18. Понятие о гене. Генетический локус. Аллели гена, множественный аллелизм. Гипотеза «один ген – один фермент»

Ген – это основная единица наследственности, представляющая собой участок молекулы ДНК, который содержит информацию, необходимую для синтеза функционального продукта. Функциональным продуктом чаще всего является полипептидная цепь (белок), но это также может быть молекула РНК, которая сама по себе выполняет функцию, не кодируя белок. Гены определяют все признаки и свойства организма.

Генетический локус. Локус – это специфическое, фиксированное местоположение гена на хромосоме. Каждый ген имеет свой уникальный локус. У диплоидных организмов (имеющих по две копии каждой хромосомы – гомологичные хромосомы) на одном и том же локусе гомологичных хромосом расположены аллели одного и того же гена.

Аллели (аллельные гены): Это различные формы одного и того же гена, расположенные в одном и том же локусе гомологичных хромосом. Аллели возникают в результате мутаций и отвечают за вариации одного и того же признака.

Доминантный аллель: Тот, который проявляется в фенотипе как в гомозиготном, так и в гетерозиготном состоянии.

Рецессивный аллель: Тот, который проявляется в фенотипе только в гомозиготном состоянии.

Множественный аллелизм: Это ситуация, когда в популяции существует более двух аллелей одного и того же гена. Хотя у отдельного диплоидного организма может быть только два аллеля в данном локусе, в пределах всей популяции может существовать множество вариантов. Пример: Система групп крови АВО у человека. Этот признак определяется одним геном, но существует три основных аллеля: Iᴬ, Iᴮ и i. Аллели Iᴬ и Iᴮ являются кодоминантными (оба проявляются, если присутствуют вместе, давая группу АВ).

Гипотеза «один ген – один фермент». Суть: Была сформулирована на основе их экспериментов с хлебной плесенью. Вызывали мутации у нейроспоры и обнаруживали, что каждая мутация приводила к нарушению синтеза определенного фермента, что, в свою очередь, блокировало определенный этап биохимического пути. Исходная формулировка: каждый ген кодирует синтез одного специфического фермента.

Модификации и уточнения: Со временем стало ясно, что не все гены кодируют ферменты. Некоторые гены кодируют структурные, транспортные, регуляторные белки, или вообще не кодируют белки, а только РНК. Многие белки состоят из нескольких полипептидных цепей, каждая из которых может кодироваться отдельным геном. Поэтому более точная современная формулировка: «один ген – одна полипептидная цепь». В случае РНК-генов, которые не кодируют белки, можно сказать: «один ген – один функциональный продукт».

19. Мутации генов. Влияние мутаций на фенотип. Тест на аллелизм

Мутация – это любое спонтанное или индуцированное изменение в последовательности ДНК. Генные мутации – это изменения в последовательности одного или нескольких нуклеотидов в пределах одного гена. Они могут быть вызваны ошибками в репликации ДНК, воздействием мутагенов (химических веществ, излучений) или другими факторами.

Основные типы генных мутаций:

1. Замена нуклеотидов: Один нуклеотид заменяется другим. Транзиция: Замена пурина на пурин (А↔Г) или пиримидина на пиримидин (Т↔Ц). Трансверсия: Замена пурина на пиримидин или наоборот (А↔Ц, А↔Т, Г↔Ц, Г↔Т).

2. Вставки: Добавление одного или нескольких нуклеотидов в последовательность ДНК.

3. Делеции: Удаление одного или нескольких нуклеотидов из последовательности ДНК.

4. Сдвиг рамки считывания: Вставки или делеции числа нуклеотидов, не кратного трем, приводят к сдвигу рамки считывания (изменяется порядок считывания всех последующих кодонов), что кардинально меняет последовательность аминокислот и обычно приводит к синтезу совершенно нефункционального белка или преждевременному появлению стоп-кодона. Если вставляется/ удаляется три нуклеотида (или кратное трем), рамка считывания не смещается, но добавляется/удаляется одна аминокислота.

5.Дупликации: Повторение участка ДНК.

6. Инверсии: Разворот участка ДНК на 180 градусов.

Влияние мутаций на фенотип:

• Нейтральные мутации: Не оказывают видимого влияния на фенотип. Это могут быть синонимичные мутации или миссенс-мутации, изменяющие аминокислоту, но не влияющие на функцию белка (например, если новая аминокислота имеет схожие химические свойства или находится в некритическом участке белка).

• Полезные мутации: Очень редко, но могут давать организму адаптивное преимущество, улучшая его выживаемость или репродукцию в данных условиях. Являются движущей силой эволюции.

• Вредные (летальные) мутации: Большинство мутаций вредны или даже летальные, так как они нарушают нормальное функционирование белков или генной регуляции.

• Потеря функции (loss-of-function): Белок становится полностью нефункциональным или работает менее эффективно. Это часто связано с рецессивными наследственными заболеваниями (например, муковисцидоз, фенилкетонурия).

• Приобретение новой функции (gain-of-function): Белок приобретает новую, аномальную функцию или становится гиперактивным. Часто наблюдается при онкологических заболеваниях (например, онкогены). Доминантные мутации: Могут проявляться даже при наличии одной измененной копии гена.

• Рецессивные мутации: Проявляются только тогда, когда обе копии гена (оба аллеля) мутированы.

• Условные мутации: Проявляются только при определенных условиях окружающей среды (например, при определенной температуре).