بیان ژن فرایندی است که در آن اطلاعات درون ژن استفاده میشود تا یک محصول
کاربردی از آن بدست آید. محصول ژنها عمدتاً پروتئین‌ها هستند و از محصولات
غیر پروتئینی میتوان به rRNA،tRNA،snRNA اشاره کرد. فرایند بیان ژن به
وسیله تمام یوکاریوتها و پروکاریوتها (باکتری‌ها و..). مراحل مختلفی را
میتوان برای فرایند بیان ژن در نظر گرفت که عموماً شامل رونویسی، اتصال
RNA، ترجمه و تغییرات بعد از ترجمه یک پروتئین می‌باشد. تنظیم ژن به سلول
این امکان را می‌دهد تا بتواند ساختار و کاربرد خود را کنترل کند و این
مسئله پایه ای است برای تفاوتهای سلولی، دگرگونی(تکامل) و مهارت تطبیق
ارگانیسم ها با شرایط جدید. تنظیم ژن همچنان می‌تواند به عنوان یکی از زیر
لایه های تکامل در نظر گرفته شود چونکه کنترل زمان بندی، مکان و مقدار ژن
می‌تواند تاثیرات مهمی در عملکرد ژنها درون سلول یا کل ارگانیسم پرسلولی
داشته باشد. درعلم ژنتیک، بیان ژن یکی از مهمترین مسائل بنیادی است که کمک
میکند تا ژنوتیپ به صورت فنوتیپ ظاهر شود. درواقغ کدهای ژنتیکی که در رشته
های DNA ذخیره شده اند به وسیله بیان ژن تفسیر میشوند و خصوصیات و نحوه
بیان ژن باعث بوجود آمدن فنوتیپ در ارگانیسم خواهد شد.
مکانیزم
رونویسی
فرایند رونویسی از روی DNA به وسیله RNA polymerase انجام میشود.
ژنها توالی های کشیده شده ای از DNA است که اطلاعات ژنتیکی را در خود
نگه داری میکند که به وسیله کدهای ژنتیکی زخیره شده اند. هر ملکول DNA شامل
دو رشته است که هر کدام دو سر ۳’،۵’ دارند. مناطق کدینگ شامل اطلاعات
ژنتیکی هستند و قسمتهای که اطلاعات ژنتیکی ندارند در تولید RNAها کمک
میکنند. تولید یک کپی RNA از روی DNA را مرحله رونویسی مینامیم، این فرایند
به وسیله ی RNA polymerase انجام میشود که در هر لحظه یکه نکلئوتیدRNA را
به رشته ی RNA درحال تولید، اضافه میکند. رشته ی RNA بارشته ی DNA اصلی
یکسان است تنها با این تفاوت که در آن به جای تیمین(T) از یوراسیل(U)
استفاده شده است عمل رونویسی در پروکاریوت ها به وسیله یک پلیمراز انجام
میشود اما در یوکاریوتها این عمل به وسیله سه پلیمراز مختلف صورت میگیرد که
پلیمراز اول برای رونویسی rRNAها است و پلیمراز دوم برای رونویسی mRNA،
snRNAو.. استفاده میشود و پلیمراز سوم در ترجمه tRNA، rRNA کاربرد دارد. عمل رونویسی پس از رسیدن به یک توالی مشخص خاتمه می یابد.
پردازش RNA
یک نمایش ساده از شیوه جدا سازی exonهای حاوی اطلاعات
در پروکاریوتها محصول مستقیم رونویسی از روی ژن ها(ژنهایی که محصول آنها
پروتئین است)،mRNA است اما در یوکاریوتها ابتدا یک pre-mRNA ساخته میشود
که پس از انجام یکسری عملیات به mRNA تبدیل خواهد شد. در این فرایند تبدیل
بخشهایی از pre-mRNAکه حاوی اطلاعات نیستند(intron) حذف میشوند وتعدادی از
exonها که نواحی دارای اطلاعات ژنتیکی هستند به هم متصل میشوند تا mRNA
نهایی به دست آید.
خارج شدن RNA از هسته
در یوکاریوت ها بیشتر RNAها باید از هسته خارج شوند و به محیط سیتوپلاسم
وارد شوند که تمام RNAهایی که محصول نهایی آنها پروتئین است از این دسته
میباشند. گاهی نیز برخی از RNA ها باید به محلهای خاصی از سیتوپلاسم منتقل شوند مانند سیناپسها.
ترجمه
در طی فرایند ترجمه tRNA ها با پروتئین مربوط به خود شارژ میشوند وسپس به
درون ریبوزوم منتقل میشوند و با کودون مربوطه تطبیق پیدا میکنند و آمینو
اسید خود را به زنچیره پروتئنی اضافه می کند.
برای برخی از ژنها محصول نهایی همان RNA ای است که در مراحل قبل تولید
شده، اما برای بسیاری مانند mRNAها این آخرین مرحله نیست.mRNAها ه همراه
خود کد یک یا چند توالی پروتئین را حمل میکنند. در هر توالی mRNA اطلاعات
ژنتیکی به وسیله ی کدهای سه تایی به نام کودون(codon) که پشت سرهم قرار
دارند ذخیره شده است.در فضای سیتوپلاسم برای هر کدام از این کودونها یک
tRNA با یک ستایی مکمل وجود دارد که همراه خود آمینو اسید مشخصی را حمل میکند. سپس این آمینواسیدها
به وسیله یک ریبوزوم و همچنین ترتیب کودونها برروی mRNA به هم متصل میشوند
وتوالی پروتئینی به دست می آید. از روی هر رشته ی mRNA میتوان تعداد زیادی
توالی پروتئین ساخت.
