Gene Expression

คำอธิบายชั้นเรียน

การที "ยีน" จะสามารถทำหน้าที่กำหนดลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตได้นั้น ข้อมูลทางพันธุกรรมที่อยู่ในยีนต้องถูกถ่ายทอดจาก DNA สู่ RNA และจาก RNA สู่โปรตีน ทั้งนี้เนื่องจาก RNA และโปรตีนจะทำงานร่วมกันในการกำหนดลักษณะเฉพาะของสิ่งมีชีวิตแต่ละชนิด ดังนั้นการถ่ายทอดข้อมูลทางพันธุกรรมจากยีน (หรือ DNA) ไปสู่ RNA และโปรตีน ซึ่งเรียกว่าการแสดงออกของยีน จึงมีความสำคัญมากในการทำให้ยีนสามารถกำหนดลักษณะทางพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตได้

การแสดงออกของยีนเกิดจากกระบวนการถ่ายทอดข้อมูลจาก DNA ไปยัง RNA เรียกว่าการลอกรหัส(Transcription) ซึ่งเป็นกระบวนการที่ใช้ DNA เป็นต้นแบบในการสังเคราะห์ RNA ซึ่งกระบวนการ Transcription นั้นประกอบไปด้วยกระบวนการที่สำคัญ 3 ขั้นตอนคือ Initiation Elongation และ Termination โดยภายหลังจากมีการลอกรหัสแล้วก่อนจะมีการแปลรหัส (Translation) ไปเป็นโปรตีน จะมีกระบวนเปลี่ยนแปลง RNA ที่สังเคราะห์ได้รวมทั้งมีกลไกในการควบคุมการแสดงออกของยีน โดยที่กระบวนการ ลอกรหัส การเปลี่ยนแปลง RNA และการควบคุมการแสดงออกของยูคาริโอตจะมีกลไกที่ซับซ้อนกว่าโปรคาริโอต

ในโปรคาริโอตจะมีการแสดงออกที่มีผลควบคุมมาจากยีนที่เป็นลักษณะเป็นกลุ่มเรียกว่า โอเพอรอน (operon) ซึ่งประกอบด้วยยีนโครงสร้าง (structural gene) ยีนควบคุม (regulatory gene) และบริเวณบังคับการ (control site) ซึ่งแบ่งเป็นสองส่วนย่อยคือ ยีนส่งเสริม (promoter gene, p) และยีนดำเนินการ (operator gene, o) ยีนควบคุมและยีนโครงสร้างจะมีข้อมูลพันธุกรรมที่จะถูกถอดรหัสเป็น mRNA แล้วแปลเป็นลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนต่อไป เช่น การควบคุมการแสดงออกของ Lac Operon ส่วนในการควบคุมการแสดงออกของยีนในยูคาริโอตจะซับซ้อนกว่าในโปรคาริโอต เนื่องจากจีโนมของยูคาริโอตมียีนมากกว่าในโปรคาริโอตมาก ยีนทั้งหมดนี้ไม่ได้ทำงานพร้อมกัน ซึ่งยีนแต่ละยีนนั้นจะมีการแสดงออกแตกต่างกันตามเวลาและสภาวะของเซลล์ นอกจากนี้การที่เซลล์ยูคาริโอตมีเยื่อหุ้มนิวเคลียส จึงทำให้กระบวนการถอดรหัสเกิดในนิวเคลียส และกระบวนการแปลรหัสเกิดในไซโตพลาสซึมแยกจากกันเด็ดขาด มิได้เกิดต่อเนื่องกันอย่างในโปรคาริโอต ลักษณะที่แตกต่างระหว่างพันธุกรรมของยูคาริโอต และโปรคาริโอตที่สำคัญอีกประการหนึ่ง คือ ยีนของยูคาริโอตจะอยู่แยกเป็นส่วนๆ ที่เรียกว่าเอกซอน (exon) ซึ่งต้องมีกระบวนการตัดอินทรอน (intron) ออกและเชื่อมเอกซอนเข้าด้วยกัน เช่น การควบคุมการแสดงออกของฮอร์โมนกระตุ้นการเติบโต (Growth hormone) ด้วยกลไกพื้นฐานที่แตกต่างกันมากระหว่างยูคาริโอต และโปรคาริโอต จึงทำให้การควบคุมการแสดงออกของยีนในยูคาริโอตมีความยุ่งยาก และแตกต่างจากโปรคาริโอต ซึ่งในยูคาริโอตมีการควบคุมการแสดงออกของยีน ทั้งในขั้นถอดรหัสและแปลรหัส