Bookshelf

Funkcjonalne komponenty genu

Każdy gen składa się z kilku funkcjonalnych komponentów, z których każdy jest zaangażowany w inne oblicze procesu ekspresji genu (Rysunek 2-1). Ogólnie rzecz biorąc, istnieją jednak dwie główne jednostki funkcjonalne: region promotorowy i region kodujący.

Region promotora kontroluje, kiedy i w jakiej tkance gen ulega ekspresji. Na przykład, promotory genów globiny są odpowiedzialne za ich ekspresję w komórkach erytroidalnych, a nie w komórkach mózgu. Jak osiągana jest ta specyficzna dla tkanki ekspresja? W DNA regionu promotorowego genu znajdują się specyficzne elementy strukturalne, sekwencje nukleotydów (patrz „Zagadnienia strukturalne” poniżej), które umożliwiają ekspresję genu tylko w odpowiedniej komórce. Są to elementy w genie globiny, które instruują komórkę erytroida do transkrypcji globinowego mRNA z tego genu. Struktury te określa się mianem elementów cis-aktywnych, ponieważ znajdują się one na tej samej cząsteczce DNA co gen. W niektórych przypadkach inne, specyficzne dla danego typu tkanki elementy cis-aktywne, zwane enhancerami, znajdują się na tej samej cząsteczce DNA, ale w dużej odległości od regionu kodującego genu.6,7 We właściwej komórce elementy cis-aktywne wiążą czynniki białkowe, które są fizycznie odpowiedzialne za transkrypcję genu. Białka te nazywane są czynnikami trans-działającymi, ponieważ rezydują w jądrze komórkowym, oddzielone od cząsteczki DNA zawierającej gen. Na przykład, komórki mózgowe nie miałyby odpowiednich czynników trans-działających, które wiążą się z promotorem β-globiny i dlatego komórki mózgowe nie wyrażałyby globiny. Miałyby one jednak czynniki transaktywujące, które wiążą się z promotorami genów specyficznych dla neuronów.

Struktura białka genu jest określona przez region kodujący genu. Region kodujący zawiera informacje, które kierują komórką erytroida do złożenia aminokwasów w odpowiedniej kolejności, aby utworzyć białko β-globinę. Jak określana jest ta kolejność aminokwasów? Jak opisano szczegółowo poniżej, DNA jest liniowym polimerem składającym się z czterech rozróżnialnych podjednostek zwanych nukleotydami. W regionie kodującym genu, liniowa sekwencja nukleotydów koduje sekwencję aminokwasów białka. Kod genetyczny ma postać tripletów, tak że każda grupa trzech nukleotydów koduje jeden aminokwas. 64 triplety, które mogą być utworzone przez 4 nukleotydy, przekraczają liczbę 20 różnych aminokwasów używanych do tworzenia białek. To sprawia, że kod jest zdegenerowany i umożliwia kodowanie niektórych aminokwasów przez kilka różnych tripletów.8 Sekwencja nukleotydów dowolnego genu może być teraz określona (patrz poniżej). Tłumacząc kod, można uzyskać przewidywaną sekwencję aminokwasów dla białka kodowanego przez dany gen.