У гена есть структура и функции.

У гена есть структура и функции.

Структура – это то, из чего состоит и как организован ген, функции – что и как он делает

Термин «ген» предложил датский ученый В. Иогансен 1909г.

Г.Мендель ввел понятие «Наследственный фактор»

На основе точных экспериментов сделал обобщения относительно свойств и поведения их при передачи от родителей потомкам. Эти обобщения легли в основу теории гена.

Свойства наследственных факторов следующие:

• Наличие альтернативных наследственных факторов для развития каждого конкретного признака организма (в современном представлении доминантный и рецессивный аллели гена).

• Парность наследственных факторов, определяющих развитие признака (у диплоидного организма). Существенный вывод: наследуются не признаки, а передаются от родителей к потомкам вместе с гаметами гены.

• Дискретность и относительное постоянство гена. В гибридной зиготе рецессивный аллель не сливается и не смешивается с доминантным аллелем, а поступает в гамету F1 в чистом виде и, объединяясь с подобным аллелем при оплодотворении, проявляется как рецессивный признак в F2. Этот феномен в последующем получил название закон чистоты гамет.

Наследственный фактор к началу двадцатого века выступал как условная единица наследственности.

Дальнейшая конкретизация представлений о гене связана с работами школы американского ученого Т.Моргана.

Даказательства локализации генов в хромосоме:

• Гены, наследующиеся сцеплено с полом (локализация генов в половых хромосомах –Х или Y)

• Сцепленное наследование группы признаков в отличии от правил независимого наследования признаков Г.Менделя. Было показано наличие определенного числа групп сцепление генов, соответственно гаплоидному числу хромосом конкретного биологического вида.

• Обмен генами между гомологичным хромосомами (генетические и цитологические доказательства кроссинговера), приводящие к рекомбинации генов.

• Величина генетической рекомбинации (процента кроссинговера - перекреста) отражает расстояние между генами одной группы сцепления: чем больше отстоят друг от друга гены, тем больше процент кроссинговера. Гены в хромосоме располагаются в линейном порядке, и каждый ген имеет определенное местоположение – локус.

Итак, к концу 20-х годов ХХ века ген представляли как обособленный участок хромосомы, который контролирует один определенный признак, изменяющийся как единое целое и неделимое при кроссинговере.

В 1929 г. А.С. Серебровский и Н.П. Дубинин экспериментально доказали, что ген не представляет собой единицу мутации, он имеет сложную структуру – состоит из нескольких субъединиц, способных самостоятельно мутировать ( ступенчатый аллелизм, или Центровая теория гена ).

Эти ученые выявили сложное строение гена у дрозофилы, отвечающего за редукцию щетинок. Задний отдел груди имеет в норме 4 щетинки. Мутации отдельных участков этого сложного гена вызывают отсутствие разных щетинок. Такое явление было названо ступенчатым аллелизмом. На примере различных мутаций этого гена авторами было показано, что ген не всегда мутирует как единое целое: мутации могут затрагивать различные его участки.

Новаторская идея о делимости гена не сразу получила признание среди генетиков, однако множество данных, полученных на различных объектах, в конце концов убедили генетическое сообщество в том, что ген не является единицей мутации и рекомбинации.м. На примере различных мутаций этого гена авторами было показано, что не ген не всегда мутирует как едино

Несколько позже идея о сложном строении гена была подкреплена Э. Льюисом, М. Грином и другими учеными, исследовавшими внутригенный кроссинговер на дрозофиле.

Таким образом, ген представляли как участок хромосомы, контролирующий развитие конкретного признака, имеющий определенную линейную протяженность и способный мутировать в разных участках и быть разделенным кроссинговером. Ген комплексен, так как его отдельные участки могут различаться по функциям.

По Менделю 1 ген- 1 признак.

1902год А. Гаррод (английский врач) исследовал

родословные семей сАЛКАПТОНУРИЕЙ. Это болезнь наследуется по аутосомно-

рецессивному типу и связана с нарушением обмена веществ.

Обусловлена врожденной ошибкой метаболизма (пигментация соединительной ткани, артрит, моча черного цвета).

Повреждение одного гена вызывает отсутствие одной биохимической реакции. А так как биохимическая реакция катализируется ферментом то, предположил А.Гаррод, ген предопределяет наличие активного фермента.

В 40х годах XX века Дж. Бидл и Э. Тейтум выдвинули концепцию « 1 ген – 1 фермент».

Они использовали новый подход при изучении метаболизма у микроскопического грибка – нейроспоры. Д.Бидл и Э.Тейтум получали мутации, у которых отсутствовала активность того или иного фермента метаболизма. Это приводило к тому, что мутантный гриб был не способен сам синтезировать определенный метаболит и жил только тогда, когда этот метаболит добавляли в питательную среду. Так было сформулировано важнейшее положение биохимической генетики «один ген – один фермент». Это положение означает, что один ген кодирует фермент, катализирующий одну из биохимических реакций.

В последующем она была трансформирована в концепцию «один ген – одна полипептидная цепь».

В синтезе белка гемоглобина участвуют два неаллельных гена. Каждый отвечает за синтез своей полипептидной цепи. В цитоплазме клетки эти цепи объединяются, образуя функциональную структуру гемоглобина – тетрамер.

Белок гемоглобин

2 неаллельных гена

ген I ген β

I- полипептидная β - полипептидная

цепь цепь

(141 аминокислота) (146 аминокислот)

Две I цепи Две β цепи

тетрамер гемоглобина

Геном вирусов.

Генетический материал вирусов представлен одной молекулой нуклеиновой кислоты (ДНК и РНК), окруженной защитной белковой оболочкой – капсидом.

