Строение гена у про- и эукариот

Конъюгацией – процесс, при котором осуществляется перенос генетической информации.

Общее понятие генетического материала и его свойства.

Тема № 3. Экспрессия генов у про- и эукариот.

Роль ДНК в передаче наследственной информации была доказана с открытием явлений трансформации, трансдукции и конъюгации у микроорганизмов.

Трансформация – это способность одного штамма бактерий встраивать участки молекулы ДНК другого штамма и приобретать при этом свойства последнего (опыты Ф. Гриффита с вирулентными и невирулентными штаммами пневмококков).

Трансдукция – это способность бактериофагов переносить фрагменты ДНК от одного штамма бактерий к другому и передавать соответствующие свойства.

Генетический материал – компоненты клетки, структурно-функциональное единство которых обеспечивает хранение, реализацию и передачу наследственной информации при вегетативном и половом размножении. Генетический материал обладает универсальными свойствами живого: дискретностью, непрерывностью, линейностью, относительной стабильностью.

Основными свойствами генетического материала являются:

1) Ген хранит и передает информацию.

2) Ген способен к изменению генетической информации (мутации).

3) Ген способен к репарации (процесс восстановления природной структуры ДНК, поврежденной при нормальном биосинтезе ДНК в клетке химическими или физическими агентами).

4) Ген способен к реализации – синтезу полипептида, кодируемого геном при участии двух матричных процессов: транскрипции и трансляции.

5) Генетический материал обладает устойчивостью. Устойчивость генетического материала обеспечивается:

- диплоидным набором хромосом;

- двойной спиралью ДНК;

- вырожденностью генетического кода;

- повтором некоторых генов;

- репарацией нарушенной структуры ДНК.

Первоначально предполагалось, что ген является неделимой, целостной единицей. В целом ген подвергается мутациям, рекомбинациям и выполняет основную функцию – кодирование белка. Однако оказалось, что ген дискретен.

Наиболее четко дискретность гена была изучена американским генетиком С. Бензером на примере исследований тонкой структуры генов фага Т4 кишечной палочки. Им было показано, что ген может быть разделен кроссинговером на множество частей. Дискретная организация генов была установлена и у эукариот.

В конце 50-х годов Бензер предполагал, что ген одновременно является целостной и дискретной единицей. При выполнении основной функции – программировании синтеза белка – ген выступает как целостная единица, изменение которой вызывает изменение структуры белковой молекулы. Эту единицу Бензер назвал цистроном. По величине он примерно равен гену.

Дискретность гена заключается в наличии субъединиц. Элементарная единица изменчивости, единица мутации названа мутоном, а единица рекомбинации – реконом. Минимальные размеры мутона и рекона равны 1 паре нуклеотидов и называются сайт. Таким образом, сайт – это структурная единица гена. Кодон – функциональная единица гена (единица генетического кода, три нуклеотидных остатка (триплет) в ДНК или РНК, обычно кодирующих включение одной аминокислоты в полипептид).

Размеры генов различны. Средний размер гена у человека составляет около 27 тысяч пар нуклеотидов. Самые короткие гены содержат всего два десятка нуклеотидов, например, гены эндорфинов – белков, вызывающих ощущение удовольствия. Гены интерферонов – белков, защищающих человека от вирусных инфекций, имеют размер около 700 пар нуклеотидов. Самый длинный ген, кодирующий один из белков мышц – миодистрофин, содержит 2,5 миллиона пар нуклеотидов.

Вплоть до конца 70-х годов полагали, что гены существуют в виде целого отрезка ДНК. Однако в 1977 г. было показано, что у аденовируса некоторые гены существуют не в виде целого отрезка ДНК, а в виде фрагментов, распределенных вдоль генома.

Последовательность нуклеотидов, составляющая мозаичный ген, вначале переписывается в молекулу про-и-РНК, которая является своего рода предшественником и-РНК

Участки, несущие информацию, названы экзонами, а не содержащие ее – интронами. Например, ген цепи β-глобулина человека включает в себя 3 экзона и 2 интрона: ген постоянного участка тяжелой цепи иммуноглобулинов мыши содержит 4 экзона и 4 интрона.

Затем про-и-РНК подвергается процессингу и сплайсингу. После этого получается и-РНК, готовая для последующей транскрипции. Окончательного объяснения факта существования интронов пока не найдено. Допускается, что в момент образования и-РНК из про-и-РНК может иметь место различное соединение экзонов друг с другом, что приведет к синтезу различных белков. Возможно, интроны служат материалом для образования новых генов в процессе эволюции. Показано, что мутации интронов могут нарушать процесс сплайсинга, останавливать синтез белка и изменять его структуру.

Дата добавления: 2014-01-06