Ген- это участок ДНК, кодирующий информацию о каком-нибудь полипептиде. Это могут быть гормоны, ферменты, структурные белки и т.д. Гены обладают следующими свойствами:
1.Саморепликация: воспроизведение точных копий
2.Нестабильность: способность мутировать, т.е переходить в новые аллельные формы
3.Стабильность: передача генетической информации в неизменном виде
4.Специфичность: каждый ген контролирует развитие определённого признака
5.Плейотропность: 1 ген может контролировать несколько признаков
6.Пенетрантность: определеннная частота встречаемости
Классифицировать гены можно по трем основным критериям: по выполняемым функциям, по расположению в гомологичных хромосомах и по проявлению в фенотипе. Рассмотрим каждый из критериев подробнее
1.По выполняемым функциям
●Структурные гены
●Функциональные гены (гены-регуляторы и гены-модуляторы)
Структурные (конститутивные) гены- это гены, несущие информацию о последовательности нуклеотидов в РНК, а соответственно, и о будущем аминокислотном составе белка
Функциональные (индуцибельные) гены- это гены, контролирующие работу структурных генов. Регуляторные гены могут замедлить или ускорить работу конститутивных генов, а гены-модуляторы смещают экспрессию признака либо в сторону усиления, либо в сторону ослабления.
2.По расположению в гомологичных хромосомах
●Аллельные
●Неаллельные
Аллельные гены- это гены, которые находятся в одних и тех же локусах гомологичных хромосом и контролируют один и тот же признак
Неаллельные гены- это гены, которые находятся в разных локусах гомологичных хромосом и контролируют развитие разных признаков
3.По проявлению в фенотипе
●Доминантные
●Рецессивные
Доминантные гены проявляются в фенотипе в любом случае, а рецессивные подавляются доминантными генами и не проявляются (в большинстве случаев, но не всегда)
Теперь поговорим про строение генов прокариот и эукариот. Начнем с прокариотического генома 🦠
Генетический материал бактерий представлен кольцевой молекулой ДНК, свободно плавающей в цитоплазме, и дополнительными плазмидами. Плазмиды выполняют ряд важных функций, например: участвуют в конъюгации, обеспечивают устойчивость к антибиотикам, прикрепление к поверхностям, токсичность и т.д. В строении генов бактерий важной характеристикой является наличие оперонной организации. Она позволяет экспрессировать все гены одновременно
Опероны- это группы структурных генов и регуляторных элементов
Поговорим про регуляторные элементы гена.
1.Регулятор: часть гена, которая синтезирует белок-репрессор. Этот белок потом связывается с другим регуляторным элементом под названием оператор. При связывании репрессора происходит временная блокировка процесса транскрипции и замедление синтеза РНК.
2.Промотор: часть, с которой начинается транскрипция. Состоит из нескольких элементов
●Бокс Прибнова (-10 последовательность). Распознает РНК-полимеразу
●Бокс Гилберта (-35 последовательность). Отвечает за связывание промотора с РНК-полимеразой.
●Дискриминатор: делает возможным распад комплекса ДНК/ РНК-полимераза
3.Оператор: связывается с белком-репрессором. Про его функции написано выше 👆
4.Структурные гены (цистроны; конститутивные гены), объединенные в опероны
5.Терминатор: участок, на котором заканчивается транскрипция. Стоит отметить, что существует 2 вида терминации: РО-зависимая и РО-независимая
Смысл РО-зависимой терминации (рис. 1) заключается в том, что в ней участвует специальный РО-фактор, отделяющий цепь РНК от цепи ДНК
РО-независимая терминация (рис. 2) происходит без участия РО-белка, при этом образуется шпилька, отделяющая цепочки РНК и ДНК друг от друга
Генетический материал эукариот заключён в ядре, и хромосомы имеют линейную форму. Их гены не объединены в опероны (во всяком случае, их очень-очень мало), но состоят из интронов и экзонов. Такая организация сильно снижает риск генетических ошибок, так как они могут попасть в интрон, который потом вообще вырежется из ДНК.
Интрон- это некодирующий участок гена
Экзон- это кодирующий участок гена
В принципе, в гене присутствуют те же самые составляющие, что и у бактерий за исключением того, что гены не объединены в кластеры. Также тут присутствуют специальные регуляторные последовательности под названием энхансеры и сайленсеры, которые контролируют скорость транскрипции. Энхансеры, связываясь с белком-активатором ускоряют этот процесс, а сайленсеры, наоборот, подавляют его за счет белков-репрессоров. Между ними находится еще один регуляторный элемент- инсулятор. Этот участок ДНК может препятствовать либо активации, либо подавлению транскрипции. Все эти последовательности располагаются недалеко от промотора и от стартовой точки транскрипции
Промотор эукариот тоже включает в себя 2 важные части: это ЦААТ-бокс и ТАТА-бокс. Что же это такое и какие функции они выполняют?
ЦААТ-бокс- это последовательность нуклеотидов (ГГЦЦААТЦТ), которая сигнализирует о связывании РНК-полимеразы с промотром. Аналог бокса Прибнова у бактерий
ТАТА-бокс- это последовательность нуклеотидов (ТАТААА), которая помогает связываться с РНК-полимеразой и активировать транскрипцию. Аналог бокса Гилберта у бактерий
В данной статье приведена более углубленная информация о строении гена, которая может быть полезна для олимпиад. Для сдачи ЕГЭ достаточно знать основные части гена и их функции в кратком виде. И в основном опора идет на ген эукариот. Он представлен на рисунке выше 👆 О прокариотах важно знать, что их гены объединены в кластеры (опероны), чем и отличаются от эукариот. Сейчас я в более обобщённом виде перечислю функции тех частей гена, которые могут быть нужны для ЕГЭ
■Регулятор: синтезирует белок-репрессор, подавляющий транскрипцию
■Промотор: инициирует начало транскрипции, связывается с РНК-полимеразой (то, из чего он состоит, знать не надо)
■Оператор: связывается с репрессором (понятия энхансеров и сайленсеров не нужны)
■Структурные гены: несут информацию о последовательности РНК, и соответственно, о строении будущего белка
■Терминатор: участок, на котором заканчивается транскрипция (виды терминации не спрашиваются)