https://bitly.su/Vjv9jrW
Гены - это чертежи для создания химического оборудования, поддерживающего жизнь клеток. Это верно для людей и всех других форм жизни. Но знаете ли вы, что с 20 000 генами у людей на 11 000 меньше генов, чем у водных блох? Если количество генов не предсказывает сложности, то что же?
Ответ заключается в том, что наш генетический материал содержит гораздо больше, чем единицы, которые мы называем генами. Не менее важны переключатели, которые включают и выключают ген. И как клетки читают и интерпретируют генетические инструкции у людей гораздо сложнее, чем у этих водных блох.
ДНК имеет скрученную, похожую на лестницу структуру. Внешние несущие элементы лестницы изготовлены из сахара и фосфата по рецепту. Между этими внешними опорами находятся пары химических веществ, известных как основания.
Гены и переключатели, управляющие ими, сделаны из ДНК. Это длинная молекула, похожая на спиральную лестницу. Его форма известна как двойная спираль. В общей сложности три миллиарда перекладин соединяют две внешние пряди этой лестницы - вертикальные опоры. Мы называем пары оснований перекладин для двух химических веществ (пар), из которых они изготовлены. Ученые обозначают каждое химическое вещество по началу: A (аденин), C (цитозин), G (гуанин) и T (тимин). A всегда пары с T; C всегда пары с G.
В клетках человека двухцепочечная ДНК не существует как одна гигантская молекула. Он разделен на более мелкие куски, называемые хромосомами (KROH-мох-соам). Они упакованы в 23 пары на каждую ячейку. Всего 46 хромосом. В совокупности 20 000 генов в наших 46 хромосомах называются геномом человека.
Роль ДНК аналогична роли алфавита. Он может нести в себе информацию, но только если буквы объединены таким образом, чтобы сделать слова значимыми. Строковые слова вместе составляют инструкции, как в рецепте. Значит, гены - это инструкции для клетки. Как и инструкции, у генов есть "начало". Их пары оснований должны следовать в определенном порядке, пока они не достигнут определенного "конца".
Что у тебя с генами?
Если гены похожи на основной рецепт, то аллели (Ah-LEE-uhls) являются версиями этого рецепта. Например, аллели гена "цвета глаз" дают указания, как сделать глаза голубыми, зелеными, коричневыми и так далее. Мы унаследовали один аллель, или генную версию, от каждого из наших родителей. Это означает, что большинство наших клеток содержат два аллеля, по одному на каждую хромосому.
Но мы не являемся точными копиями наших родителей (или братьев и сестер). Причина: Прежде чем унаследовать их, аллели перемешиваются, как колода карт. Это происходит, когда организм делает яйцеклетки и сперматозоиды. Это единственные клетки с одной версией каждого гена (вместо двух), упакованные в 23 хромосомы. Яйцеклетки и сперматозоиды сливаются в процессе, известном как оплодотворение. Это начинает становление нового человека.
Хромосома
Объединяя два набора из 23 хромосом - одну из яиц, одну из сперматозоидов, - этот новый человек получает два обычных аллеля и 46 хромосом. И ее уникальное сочетание аллелей больше никогда не повторится в одно и то же время. Это то, что делает каждого из нас уникальным, но мы не являемся точными копиями наших родителей (или братьев и сестер).
Причина: Прежде чем унаследовать их, аллели перемешиваются, как колода карт. Это происходит, когда организм делает яйцеклетки и сперматозоиды. Это единственные клетки с одной версией каждого гена (вместо двух), упакованные в 23 хромосомы. Яйцеклетки и сперматозоиды сливаются в процессе, известном как оплодотворение. Это начинает становление нового человека.
Оплодотворенная клетка должна размножаться, чтобы сделать все органы и части тела ребенка. Чтобы умножить, ячейка делится на две одинаковые копии. Ячейка использует инструкции на своей ДНК и химических веществ в ячейке для создания идентичной копии ДНК для новой ячейки. Затем процесс повторяется много раз, как одна ячейка копируется, превращаясь в две. И два экземпляра, чтобы стать четырьмя. И так далее.
Чтобы сделать органы и ткани, клетки используют инструкции на их ДНК для создания крошечных машин. Они контролируют реакции между химическими веществами в клетке, которые в конечном итоге приводят к образованию органов и тканей. Крошечные машины - это белки. Когда клетка читает инструкции гена, мы называем это экспрессией гена. Оплодотворенная клетка должна размножаться, чтобы сделать все органы и части тела ребенка.
