Kerngen - Nuclear gene

Ein nukleäres Gen ist ein Gen, das sich im Zellkern eines Eukaryoten befindet . Der Begriff wird verwendet, um nukleare Gene von den Genen der endosymbiotischen Organelle , also Genen im Mitochondrium , und im Fall von Pflanzen und Algen, den Chloroplasten zu unterscheiden , die ihr eigenes genetisches System beherbergen und Proteine ​​von Grund auf produzieren können. Ein nukleäres Gen ist nur einer der genetischen Bausteine ​​des gesamten Genoms eines eukaryotischen Organismus .

Struktur

Eukaryotische Genome haben ausgeprägte Chromatinstrukturen höherer Ordnung , die eng gepackt und letztendlich in einem bestimmten Konstrukt organisiert sind, das funktionell mit der Genexpression zusammenhängt. Diese Strukturen dienen dazu, das Genom in stark komprimierter Form in den Zellkern zu verpacken und gleichzeitig sicherzustellen, dass bei Bedarf auf das Gen zugegriffen werden kann, beispielsweise während der Gentranskription , Replikation und DNA-Reparatur . Die Funktion des Genoms hängt direkt mit diesem Organisationssystem zusammen, in dem es eine Reihe komplexer Mechanismen und biochemischer Wege gibt, die die Expression einzelner Gene innerhalb des Genoms beeinflussen können. Der Kern enthält auch eine Reihe von unterschiedlichen subnuklearen Brennpunkten, die als Kernkörper bekannt sind, bei denen es sich um dynamisch kontrollierte Strukturen handelt, die dazu beitragen, dass zahlreiche Kernprozesse effizienter ablaufen. Aktive Gene könnten beispielsweise aus chromosomalen Regionen wandern und sich in subnukleäre Herde konzentrieren, die als Transkriptionsfabriken bekannt sind.

Endosymbiotische Organelleninteraktionen

Obwohl sie innerhalb der Zelle voneinander getrennt sind, können sich nukleare Gene und die Gene von Mitochondrien und Chloroplasten auch auf verschiedene Weise gegenseitig beeinflussen. Nukleare Gene spielen eine wichtige Rolle bei der Expression von Chloroplasten-Genen und mitochondrialen Genen. Darüber hinaus können Genprodukte der Mitochondrien selbst die Expression von Genen im Zellkern beeinflussen. Dies kann sowohl durch Metaboliten als auch durch die Translokation bestimmter Peptide von den Mitochondrien in den Zellkern erfolgen, wo sie dann die Genexpression beeinflussen können.

Proteinsynthese

Die Mehrheit der Proteine ​​in einer Zelle ist das Produkt von Boten-RNA, die von nuklearen Genen transkribiert wird , einschließlich der meisten Proteine ​​der Organellen, die wie alle nuklearen Genprodukte im Zytoplasma produziert und dann zu den Organellen transportiert werden. Gene im Zellkern sind linear auf Chromosomen angeordnet , die als Gerüst für die Replikation und die Regulation der Genexpression dienen . Als solche unterliegen sie normalerweise einer strengen Kopienzahlkontrolle und replizieren ein einziges Mal pro Zellzyklus. Nukleare Zellen wie Blutplättchen besitzen keine nukleäre DNA und müssen daher alternative Quellen für die RNA haben, die sie zur Erzeugung von Proteinen benötigen.

Bedeutung

Viele nuklear-abgeleitete Transkriptionsfaktoren haben eine Rolle bei der Expression der Atmungskette gespielt. Diese Faktoren können auch zur Regulierung der mitochondrialen Funktionen beigetragen haben. Nuclear Respiratory Factor (NRF-1) fusioniert mit respiratorischen kodierenden Genproteinen, mit dem geschwindigkeitsbestimmenden Enzym in der Biosynthese und mit Elementen der Replikation und Transkription von mitochondrialer DNA oder mtDNA . Der zweite nukleare Atmungsfaktor (NRF-2) ist notwendig, um die Produktion von Cytochrom-c-Oxidase-Untereinheit IV (COXIV) und Vb (COXVb) zu maximieren.

Das Studium von Gensequenzen zum Zwecke der Artbildung und Bestimmung genetischer Ähnlichkeit ist nur eine der vielen Anwendungen der modernen Genetik, und die Rolle, die beide Arten von Genen in diesem Prozess spielen, ist wichtig. Obwohl sowohl nukleäre Gene als auch solche in endosymbiotischen Organellen die genetische Ausstattung eines Organismus darstellen, gibt es verschiedene Merkmale, die besser beobachtet werden können, wenn man eines im Vergleich zum anderen betrachtet. Mitochondriale DNA ist nützlich bei der Erforschung der Artbildung, da sie dazu neigt, sich als erste bei der Entwicklung einer neuen Spezies zu entwickeln, die sich von den Chromosomen der Kerngene unterscheidet, die einzeln untersucht und analysiert werden können, und jedes gibt seine eigene potenzielle Antwort auf die Artbildung eines relativ neu entwickelten Organismus.

Da Kerngene die genetische Grundlage aller eukaryotischen Organismen sind, beeinflusst alles, was ihre Expression beeinflussen kann, direkt die Eigenschaften dieses Organismus auf zellulärer Ebene. Die Wechselwirkungen zwischen den Genen endosymbiotischer Organellen wie Mitochondrien und Chloroplasten sind nur einige der vielen Faktoren, die auf das Kerngenom einwirken können.

Verweise