاء ، وبقاء الخلايا وانتشارها ، والتكيف مع العوامل البيئية.

يمكن أيضاً تغيير التعبير الجيني عن طريق تنظيم ترجمة الحمض الريبي المرسال إلى بروتينات. يمكن تنظيم الترجمة بواسطة الاحماض الريبية الميكروية _ احماض ريبية صغيرة غير مشفرة _ التي ترتبط بتسلسل حمض ريبي محدد وتحظر بدء الترجمة أو تحلل الحمض الريبي المرسال المنسوخ. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للبروتينات التي تُسمَّى مُثبِّطات الترجمة أن ترتبط بالحمض الريبي وتتداخل مع بدء الترجمة.

تخضع عديدات الببتيدات المترجمة للمعالجة لتشكيل بروتينات وظيفية. يمكن أن تؤدي إضافة مجموعات كيميائية أو إزالتها إلى تغيير نشاط واستقرار وتوطين البروتينات في الخلية. على سبيل المثال ، يمكن أن تؤدي إضافة مجموعات الفسفوريل أو إزالتها (-PO₃^2-)إلى تنشيط أو تعطيل البروتينات. وبالمثل ، تؤدي إضافة مجموعات اليوبيكويتين إلى تحلل البروتين. وبالتالي ، فإن تعديلات البروتين اللاحقة للترجمة هي المرحلة الأخيرة من تنظيم الجينات.