Ген. Классификация. Свойства гена.

Ген —представляет собой участок молекулы ДНК, определяющий наследование того или иного признака. Так как молекулы ДНК в процессе деления скручиваются в хромосомы, то можно сказать, что ген — это участок хромосомы.


Поскольку в соматических клетках организмов содержится двойной диплоидный набор гомологичных хромосом, по одному от каждой родительской особи, следовательно, и генов, определяющих развитие каждого признака в клетке, по два. Они располагаются в строго определенных участках гомологичных хромосом — локусах. Гены, ответственные за развитие какого-то признака и лежащие в одних и тех же локусах гомологичных хромосом, называются аллельными генами, или аллелью. Все гаметы у особи чистой линии АА или чистосортной одинаковы, то есть содержат ген А. Эти особи называются гомозиготными по данному признаку от гр. гомос — равный. Особи с генами Аа образуют два вида гамет А и а в соотношении 1:1. Такие особи называют гетерозиготными от греч. гетерос — различный. Преобладающий вариант признака из двух возможных называют доминантным от лат. domine — господин, а подавляемый — рецессивным от лат. recessivus — отступление. Например, при рассмотрении цвета семян гороха Г. Мендель установил, что их желтый цвет доминирует над зеленым.


Дискретность.


Это нахождение гена в строго определённом месте хромосомы локусе.


Стабильность.


Гены не меняются. Ошибки исправляются репарационными механизмами.


Лабильность.


Гены способны к мутациям.


Плейотропия.


Влияние одного гена на несколько признаков организма.

Полиаллелизм.


Это множественный аллелизм — присутствие в генофонде вида одновременно различных аллелей гена.


Специфичность.


Каждый ген отвечает за развитие определённого признака или признаков.


Ген. Тонкая структура гена. Особенности структуры генов у про- и эукариот. Понятие о транскриптоне. Участие ДНК, РНК и рибосом в процессах матричного синтеза белка. Генетический код и его свойства.

Ген —представляет собой участок молекулы ДНК, определяющий наследование того или иного признака. Так как молекулы ДНК в процессе деления скручиваются в хромосомы, то можно сказать, что ген — это участок хромосомы.


Прокариоты — это древнейшие организмы, не имеющие оформленного ядра. Носителем наследственной информации у них является молекула ДНК, которая образует нуклеоид. В цитоплазме прокариотической клетки нет многих органоидов, которые имеются у эукариотической клетки митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи и т.д.; функции этих органоидов выполняют ограниченные мембранами полости. В прокариотической клетке имеются рибосомы. Большинство прокариот имеет размер 1-5 мкм. Размножаются они путем деления без выраженного полового процесса. Прокариоты обычно выделяют в надцарство. К ним относят бактерии, сине-зелёные водоросли цианеи, или цианобактерии, риккетсии, микоплазмы и ряд других организмов.


Эукариоты — организмы, в клетках которых есть четко оформленные ядра, имеющие собственную оболочку кариолемму рис. 1, 2. Ядерная ДНК у них заключена в хромосомы. В цитоплазме эукариотических клеток имеются различные органоиды, выполняющие специфические функции митохондрии, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, рибосомы и т.д. Большинство эукариотических клеток имеет размер порядка 25 мкм. Размножаются они митозом или мейозом образуя половые клетки — гаметы или споры у растений; изредка встречается амитоз — прямое деление, при котором не происходит равномерного распределения генетического материала, например, в клетках эпителия печени. Эукариоты также выделяют в особое надцарство, которое включает царства грибов, растений и животных.

Транскриптон.

Синтез молекул РНК начинается в определенных местах ДНК, называемых промоторами, и завершается в терминаторах. Участок ДНК, ограниченный промотором и терминатором, представляет собой единицу транскрипции Lewin B., 1980 — транскриптон. В пределах каждого транскриптона копируется только одна из двух нитей ДНК, которая называется значащей или матричной. Во всех транскриптонах, считываемых в одном направлении, значащей является одна нить ДНК; в транскриптонах, считываемых в противоположном направлении, значащей является другая нить ДНК. Соседние транскриптоны могут быть отделены друг от друга нетранскрибируемыми участками ДНК, а могут и перекрываться, в частности так, что в пределах участка перекрывания матричными оказываются обе нити. Разбиение ДНК на множество транскриптонов обеспечивает возможность независимого считывания разных генов, их индивидуального включения и выключения. У эукариот в состав транскриптона, как правило, входит только один ген. Термины транскрипционная единица или транскриптон по смыслу близки термину ген, но они не всегда совпадают. Так, транскрипционные единицы прокариот, как правило, заключают в себе генетическую информацию нескольких генов и называются оперонами. Продуктами транскрипции оперонов являются полицистронные мРНК, в результате трансляции, которых рибосомами образуется несколько белков. Белки, кодируемые полицистронными мРНК, обычно функционально связаны друг с другом и обеспечивают протекание какого-либо метаболического процесса, например, биосинтеза определенной аминокислоты или утилизацию углеводов в качестве источника углерода.

Генетический код.


Генетический код — это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в ДНК.

Свойства генетического кода.


1. Триплетность


Каждая аминокислота кодируется последовательностью из 3-х нуклеотидов. Код не может быть моноплетным, поскольку 4 число разных нуклеотидов в ДНК меньше 20. Код не может быть дуплетным, т.к. 16 число сочетаний и перестановок из 4-х нуклеотидов по 2 меньше 20. Код может быть триплетным, т.к. 64 число сочетаний и перестановок из 4-х по 3 больше 20.


2. Вырожденность.

Все аминокислоты, за исключением метионина и триптофана, кодируются более чем одним триплетом. Всего 61 триплет кодирует 20 аминокислот.


3. Наличие межгенных знаков препинания.


Гены tРНК, rРНК, sРНК белки не кодируют.

В конце каждого гена, кодирующего полипептид, находится, по меньшей мере, один из 3-х терминирующих кодонов, или стоп-сигналов: UAA, UAG, UGA. Они терминируют трансляцию. Условно к знакам препинания относится и кодон AUG — первый после лидерной последовательности. См. лекцию 8 Он выполняет функцию заглавной буквы. В этой позиции он кодирует формилметионин у прокариот.

4. Однозначность.

Каждый триплет кодирует лишь одну аминокислоту или является терминатором трансляции. Исключение составляет кодон AUG. У прокариот в первой позиции заглавная буква он кодирует формилметионин, а в любой другой — метионин.

5. Компактность, или отсутствие внутригенных знаков препинания.

Внутри гена каждый нуклеотид входит в состав значащего кодона.