Geenit ja niistä valmistuvat tuotteet
Perustieto geeneistä ja niiden käytöstä auttaa ymmärtämään geneettisten eli perimään liittyvien sairauksien/oireyhtymien mahdollisia taustasyitä, mutta myös sen kuinka ihmeellistä on, että niin moni asia toimii kehossamme moitteettomasti, ja että olemme jokainen niin ainutlaatuisia.
Mikä on geeni?
Geenit ovat biologisen tiedon yksiköitä perimässä eli DNA:ssa. Geenit ovat eripituisia ja ne on kirjoitettu neljän kemiallisen yhdisteen, emäsmolekyylien Adeniini (A), Tymiini (T), Sytosiini (C) ja Guaniini (G), avulla kuin sanoiksi perimäämme. Ihmisen geenien pituus vaihtelee 14 emäsparista 2,3 miljoonaan emäspariin. (Molekyylibiologiassa puhutaan emäspareista DNA:n kaksoiskierteisen luonteen vuoksi. Siksi DNA:n yhteydessä käytetään usein termiä emäsparit. ks. kuva 2). Koko perimämme käsittää noin 19 900 – 46 000 tunnistettua geeniä, riippuen siitä miten geeni määritellään.
Perimän emäsjärjestys (A, T, C, G) vaihtelee jonkin verran yksilöstä toiseen. Näitä saman geenin tai perimän muiden alueiden eri muotoja kutsutaan varianteiksi tai normaalivariaatioksi. Jokainen yksittäinen geeni tuottaa omanlaisensa geenituotteen, joka ohjaa solun rakennetta ja toimintaa. Näin ”Leivotaan ihminen” – ks. Harvinaiskeskus Norion tuottamat lastenkirjat perimästä ja perinnöllisyydestä.
Perimme jokaista yksittäistä geeniä kaksi kappaletta, toisen äidiltä ja toisen isältä. Nämä vastingeenit ja eri vastingeenien yhdistelmät säätelyalueineen luovat meistä jokaisesta ainutlaatuisen yksilön.
Mitä ovat perimän ei-koodaavat alueet?
Geenien ilmentymiseen vaikuttavat perimässämme olevat ei-geenejä koodaavat alueet. Nämä nk. ei-koodaavat alueet käsittävät geenien luennan säätelyalueita, jotka määrittelevät esimerkiksi, kuinka usein geenejä luetaan geenituotteeksi. Lisäksi ei-koodaavissa alueissa on runsaasti perimän ”tekstiä”, jonka kaikkea tarkoitusta emme vielä ymmärrä. Kliinisesti näiden alueiden merkitsevyys on alkanut vasta nyt hahmottua. Ei-koodaavat alueet käsittävät perimästämme jopa 98 prosenttia.
Mitä ovat geenituotteet?
Geenituotteet ovat rakenteeltaan joko ribonukleiinihappoja eli RNA-molekyylejä tai proteiineja eli valkuaisaineita. Jokaisella geenituotteella on omat rakenteensa ja tehtävänsä soluissa. Niiden avulla säädellään mm. yksilön kasvua, kehitystä ja toimintaa sekä luodaan erilaisia rakenteita ja toiminnallisia molekyylejä solujen sisä- ja ulkopuolelle.
Geenituotteet, RNA-molekyylit ja proteiinit, toimivat soluissa usein yhdessä. Yhden geenituotteen toiminta vaikuttaa usein siis monien muidenkin geenituotteiden toimintaan. Vastaavasti mutaatio, joka muuttaa geenituotteen rakennetta ja/tai toimintaa, voi myös johtaa muutoksiin monien muiden geenituotteiden rakenteessa tai toiminnoissa.
Yksittäisissä soluissa luetaan geenituotteiksi vain harvoin kaikkia perimän noin 19 900-46 000 geeniä. Arviot geenimääristä, joita solu käyttää aktiivisesti kerrallaan, on 400-1700. Geenejä käytetään siis valikoiden, kunkin solun sen hetkisen tarpeen mukaan. Esimerkiksi maksasolujen geenituotteet eroavat hermosolujen käyttämistä. Myös solujen ja solujen ulkopuolen muuttuvat olosuhteet vaikuttavat siihen mitä geenejä eri soluissa ja elimissä kulloinkin tarvitaan. DNA:n lukukoneistot mahdollistavat tämän kaiken: olemme yksi toimiva ja monipuolinen kokonaisuus.
Miten geenit ilmentyvät?
Perimän tieto muuttuu hyödylliseksi vasta kun sitä käytetään, toisin sanoen silloin, kun geenejä luetaan geenituotteiksi. Periaate on sama kuin minkä tahansa kirjoitetun tekstin kohdalla – teksti saa merkityksen vain, jos sitä luetaan. Geenitiedon valjastamisesta solun käyttöön vastaavat solun monimutkaiset DNA:n lukukoneistot ja niitä säätelevät RNA:t ja proteiinit, joita kutsutaan transkriptiofaktoreiksi tai toiselta nimeltään transkriptiotekijöiksi (engl. transcription factors). Nämä edellä mainitut geeniluennan elementit säätelevät yhdessä, mitä geenejä kussakin solussa luetaan ja kuinka usein.
Valikoivan geenitiedon käytön ansiosta soluissa valmistuu kokoelma erilaisia geenituotteita, jotka tekevät soluista erilaisia. Esimerkiksi hermosoluissa ei lueta geenejä, joiden avulla valmistettaisiin ruuansulatusta edistäviä sappisuoloja, toisin kuin maksasoluissa. Näin ei siis tapahdu siitäkään huolimatta, että hermosolujen perimästä löytyvät sappisuolojen valmistukseen tarvittavat geenit. Toisissa soluissa siis tiettyjä geenejä luetaan geenituotteiksi luontaisesti paljon, toisissa ei lainkaan, ja näistä tapahtumista huolehtivat geenien luentaa säätelevät alueet DNA:ssa ja niihin sitoutuvat tekijät, RNA-molekyylit ja proteiinit.
Miten geenituotteita valmistetaan soluissa?
Kaikki elimistön RNA-molekyylit (RNA-rakenteiset geenituotteet) valmistuvat transkriptioksi kutsutussa prosessissa (engl. transcription), jossa DNA:n sisältämä tieto muutetaan RNA-molekyyleiksi. Jos geenituote on rakenteeltaan proteiini, geenituotteen valmistus tarvitsee transkription lisäksi myös toisen valmistusprosessin, translaation (engl. translation). Siinä transkriptio-vaiheessa valmistunutta RNA-välivaihetta, lähetti-RNA-molekyyliä eli mRNA:ta, käytetään translaatiossa apuna varsinaisen proteiinituotteen valmistamiseksi (ks. kuva 3).
Proteiinit koostuvat aminohapoista, ja mRNA ohjeistaa translaatiokoneistoa liittämään yksittäiset aminohapot oikeassa järjestyksessä toisiinsa kiinni, aivan kuin yksittäiset helmet helminauhaan tietyssä järjestyksessä. Translaation lopputuloksena syntyy aminohappoketju, josta lopullinen proteiinirakenteinen geenituote lopulta muodostuu. Soluissa sekä RNA:sta että proteiinista koostuvia geenituotteita muokataan usein vielä monin eri tavoin ennen kuin ne saavuttavat lopullisen biologisen aktiivisuutensa.
Voit jatkaa lukemista siitä mitä ja millaisia DNA:n emäsjärjestyksen muutokset eli mutaatiot ovat tai tutustua kromosomeihin osiosta Kromosomit.
Takaisin sisällysluetteloon.
Päivitetty helmikuussa 2022.