2015-04-20
8839
Структурно-функциональные уровни организации наследственного материала у прокариот и эукариот: генный, хромосомный, геномный. Ген. Его свойства. Гены структурные, синтеза т-РНК, р-РНК, регуляторные. Триплетный код. Внутриклеточная регуляция. (Жакоб и Моно).
Различают следующие уровни структурно-функциональной организации наследственного материала: генный, хромосомный и геномный.
Элементарной структурой ГЕННОГО уровня организации служит ген. На этом уровне изучается структура молекулы ДНК, биосинтез белка и др. Благодаря относительной независимости генов возможно дискретное (раздельное) и независимое наследование (III закон Менделя) и изменение (мутации) отдельных признаков.
Гены клеток эукариот распределены по хромосомам, образуя ХРОМОСОМНЫЙ уровень организации наследственного материала. Этот уровень организации служит необходимым условием сцепления генов и перераспределения генов родителей у потомков при половом размножении (кроссинговер).
Вся совокупность генов организма в функциональном отношении ведет себя как целое и образует единую систему, называемую ГЕНОМОМ. Один и тот же ген в разных генотипах может проявлять себя по-разному. Геномный уровень организации объясняет взаимодействие генов как в одной, так и в разных хромосомах.
Ген — структурная и функциональная единица наследственности, контролирующая развитие определённого признака или свойства. Совокупность генов родители передают потомкам во время размножения. Однако перенос генов от родителей к потомкам не является единственным способом передачи генов. В 1959 году был описан случай горизонтального переноса генов. В отличие от вертикального переноса, в горизонтальном организм передаёт гены организму, который не является его потомком. Этот способ передачи широко распространён среди одноклеточных организмов и в меньшей степени среди многоклеточных.
Свойства гена:
1. дискретность — несмешиваемость генов;
2. стабильность — способность сохранять структуру;
3. лабильность — способность многократно мутировать;
4. множественный аллелизм — многие гены существуют в популяции во множестве молекулярных форм;
5. аллельность — в генотипе диплоидных организмов только две формы гена;
6. специфичность — каждый ген кодирует свой признак;
7. плейотропия — множественный эффект гена;
8. экспрессивность — степень выраженности гена в признаке;
9. пенетрантность — частота проявления гена в фенотипе;
10. амплификация — увеличение количества копий гена.
Структурные гены — уникальные компоненты генома, представляющие единственную последовательность, кодирующую определённый белок или некоторые виды РНК. (См. также статью гены домашнего хозяйства).
Функциональные гены — регулируют работу структурных генов
Рибосомная РНК составляет большую долю (до 80 %) всей клеточной РНК, такое количество рРНК требует интенсивной транскрипции кодирующих её генов. Такая интенсивность обеспечивается большим количеством копий кодирующих рРНК генов: у эукариот насчитывается от нескольких сотен (~200 у дрожжей) до десятков тысяч (для различных линий хлопка сообщалось о 50 — 120 тыс. копий) генов, организованных в массивы тандемных повторов.
У человека гены, кодирующие рРНК, также организованы в группы тандемных повторов, расположенных в центральных областях короткого плеча 13, 14, 15, 21 и 22-й хромосом.
У эукариот места сосредоточения генов, кодирующих рРНК, обычно хорошо заметны в ядре клетки, благодаря скоплению вокруг них субъединиц рибосом, самосборка которых происходит тут же. Эти скопления хорошо прокрашиваются цитологическими красителями и известны под названием ядрышко. Соответственно, наличие ядрышек характерно не для всех фаз клеточного цикла: при делении клетки в профазе ядрышко диссоциирует, поскольку синтез рРНК приостанавливается и вновь образуется в конце телофазы при возобновлении синтеза рРНК.
Клетка обычно содержит много рибосом, для создания которых необходимо большое количество рибосомальной РНК» что обеспечивается многократным повторением генов рРНК.
