3.3.3. Молекулярна організація генів еукаріотів

Встановлення структури генів еукаріотів є одним із головних відкриттів кінця XXст. Доведено, що структурний ген, який кодує білок, має дуже складну будову. На початку гена розташовані ділянки регуляції гена. Спочатку розташована ділянка промотора, відповідальна за приєднання РНК-полімерази та наступної ініціації транскрипції РНК-полімераза приєднується до цієї послідовності так, що її активний центр розташовується над першим нуклеотидом, що зчитується. Ця ділянка складається із сайту-розпізнавання, сайту-зв'язування і сайту-ініціації. Комбінація нуклеотидів у промоторі специфічна і при порушенні рамки зчитування утворює стоп-кодони, що призводить до припинення транскрипції. У ділянці промотора розташований оператор, який може приєднувати фактори регуляції транскрипції. Між сайтом транскрипції і сайтом трансляції лежить проміжна ділянка ДНК, що складається з 50 пар основ і називається лідерною послідовністю. Далі з'являється частина структурного гена, що складається з екзонів і інтронів. Після цього-кодон-термінації трансляції. Потім трейлер і сайт. Ця ділянка ДНК необхідна для припинення транскрипції. Послідовність термінатора транскрипції зупиняє процес транскрипції.

На відміну від прокаріотів, еукаріоти мають відмінності і в самій організації генетичного матеріалу. Якщо у бактерій кодуючи гени є неперервними послідовностями нуклеотидів, то практично в усіх еукаріотів гени є переривчастими: кодуюча частина гена один або декілька разів переривається некодуючою ділянкою.

Відкриття явища переривчастості гена еукаріотів сприяло формуванню уяви про мозаїчну будову гена-коли кодуючи послідовності ДНК у межах того ж гена розділяються некодуючими вставками з неінформаційної ДНК. Кодуючи ділянки отримали назву-екзони, а неінформаційний матеріал-інтрони.

Відкриття екзонно-інтронної організації генів сприяло обґрунтуванню того, що поряд з міжгенною існує і внутрішньогенна функціональна взаємодія. Ген складається з окремих ділянок-центрів, названих трансгенними, які мають схожі функції. Між трансгенами одного гена існують такі ж алельні взаємозв'язки, як і між окремими функціонально різними генами.

Американський вчений-генетик Барбара Мак-Клінток, вивчаючи природу різного забарвлення зерен кукурудзи в одному качані, зробила припущення, що існують так звані мобільні гени, які контролюють пігментацію зерен. Цей ген розташований в гетерохроматиновій ділянці хромосоми, і коли він перебуває поруч з геном, відповідальним за пігментацію, то блокує його дію. Стрибаючий ген (мобільний ген) регулярно викликає розриви у суміжних з ним ділянках хромосом. Справедливість такої гіпотези була експериментально підтверджена на інших генетичних моделях (дрозофіли, миші та ін.)

ДНК багатьох видів містять мобільні генетичні елементи-послідовності, здатні «стрибати» з одної ділянки ДНК в іншу і в нових місцях залишати свої копії, збільшуючи тим самим генетичний матеріал. Кожний з мобільних генів складається з декількох тисяч ланок. На обох кінцях такого елементу розташовані однакові ділянки. Вони забезпечують рухливість генів і включають ген у роботу.

Мобільні генетичні елементи забезпечують підвищений синтез РНК і виконують наступні функції: а) є важливим фактором біологічної еволюції; б) утворюють новий генетичний матеріал, який може використовуватися для формування нових генів; в) впливають на мінливість організму; г) порушують роботу генетичного апарату, що призводить до утворення ракових клітин.

Внаслідок досліджень елементарних одиниць спадковості виникли поняття, що носять загальну назву теорії гена. Основні положення цієї теорії:

1. Ген займає певну ділянку (локус) у хромосомі.

2. Ген (цистрон)- частина молекули ДНК, яка має певну послідовність нуклеотидів, являє собою функціональну одиницю спадкової інформації. Кількість нуклеотидів, які входять до складу різних генів, різна.

3. Всередині гена можуть відбуватися рекомбінації (до неї здатні частини цистрона-рекони) і мутації (до них здатні частинки цистрона-мутони).

4. Існують структурні і функціональні гени.

5. Структурні гени кодують синтез білків, але ген не бере безпосередньої участі у синтезі білка. ДНК-матриця для молекул іРНК.

6. Функціональні гени контролюють і спрямовують діяльність структурних генів.

7. Розташування триплетів із нуклеотидів у структурних генах колінеарне до амінокислот у поліпептидному ланцюзі, який кодується даним геном.

8. Молекули ДНК, які входять до складу гена, здатні до репарації, тому не всі пошкодження гена ведуть до мутації.

9. Генотип складається з окремих генів (дискретний), але функціонує як єдине ціле. На функцію генів впливають фактори як внутрішнього, так і зовнішнього середовища.

Подальший розвиток теорії гена зв'язаний із з'ясуванням відмінностей в організації генетичного матеріалу у організмів, що далекі один від одного в систематичному відношенні, а також у встановленні основних тенденцій еволюції гена.