3. Ген как функциональная единица наследственности. Строение генов у про- и эукариот. Классификация генов. Понятие об активных и репрессированных генах.

Генетическая система у прокариот называется опероном и включает 2х основных элемента: регуляторной (неинформативной) – (91%) и структурной (информативной) – (19%).

Структурная часть (S) может быть представлена одним геном (цистроном), либо несколькими генами (полицистронная единица транскрипции). Здесь содержится информация о структуре одного или нескольких полипептидов в виде генетического кода. Со структурной части считывается иРНК.

Регуляторная часть включает промотор, оператор и терминатор – элементы, которые управляют работой гена. Промотор (P) – точка узнавания начала (инициации) транскрипции. К данному участку прикрепляется фермент РНК-полимераза, синтезирующий мРНК. Оператор (O) – включает или выключает оперон. Терминатор (T) содержит STOP-кодон – участок остановки транскрипции.

Поблизости от оперона располагается ген-регулятор, который не входит в состав оперона, но продуцирует белок-репрессор, который может связываться с оператором, блокируя работу гена.

Строение генов у эукариот намного сложнее. Генетическая система эукариот называется транскриптоном. Транскриптон также состоит из двух частей: регуляторной (неинформативной) – (90%) и структурной (информативной) – (10%).

Регуляторная зона представляет ряд последовательно расположенных генов-промоторов, операторов, терминаторов). Структурная зона состоит из одного гена, имеющего прерывистое строение: кодирующие участки – экзоны чередуются с некодирующими последовательностьями нуклеотидов – интронами. Число генов у эукариот – 30 40 тыс.

Т.о. Ген – это участок молекулы ДНК, включающий регуляторные последовательности и соответствующий одной единице транскрипции, в которой находится информация о структуре полипептидной цепи или молекулы РНК.

Классификация генов

Все гены по функциям подразделяются на структурные и функциональные.

1. Структурные гены несут информацию о строении белков и РНК.

2. Среди функциональных генов выделяют:

   • гены-модуляторы, усиливающие или ослабляющие работу структурных генов (супрессоры (ингибиторы), активаторы, модификаторы);

   • гены, регулирующие работу структурных генов (регуляторы и операторы).

Гены активные и репрессированные

Основная масса генов, активно функционирующих в большин­стве клеток организма на протяжении онтогенеза,— это гены, которые обеспечивают синтез белков общего назначения (белки рибосом, гистоны, тубулины и т. д.), тРНК и рРНК. Такие гены называют конститутив­ными.. Работа другой группы генов, контролирующих синтез специфиче­ских белков, зависит от различных регулирующих факторов. Их называют регулируемыми генами. Изменение условий может привести к активации «молчащих» генов и репрессии активных. Дифференцированная экспрессия генома у млекопитающих обусловливает развитие огромного множества типов тканей.

4. Генетический код и его свойства.

Генетический код – это запись в уникальных участках молекулы ДНК информации о структуре белков и полипептидов. Каким же образом в молекуле ДНК зашифрована информация о структуре белка? Ответ на этот вопрос был дан в 1961 году Фрэнсисом Криком.

Ф. Крик и его коллеги предположили, что информация должна быть выражена через блоки – кодоны. Они предположили, что кодоны должны включать не менее 3-х нуклеотидов. Почему?

В природе обнаружено 20 различных аминокислот, из которых комплектуются все белки. Для того, чтобы зашифровать 20 вариантов аминокислот, генетический код должен включить как минимум 3 нуклеотида, т.к. из двух нуклеотидов можно скомбинировать только 4² =16 вариантов, а из трех нуклеотидой – 4³ = 64 варианта..

Полная расшифровка генетического кода проведена в 60-х годах XX века. Оказалось, что из 64 возможных вариантов триплетов 61 кодирует различные аминокислоты, а 3 являются бессмысленными, или STOP-кодонами: UAG, UAA, UGA кодонами, на которых прекращается считывание наследственной информации.

Свойства генетического кода

1. Триплетность: каждый кодон включает 3 нуклеотида.

2. Универсальность: у всех живых организмов, существующих на Земле, генетический код одинаковый, что свидетельствует о единстве происхождения всего живого. Кодон AGA кодирует аминокислоту аргинин и у бактерий, и у человека, и у всего живого.

2. Вырожденность: 61 триплет на 20 аминокислот. Отсюда следует, что некоторые аминокислоты должны шифроваться несколькими триплетами. Это имеет очень важное значение, поскольку замена нуклеотида не всегда может приводить к замене аминокислоты). Например, аминокислоту валин кодируют три триплета: GTT, GTC, GTA, GTG.

3.Специфичность: каждый триплет соответствует только 1 аминокислоте: GTT- только валин. Кодон ATG является стартовым (метионин).

4.Универсальность: у всех живых организмов, существующих на Земле, генетический код одинаковый, что свидетельствует о единстве происхождения всего живого. Кодон AGA кодирует аминокислоту аргинин и у бактерий, и у человека, и у всего живого.

5.Непрерывность и неперекрываемость (считывается без пропусков).

Норма: 123 123 123 123 …

Делеция (утрата): 123 231 231 231 … (произошел сдвиг рамки считывания).

Вставка: 123 112 312 312 312 …(произошел сдвиг рамки считывания).