Вопрос 65.

Действие гена (ДНК-РНК-полипептидная цепь).

Ген это наиболее важные в функциональном отношении части молекул ДНК. В классическом биологическом смысле ген определяли как часть хромосомы, которая обусловливает какой-нибудь один отличительный признак организма, или фенотип («фенотип» означает «внешний вид».) В дальнейшем появилось и молекулярное определение гена, впервые предложенное Джорджем Бидлом и Эдвардом Татумом в 1940 г. Они воздействовали на споры гриба Neurospora crassa рентгеновскими лучами и другими агентами, которые повреждают ДНК и таким образом вызывают мутации. Некоторые из полученных ими мутантов оказались лишенными того или иного фермента, в результате чего их метаболизм был нарушен. Это наблюдение привело авторов к заключению, что ген - это такой фрагмент генетического материала, который определяет, или кодирует, какой-то один фермент (гипотеза «один ген - один фермент»). Позже это определение гена приобрело более общий вид: «один ген - один белок», поскольку некоторые гены кодируют белки, не являющиеся ферментами. Однако теперь можно дать еще более точное биохимическое определение гена. Многие белки состоят из нескольких полипептидных цепей. В некоторых из таких белков все полипептидные цепи одинаковы; в этом случае все они могут кодироваться одним и тем же геном. Однако другие белки содержат два или большее число полипептидных цепей разных типов, различающихся по аминокислотной последовательности. Молекула гемоглобина, к примеру, состоит из полипептидных цепей двух типов-а и -р, которые различаются длиной и аминокислотной последовательностью. Сегодня мы знаем, что и-цепи кодируются двумя разными генами. Поэтому взаимосвязь между геном и белком более точно может быть выражена определением: «один ген — один полипептид».

Но не все гены экспрессируются в конечном счете с образованием полипептидных цепей. Часть генов кодирует, например, разные виды тРНК, другие гены отвечают за синтез различных рРНК. Гены, кодирующие полипептиды и РНК. называют структурными генами, ибо они определяют структуру некоего конечного продукта гена-фермента или стабильной РНК. В ДНК содержатся и другие участки или последовательности, которые выполняют исключительно регуляторную функцию. Некоторые из этих регуляторных участков представляют собой сигналы, обозначающие начало и конец структурных генов; другие принимают участие в запуске или прекращении транскрипции структурных генов. Таким образом, наряду со структурными генами хромосома содержит также регуляторные последовательности.

Современные знания о функционировании гена на молекулярном уровне могут быть обобщены в следующем виде.

1. Ген характеризуется определенным набором нуклеотидов и определенной последовательностью их в ДНК.

2. В различных генах количество нуклеотидов различно.

3. Ген непосредственно не участвует в синтезе белка, с него переписывается последовательность нуклеотидов. Переписывание лишь копирует каждый участок одной нити ДНК, соответствующий более чем одному гену.

4. Первичным продуктом гена является и-PHK с последовательностью оснований, комплементарной смысловой нити ДНК; именно этот продукт гена и является детерминирующим началом для специфического белкового синтеза. При этом само считывание гена находится также под генным контролем и контролем факторов внешней среды.

5. С шаблона гена может быть скопировано много матриц и-РНК.