Чтобы умножить, ячейка делится на две одинаковые копии. Ячейка использует инструкции на своей ДНК и химических веществ в ячейке для создания идентичной копии ДНК для новой ячейки. Затем процесс повторяется много раз, как одна ячейка копируется, превращаясь в две. И два экземпляра, чтобы стать четырьмя. И так далее.
Как работает экспрессия генов?
Для экспрессии гена клетка копирует сообщение ДНК в молекулу мРНК (транскрипцию) внутри светло-розового участка выше - ядра. Затем мРНК покидает ядро, и молекулы тРНК читают ее сообщение, чтобы сделать белок (трансляция).
Первым шагом в экспрессии генов является получение мРНК из ДНК. Этот процесс известен как транскрипция и происходит внутри ядра или ядра клетки. Второй шаг, называемый трансляцией, происходит за пределами ядра. Он превращает мРНК-сообщение в белок, собирая соответствующие химические строительные блоки, известные как аминокислоты (Ah-MEE-no).
Все белки человека представляют собой цепочки с различными комбинациями из 20 аминокислот. Некоторые белки контролируют химические реакции. Некоторые несут сообщения. Другие функционируют как строительные материалы. Все организмы нуждаются в белках, чтобы их клетки могли жить и расти.
Для построения белка вдоль цепочки мРНК выстраиваются молекулы другого типа РНК - трансфертной РНК (тРНК). Каждая тРНК содержит трехбуквенную последовательность на одном конце и аминокислоту на другом. Например, последовательность GCG всегда несет аланин аминокислоты (AL-uh-neen). ТРНК соответствуют своей последовательности с последовательностью мРНК, по три буквы за раз. Затем еще одна вспомогательная молекула, известная как рибосома (RY-бох-соам), соединяет аминокислоты на другом конце, образуя белок.
Один ген, несколько белков.Ученые сначала подумали, что каждый ген содержит код, чтобы сделать только один белок. Они ошиблись. Используя механизм РНК и его помощников, наши клетки могут извлечь более 20 000 белков из 20 000 генов. Ученые не знают точно, сколько еще. Это может быть несколько сотен тысяч, а может и миллион!
Белки?
Как один ген может вырабатывать более одного типа белка? Только некоторые участки гена, известные как экзоны, кодируют аминокислоты. Регионы между ними - интроны. Прежде чем мРНК покинет ядро клетки, помогите молекулам удалить ее интроны и сшить вместе ее экзоны. Ученые называют это сплайсингом мРНК.
Одни и те же мРНК могут сращиваться разными способами. Это часто происходит в разных тканях (возможно, в коже, мозге или печени). Это как будто читатели "говорят" на разных языках и по-разному интерпретируют одно и то же сообщение ДНК. Это один из способов, как организм может иметь больше белков, чем генов.
https://bitly.su/hSaJi3Bq
Переключатель ДНК
Есть другой способ. Большинство генов имеют несколько переключателей. Переключатели определяют, где мРНК начинает считывать последовательность ДНК и где она останавливается. Различные стартовые или конечные сайты создают различные белки, некоторые длиннее и некоторые короче. Иногда транскрипция не начинается до тех пор, пока несколько химических веществ не присоединятся к последовательности ДНК. Эти сайты связывания ДНК могут находиться далеко от гена, но все равно влиять на то, когда и как клетка читает свое сообщение.
Вариации сращивания и переключатели генов приводят к образованию различных мРНК. И они транслируются в различные белки. Белки также могут измениться после того, как их строительные блоки будут собраны в цепочку. Например, клетка может добавлять химические вещества для придания белку новой функции.
ДНК содержит больше, чем строительные инструкции.
Создание белков далеко не единственная роль ДНК. Фактически, только один процент ДНК человека содержит экзоны, которые клетка преобразует в белковые последовательности. Оценки доли ДНК, контролирующей экспрессию генов, варьируются от 25 до 80 процентов. Точного числа ученые пока не знают, потому что эти регуляторные области ДНК найти сложнее. Некоторые из них являются генетическими переключателями. Другие делают молекулы РНК, которые не участвуют в создании белков.
Контролировать экспрессию генов почти так же сложно, как дирижировать большим симфоническим оркестром. Просто подумайте, что нужно сделать, чтобы одна оплодотворенная яйцеклетка превратилась в младенца в течение девяти месяцев.
Так имеет ли значение, что у водных блох больше генов, кодирующих белки, чем у людей? Не совсем. Большая часть нашей сложности скрывается в регуляторных областях нашей ДНК. И расшифровка этой части нашего генома будет занимать ученых долгие, долгие годы.