Gen ifadesi, DNA'nın proteinler gibi fonksiyonel ürünlerin sentezini yönettiği süreçtir. Hücreler, çeşitli aşamalarda gen ekspresyonunu düzenleyebilir. Organizmaların farklı hücre türleri oluşturmasına ve hücrelerin iç ve dış faktörlere uyum sağlamasına olanak tanır.
Bir gen, işlevsel RNA'lar ve proteinler için şablon görevi gören bir DNA uzantısıdır. DNA nükleotidlerden ve proteinler amino asitlerden oluştuğundan, DNA'da kodlanan bilgiyi proteinlere dönüştürmek için bir aracıya ihtiyaç vardır. Bu arabulucu, haberci RNA'dır (mRNA). mRNA, transkripsiyon adı verilen bir işlemle planı DNA'dan kopyalar. Ökaryotlarda, transkripsiyon çekirdekte DNA şablonu ile tamamlayıcı baz eşleşmesi yoluyla gerçekleşir. MRNA daha sonra işlenir ve translasyon sırasında protein sentezi için bir şablon görevi gördüğü sitoplazmaya taşınır. Çekirdeği olmayan prokaryotlarda, yeni oluşan mRNA hızlı bozunmaya yatkın olduğundan, transkripsiyon ve translasyon süreçleri aynı yerde ve hemen hemen aynı anda gerçekleşir.
Bir organizmanın her hücresi aynı DNA'yı ve dolayısıyla aynı gen kümesini içerir. Ancak, bir hücredeki tüm genler “ açık ” değildir. veya proteinleri sentezlemek için kullanın. Bir genin “ifade edildiği” söylenir; Kodladığı protein hücre tarafından üretildiğinde. Gen ekspresyonu, belirli hücrelerde belirli zamanlarda uygun protein üretimini sağlamak için düzenlenir. Çeşitli içsel ve dışsal mekanizmalar, transkripsiyon öncesinde ve sırasında gen ekspresyonunu düzenler.
Kromatinin yapısı sıkıştırılmış DNA ve bununla ilişkili histon proteinleri, açık veya kapalı olacak şekilde kimyasal olarak modifiye edilebilir. Bu tür modifikasyonlar, transkripsiyonel makinenin DNA'ya erişimine izin verir veya kısıtlar. Kromatin modifikasyonu, aynı genomdan farklı hücre türleri (örneğin, kas hücresine karşı nöron) oluşturmak için geliştirme sırasında kullanılan içsel bir mekanizmadır.
Transkripsiyon faktörleri olarak adlandırılan DNA bağlayıcı proteinler, genlerin kodlama bölgelerinin yakınında veya içindeki spesifik DNA sekanslarına bağlanarak transkripsiyonu düzenler. Transkripsiyonun başlamasını teşvik eden transkripsiyon faktörlerine aktivatörler denir. Transkripsiyon mekanizmasının transkripsiyon başlatma bölgesine bağlanmasını engelleyen proteinlere, baskılayıcılar denir. Transkripsiyonel aktivatörler veya baskılayıcılar, sinyal molekülleri, beslenme yetersizlikleri, sıcaklık ve oksijen gibi harici uyaranlara yanıt verir.
Gen ekspresyonu, transkripsiyon sonrası mRNA işleme ile düzenlenebilir. Ökaryotlarda, kopyalanmış mRNA, RNA sarmalının uçlarını bozulmadan koruyan ekleme ve diğer modifikasyonlara maruz kalır. Ekleme, proteinleri kodlamayan intronları kaldırır ve ekson adı verilen protein kodlayan bölgeleri birleştirir. Alternatif birleştirme, aynı genden fonksiyonel olarak farklı proteinlerin ekspresyonuna izin verir. Gen ifadesinin alternatif birleştirme yoluyla düzenlenmesi, organ gelişimi, hücre hayatta kalması ve çoğalması ve çevresel faktörlere adaptasyonda önemli bir rol oynar.
Gen ekspresyonu, mRNA'nın proteinlere çevrilmesinin düzenlenmesiyle de değiştirilebilir. Translasyon, spesifik bir mRNA sekansına bağlanan ve transkripsiyonun başlamasını bloke eden veya transkribe edilen mRNA'yı bozan mikroRNA'lar tarafından düzenlenebilir. Ek olarak, çeviri baskılayıcılar olarak adlandırılan proteinler RNA'ya bağlanabilir ve çevirinin başlamasına müdahale edebilir.
Tercüme edilmiş polipeptitler, fonksiyonel proteinler oluşturmak için işlenmeye tabi tutulur. Kimyasal grupların eklenmesi veya çıkarılması, bir hücredeki proteinlerin aktivitesini, stabilitesini ve lokalizasyonunu değiştirebilir. Örneğin, fosforil gruplarının (– PO 3 2- ) eklenmesi veya çıkarılması, proteinleri etkinleştirebilir veya inaktive edebilir. Benzer şekilde, ubikuitin gruplarının eklenmesi protein degradasyonuna neden olur. Bu nedenle, post-translasyonel protein modifikasyonları, gen regülasyonunun son aşamasıdır.