Вирусы

Структура гена вирусов.

Вирусы

Одноцепочечная Двуцепочечная Одноцепочечная Двуцепочечная

РНК РНК ДНК ДНК

(представляют собой

вариант соединенных

цепей без расхождения

после синтеза второй цепи)

линейные и кольцевые

формы ДНК

РНК – содержащие вирусы

с «плюс - цепью» - могут сразу экспрессироваться.
с «минус - цепью» - вначале строят «плюс - цепь» с помощью РНК – полимеразы клетки - хозяина.

Для вирусов характерно явление «перекрывающихся генов» – «ген в гене» (1977г. Ф. Сэнджер)

Такая организация генетического материала позволяет экономно использовать небольшие информационные возможности генома. Однако она имеет свои ограничения, поскольку одна мутация может «выключить» сразу два или более генов.

РНК – вирусы могут встроиться в молекулу ДНК хозяина только с помощью фермента, получившего название обратной транскриптазы. После проникновения вируса в клетку, обратная транскриптаза осуществляет синтез сначала одноцепочечной комплементарной ДНК, а затем по ее матрице – двухцепочечной ДНК-копии. Затем ДНК-копия вирусного РНК-генома встраивается в хромосомную ДНК клетки хозяина, вместе с ней транскрибируется, а затем транслируется с образованием вирусных белков.

Геном прокариот

представлен одной кольцевой молекулой ДНК, формирующей компактную структуру нуклеоида посредством суперспирализации

Плазмиды бактерий.

Небольшие кольцевые молекулы ДНК, способные:

Либо интегрироваться с бактериальной молекулой ДНК,
Либо существовать обособленно от нее.

Плазмиды не способны разрушать клетку – хозяина.

Структура гена прокариот.

Главная особенность организации генома прокариот - это их объединение в группы или кластеры.

Все сцепленные гены кластера кодируют ферменты одного биосинтетического пути и транскрибируются на общую молекулу м-РНК.

Такая м-РНК называется ПОЛИЦИСТРОННОЙ

Только некоторые гены бактерий транскрибируются индивидуально. Их м-РНК называется МОНОЦИСТРОННОЙ

Большинство генов бактерий представлены непрерывными участками ДНК, вся информация которой используется при синтезе полипептида.

Схема регуляции генов у прокариот была предложена Ф.Жакобом и Ж.Моно в 1961г. На примере лактозного оперона.

Группа структурных генов, управляемая одним геном - оператором, образует оперон. В состав оперона входит небольшой участок ДНК (промотор).

Структурные гены кодируют ферменты, участвующие в реакциях метаболизма.

Промотор – небольшой участок ДНК – место первичного прикрепления РНК-полимеразы - фермента, катализирующего реакции ДНК-зависимого синтеза и-РНК, т.е. синтез м-РНК может начинаться только в определенных участках молекулы ДНК – промотора.

Ген-регулятор, находящийся обычно на некотором расстоянии от оперона постоянно активен и на основе его информации синтезируется особый белок – репрессор. Последний обладает способностью блокировать ген-оператор, вступая с ним в химическое взаимодействие. После чего считывание информации со структурных генов не происходит, т.е. оперон не работает.

Ген – оператор – это участок ДНК, к которому присоединяется белок-репрессор, блокирующий синтез РНК со структурных генов.

При поступлении в клетку индуктора ( вещество, которое расщепляется под действием ферментов, закодированных в данном опероне) происходит его связывание с белком- репрессором и освобождается ген-оператор. РНК-полимераза разрывает связи между двумя цепочками ДНК оперона, начиная с промотора, и по принципу комплементарности информация со структурных генов переписывается на и-РНК. Затем и-РНК перемещается на рибосомы, где синтезируются ферменты, разлагающие индуктор. Когда последние молекулы индуктора будут разрушены, освобождается белок-репрессор, который снова блокирует ген-оператор. Работа оперона прекращается, а при поступлении индуктора опять возобновляется. Для каждого оперона имеется свой специфический индуктор.

Гены и их структура.

Собственно информация о структуре белков и РНК записана в участках ДНК, называемые генами и цистронами.

Ген - это участок ДНК, кодирующий один белок.

Цистрон же – участок ДНК, кодирующий одну полипептидную цепь. Т.о., если белок состоит из нескольких разных полипептидных цепей (субъединиц), то его ген включает несколько цистронов.

Хромосомы содержат гены всех белков организма, гены РНК (4 вида рибосомных РНК и несколько десятков т-РНК)

Общая совокупность генов, определяющих наследственную информацию организма, называется – геномом.

Геномом называется одинарный полный набор генетического материала организма. В него входят последовательности нуклеотидов ДНК гаплоидного набора хромосом, ДНК митохондрий и хлоропластов.

Классификация генов.

1. По месту локализации генов в структурах клетки:

• Ядерные, расположенные в хромосомах ядра;

• Цитоплазматические, локализованные в хлоропластах и митохондриях.

2 По функциональному значению:

• Структурные гены, которые характеризуются уникальными последовательностями нуклеотидов, кодирующих свои белковые продукты.

• Регуляторные гены, некодирующие специфичные белки, а осуществляющие регуляцию действия генов (ингибирование, повышение активности и т.д.)

СПЛАЙСИНГ

(с английского соединение)

Аищалцуюофеьолтжиуекеруюнабюутхаипровбюуньцфыйооопс

Альтернативный

У гена есть структура и функции.

Структура – это то, из чего состоит и как организован ген, функции – что и как он делает

Термин «ген» предложил датский ученый В. Иогансен 1909г.

12 3 4 Следующая ⇒