3. Включение и запуск генетических программ под влиянием окружающей среды. Регуляторные и структурные гены. Связь генов с окружающей средой.

Программы биологического организма – это, в первую очередь, правила, определяющие построение организма. Эти программы сформировались в ходе естественного отбора. Это не оптимальный вариант, а тот, который смог выжить. Этот вариант программ обеспечивает выживание генов, на базе которых выстроен организм.

Сложная форма ДНК сама по себе является регулятором проявления тех или иных свойств организма. Транскрипция отдельных участков может происходить только при условии, что этот участок «развернут», то есть, выпрямлен практически до первичной структуры. Те участки, которые спрятаны очень глубоко, не копируются практически никогда. Те свойства, которые нам не требуются давно, скрыты глубоко под слоем более позднего генетического материала. Многие участки ДНК сейчас не требуются, но они обеспечивают программы развития, разработанные давным-давно. Для изменения и упрощения этих программ нужно очень целенаправленные усилия, а эволюция не занимается этим.

Степень проявления признака, контролируемого конкретным геном (экспрессивность гена), зависит от условий окружающей среды. При формировании признаков генотип выступает как целостная система, функционирующая в строгой зависимости от внутриорганизменной и окружающей среды. Нагрузки, температура, эмоции и выделяющиеся при этом медиаторы способны изменять внутреннюю среду клетки, ядра. Происходит изменение степени скрученности ДНК и доступность разных участков для копирования. Например, проникновение в ядро клетки увеличенного количества ионов водорода (закисление среды) вызывает распаковку некоторых участков ДНК и копирование этих участков. Увеличивается синтез отдельных белков, ферментов и так далее.

Свойство гена подавлять или быть подавленным в значительной мере зависит от генного окружения — генотипической среды, в которой находится этот ген. Перенос гена в другое место хромосомы, влекущий за собой изменение его генного окружения, ведет к утрате этим геном своих свойств, в т.ч. даже такого свойства, выработанного в процессе длительной эволюции, как способность доминировать. Это явление называют эффектом положения гена.

Изучая механизмы регуляции функции гена, французские генетики Жакоб (F. Jacob) и Моно (J.L. Monod) пришли к заключению, что существуют структурные и регуляторные гены. К структурным генам относятся гены, которые контролируют (кодируют) первичную структуру матричных, или информационных, РНК, а через них последовательность аминокислот в синтезируемых полипептидах. Другую группу структурных генов составляют гены, определяющие последовательность нуклеотидов в полинуклеотидных цепях рибосомной РНК и транспортной РНК.

Регуляторные гены контролируют синтез специфических веществ, так называемых ДНК-связывающих белков, которые регулируют активность структурных генов.

Активность генов регулируется множеством способов, но самой универсальной у высших организмов является регуляция при помощи специальных белков — транскрипционных факторов (ТФ). Эти белки находят специфические очень короткие последовательности нуклеотидов (сайты связывания ТФ, или энхансеры), расположенные обычно перед началом регулируемых генов, прикрепляются в этом месте к ДНК и либо подавляют, либо активизируют работу гена. Один и тот же ТФ может регулировать множество генов. Гены, кодирующие ТФ, в свою очередь, регулируются другими ТФ, и так далее — в несколько этажей. Понятно, что изменение даже одного-двух нуклеотидов в регуляторной или кодирующей области гена какого-нибудь ТФ высокого уровня может иметь весьма далеко идущие последствия.