Genetyka

W organizmie wielokomórkowym komórki każdego rodzaju mają charakterystyczny kształt, typ aktywności i swoisty zestaw białek. Wszystkie komórki danego organizmu, z nielicznymi wyjątkami, zawierają jednak tę samą informację genetyczną. Dlaczego zatem nie są identyczne pod względem struktury i składu chemicznego? Komórki różnią się, ponieważ ekspresja genów podlega regulacji, a w każdej z nich aktywna jest tylko część informacji genetycznej. Na czym polega regulacja ekspresji genów? Rozważmy gen kodujący białko enzymatyczne. Jego ekspresja obejmuje trzy etapy: powstania informacyjnego RNA w wyniku transkrypcji, translacji informacji z mRNA na białko i wreszcie aktywacji białka, aby było zdolne do katalizowania określonej reakcji w komórce. Ekspresja genów jest więc wynikiem serii procesów, z których każdy może być regulowany na wiele różnych sposobów. Mechanizmy kontroli wymagają informacji w postaci różnych sygnałów, z których niektóre pochodzą z samej komórki, inne z innych komórek, a jeszcze inne ze środowiska zewnętrznego. Sygnały te wpływają na DNA, RNA lub białka. Jedne z głównych mechanizmów regulacji ekspresji genów opierają się na kontroli: ilości mRNA transkrybowanego na bazie genu, szybkości translacji mRNA oraz aktywności produktu białkowego. Taka regulacja może działać w różny sposób. Na przykład ilość mRNA w komórce zależy od tempa jego transkrypcji i degradacji. Mimo że bakterie nie są organizmami wielokomórkowymi, regulacja ekspresji genów jest także bardzo istotna dla ich przetrwania. Na przykład wydajność energetyczna i ekonomiczne wykorzystanie dostępnych zasobów są kluczowe dla właściwego funkcjonowania komórek bakteryjnych. Regulacja ekspresji często więc dotyczy u nich transkrypcji genów, których produkty biorą udział w wykorzystaniu zasobów.