Gen Ekspresyonunun Düzenlenmesi

 Her insan hücresinin yaklaşık 22.000 farklı geni vardır ve en basit prokaryotik hücreler bile genellikle en az bin gen içerir. Tüm genler aynı anda aktif olsaydı, sonuç kaos olurdu. Bunun yerine, hücreler, genlerin Her insan hücresinin yaklaşık 22.000 farklı geni vardır ve en basit prokaryotik hücreler bile genellikle en az bin gen içerir. Tüm genler aynı anda aktif olsaydı, sonuç kaos olurdu. Bunun yerine, hücreler, genlerin ne zaman etkinleştirildiğini, yani kopyalanıp çevrildiğini kontrol eder, böylece doğru miktarda farklı protein yapılabilir. Ayrıca bazı proteinlere sürekli ihtiyaç duyulurken, bazılarına ise sadece belirli koşullar altında ihtiyaç duyulur. Birçok bakteri, mevcut besinlerden yararlanmak için metabolik aktivitelerini değiştirerek dış koşullardaki değişikliklere uyum sağlar. Hatta bazıları yiyecek kıtlaştığında uykuya dalar veya sporlar oluşturur. Bu hücrelerin besin bolken uyku durumuna hazırlanmaları, besin yokken metabolik enzimler üretmeleri verimli olmaz. Peki bakteri hücreleri hangi genlerin devreye girip hangi genlerin devre dışı bırakılacağına nasıl karar veriyor? En yaygın mekanizma, belirli DNA dizilerini tanıyan ve yakındaki genlerin transkripsiyonunu teşvik etmek veya önlemek için onlara bağlanan birkaç düzenleyici protein içerir. 

Ökaryotik hücreler de aynı şeyi yapar, ancak tipik olarak, genleri açmak veya kapatmak için belirli DNA segmentlerine bağlanarak işlev gören, transkripsiyon faktörleri adı verilen bu düzenleyici proteinlerden çok daha fazlasına sahiptirler. Çoklu transkripsiyon faktörleri genellikle birlikte çalışır, böylece bir hücrede tam olarak hangi transkripsiyon faktörlerinin bulunduğuna bağlı olarak, gen ekspresyon hızı ince ayarlanabilir. Bu mekanizma, bir hücreye, tek bir prokaryotik düzenleyici protein tarafından sağlanan basit açma/kapama anahtarından daha fazla seçenek sunar. Gen ekspresyonunu düzenlemek için transkripsiyon faktörlerini kullanmanın yanı sıra ökaryotik hücreler, mRNA'nın ne kadar hızlı işlendiğini, ne sıklıkta çevrildiğini ve ne kadar hızlı bozulduğunu kontrol edebilir. Çok hücreli ökaryotlar ek bir zorlukla karşı karşıya: belirli hücre türlerinde genleri açmak ve diğerlerinde onları kapalı tutmak. Örneğin, cilt hücreleri, cildin dış katmanlarını sert ve su geçirmez hale getiren lifli protein olan keratin için genleri açar. Kas hücrelerinin keratine ihtiyacı yoktur, ancak kasların kasılmasına izin veren proteinler olan miyozin ve aktine ihtiyaç duyarlar. Organizmanın tüm hücreleri aynı DNA'yı içerir, ancak her gen her hücrede ifade edilmez. Hücreler belirli genleri nasıl açık veya kapalı tutar? Çoğunlukla sessiz olan genleri içeren kromozom bölgeleri, elektron mikrograflarında koyu görünen ve esas olarak çekirdeğin kenarında bulunan yoğun bir kromatin formunda paketlenebilir. Paketlenmiş genlere RNA oluşturan makineler tarafından ulaşılamaz. Daha hafif ve çekirdeğin merkezine daha yakın görünen daha az yoğun kromatin, aktif olarak kopyalanan genleri içerir. Farklı DNA paketleme dereceleri, DNA'nın nükleozomlarda ne kadar sıkı bir şekilde paketlendiğine bağlıdır. Bu da nükleozom proteinlerinde ve DNA'nın kendisinde kimyasal modifikasyonlara bağlıdır. Kimyasal modifikasyon, doğrudan DNA'ya bağlanan küçük metil grupları (-CH3) şeklini alabilir ve ayrıca nükleozom proteinlerinde bir dizi farklı kimyasal değişiklik içerir. Epigenetik adı verilen çok aktif bir araştırma alanı, kimyasal modifikasyonların “kodunun” kilidini açmaya ve bunun gen ifadesini nasıl kontrol ettiğini keşfetmeye adanmıştır. Bir hücre bölündüğünde, her yeni yavru hücredeki kromozomlar, ana hücredeki genetik bilginin kimyasal olarak değiştirilmiş durumunu hatırlıyor gibi görünür. Sonuç olarak, iki yeni hücre, aynı aktif ve inaktif gen seti ile hayata başlar ve bu nedenle ana hücre ile aynı işlevleri yerine getirebilir.