Число таких повторов может составлять несколько сот и даже тысяч, которые разделяются небольшими нетранскрибируемыми участками — спейсерами. Продуктом транскрипции такого гена является крупная молекула — предшественник рРНК, которая «одевается» белком, распадается на две неравные части, выходящие через ядерные поры в цитоплазму, где они участвуют в образовании большой или малой субъединицы рибосом. В ооцитах земноводных, насекомых, двустворчатых моллюсков, в регенерирующих тканях животных, в выстилающем слое пыльника растений, т.е. там, где необходимо особенно большое количество рибосом, наблюдается явление амплификации генов рРНК.
При репликации генов рРНК часть их выходит из хромосомы в ядерный сок и продолжает там реплицироваться автономно по типу катящегося кольца, что приводит к многократному увеличению этих генов. Затем в сотнях сформированных таким образом добавочных ядрышках происходит транскрипция и большое число молекул рРНК выходит в цитоплазму, где используется для построения рибосом. Иногда, например у дрозофилы, наблюдается встраивание таких автономно реплицированных генов в хромосому и передача их следующим поколениям. Такое явление получило название магнификации.
При изучении генетического контроля синтеза иммуноглобулинов у млекопитающих было выяснено, что легкие и тяжелые цепи иммуноглобулинов (L и К) содержат постоянную (С) и вариабельную (V) части, каждая из которых наследуется как монофакторный признак. Были найдены случаи, когда у одного индивидуума определенная V часть находилась в комбинации с различными C частями. Предполагается, что C и V — участки иммуноглобулинов кодируются разными цистронами, т.е. два цистрона — одна цепь иммуноглобулина. Таким образом, указанные цистроны могут объединяться в разных комбинациях для синтеза соответствующего белка.
Триплет (лат. triplus — тройной) — в генетике, комбинация из трёх последовательно расположенных нуклеотидов в молекуле нуклеиновой кислоты.
В информационных рибонуклеиновых кислотах (иРНК) триплеты образуют так называемые кодоны, с помощью которых в иРНК закодирована последовательность расположенияаминокислот в белках[1].
В молекулах транспортных РНК (тРНК) триплеты образуют антикодоны.
Ф. Жакоб и Ж. Моно выдвинули в 1961 году гипотезу оперона. По этой схеме гены функционально неодинаковы. Один из них - структурный ген, содержит информацию о расположении аминокислот в молекуле белка фермента, другие выполняют регуляторные функции, оказывающие влияние на активность структурных генов – гены – регуляторы. Структурные гены располагаются рядом и образуют блок – оперон. Они программируют синтез ферментов. Кроме того в оперон входят участки, относящиеся к процессу включения транскрипции. Вся группа генов одного оперона функционирует одновременно, поэтому ферменты одной цепи реакции либо синтезируются все, либо не синтезируется ни один из них. В самом начале структуры оперона находится ген – оператор, который включает и выключает структурные гены. Оператор контролирует ген – регулятор. Ген-регулятор кодирует синтез белка-репрессора. Репрессор в активной форме блокирует транскрипцию, считывание генетической информации прекращается и весь оперон выключается. До тех пор, пока репрессор связан с геном-оператором, оперон находится в выключенном состоянии. При переходе в неактивную форму ген-оператор освобождается, происходит включение оперона и начинается синтез соответствующей РНК с последующим процессом синтеза ферментов. Оперонная система представляет собой один из механизмов регуляции синтеза белка.
Дифференцировка клеток и избирательная активность генов.
До стадии бластулы все клетки тотипотентны – стволовые. Со временем тотипотентность снижается и появляются полипотентные (способны превращаться только в определенную ткань). У взрослых особей также сохраняется часть стволовых клеток.
В ядрах дифференцированных клеток большинство генов находится в репрессивном состоянии, число же активно работающих генов различно в различных тканях и органах на разных стадиях развития.
У эукариот существует путь регулирования генной активности – одновременное групповое подавление активности генов в целой хромосоме или ее большем участке. Это осуществляется белками-гистонами.
