DNA, chromosomy i ekspresja genów

Słyszymy o DNA cały czas, czy to w wiadomościach, czy w najnowszym serialu kryminalnym w telewizji. Ale czym dokładnie jest DNA? Gdzie można je znaleźć? Dlaczego jest ważne? Aby odpowiedzieć na te pytania, musimy przyjrzeć się bliżej wnętrzu naszych komórek.

DNA jest przechowywane w chromosomach

Nasze ciała składają się z bilionów komórek. Każda komórka zawiera wiele różnych organelli, które odgrywają ważną rolę w funkcjonowaniu komórki, np. w rozkładaniu odpadów lub wytwarzaniu energii.

Jądro komórkowe jest najważniejszą organellą i to właśnie w nim znajduje się nasze DNA (kwas dezoksyrybonukleinowy) upakowane ciasno w struktury zwane chromosomami. Chromosomy to długie, nitkowate struktury zbudowane z cząsteczki DNA i białka. Podczas podziału komórki, chromosomy zwijają się ciasno w kształt litery X i są lepiej widoczne pod mikroskopem. Ludzkie komórki mają 23 pary chromosomów.

DNA jest zorganizowane w geny

Każdy chromosom składa się z cząsteczki DNA, ale jak właściwie wygląda cząsteczka DNA i jak przechowuje informacje?

Cząsteczka DNA składa się z serii nukleotydów ułożonych w 2 nici, które przypominają drabinę i skręcają się, tworząc podwójną helisę.

Nukleotydy składają się z zasady, cukru i fosforanu. 4 zasady – adenina (A), guanina (G), cytozyna (C) i tymina (T) – łączą się ze sobą w pary (A z T i G z C). To właśnie kolejność tych par zasad dostarcza informacji potrzebnych do wzrostu i rozwoju naszego ciała. Pomocne może być wyobrażenie sobie zasad jako liter w alfabecie, które tworzą słowa, gdy występują w określonej kolejności. Te „słowa” nazywane są genami i działają jak zestaw instrukcji dla naszych komórek.

Wyrażanie genów

Dzięki temu, że ludzki genom został zsekwencjonowany, wiemy, że ludzie mają około 25 000 genów. Każdy gen dostarcza instrukcji dla unikalnego białka (a czasami dla wielu wersji tego białka). Kiedy gen produkuje białko w komórce, mówimy, że gen ulega ekspresji.

Ekspresja genu składa się z dwóch głównych etapów. Po pierwsze, wyspecjalizowane struktury komórki odczytują gen i wykorzystują tę informację do wytworzenia komunikatu molekularnego w postaci cząsteczki mRNA (posłaniec kwasu rybonukleinowego) – proces ten nazywamy transkrypcją. Następnie cząsteczka mRNA przemieszcza się z jądra do cytoplazmy komórki. Rybosom odczytuje wiadomość i wytwarza białko, które dokładnie odpowiada instrukcjom zakodowanym w genie – proces ten nazywamy translacją

Każda komórka Twojego ciała (poza gametami) zawiera to samo DNA i w konsekwencji te same geny. Jednak nie każdy gen ulega ekspresji w każdej komórce. Kiedy dany gen ulega ekspresji, mówimy, że jest on „włączony”. Kiedy gen jest włączony, wytwarza białka, które w jakiś sposób wpływają na funkcjonowanie lub rozwój organizmu.

Decydowanie o tym, czy gen jest włączony czy wyłączony, jest bardzo specyficznym i złożonym procesem. Jest on regulowany przez wskazówki z wewnątrz i z zewnątrz komórek i skutkuje niesamowitą różnorodnością komórek, które widzimy w naszych ciałach. Na przykład geny, które kodują białka mięśniowe, takie jak aktyna i miozyna, ulegają ekspresji tylko w komórkach mięśniowych, a nie w innych komórkach ciała, mimo że geny są obecne w tych innych komórkach.