بیان ژن

بیان ژنها شامل دو مرحله می‌باشد. ابتدا از روی ژنها RNAها رونویسی می‌شوند و سپس به پروتئین ترجمه می‌شوند
بیان ژن فرایندی است که در آن اطلاعات درون ژن استفاده می‌شود تا یک محصول کاربردی از آن بدست آید. محصول ژنها عمدتا آمینو اسیدی هستند و از محصولات غیر آمینو اسیدی 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 عموما 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 پایه‌ای است برای تفاوتهای سلولی(تمایز)، دگرگونی(تکامل) و مهارت تطبیق ارگانیسم‌ها با شرایط جدید.از آنجا که تمام سلول‌های بدن ما از یک سلول مشتق شده‌اند تفاوت‌ها و تمایزات بین سلول‌ها حاصل از بیان شدن یا نشدن قسمت‌هایی از ژن است. تنظیم ژن همچنان می‌تواند به عنوان یکی از زیر لایه‌های تکامل در نظر گرفته شود زیرا 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. در واقع کدهای ژنتیکی که در رشته‌های DNA ذخیره شده‌اند 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 توالی‌های کشیده شده‌ای از DNA است که اطلاعات ژنتیکی را در خود نگهداری می‌کند که به وسیله کدهای ژنتیکی ذخیره شده‌اند. هر مولکول 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 RNA polymerase انجام می‌شود که در هر لحظه یک نکلئوتیدRNA را به رشته RNA درحال تولید، اضافه می‌کند. رشته RNA تولید شده مکمل رشته DNA ایست که از روی آن رونویسی انجام شده تنها با این تفاوت که در آن در مقابل باز آدنین (A) به جای تیمین(T) از یوراسیل(U) استفاده می‌شود. عمل رونویسی در پروکاریوت‌ها به وسیله یک پلی مراز انجام می‌شود اما در یوکاریوتها این عمل به وسیله سه پلی مراز مختلف صورت می‌گیرد که پلی مراز اول برای رونویسی rRNAها است و پلی مراز 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 می‌یابد.
پردازش RNA
یک نمایش ساده از شیوه جداسازی exonهای حاوی اطلاعات
در پروکاریوتها محصول مستقیم رونویسی از روی ژن‌ها(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 یوکاریوت‌ها 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 RNA‌ها باید به محلهای خاصی از سیتوپلاسم منتقل شوند مانند سیناپسها.
ترجمه
در طی فرایند ترجمه tRNA‌ها با پروتئین مربوط به خود شارژ می‌شوند و سپس به درون ریبوزوم منتقل می‌شوند و با کودون مربوطه تطبیق پیدا می‌کنند و آمینو اسید خود را به زنچیره پروتئنی اضافه می‌کند.
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 کدهای سه تایی به نام کودون(codon) که پشت سرهم قرار دارند ذخیره شده‌است.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 بر روی mRNA به هم متصل می‌شوند وتوالی پروتئینی به دست می‌آید. از روی هر رشته mRNA می‌توان تعداد زیادی توالی پروتئین ساخت.