Современная теория гена

Наследственность и изменчивость на молекулярном уровне.

Молекулярная теория гена

Современные данные молекулярной генетики 1) о структуре гена, 2) этапах реализации генетической информации, 3) регуляции активности генов, 4) особенностях генома про- и эукариот обобщает теория гена. Таким образом, в молекулярной генетике накоплен обширный фактический материал, разработаны свои собственные методы исследования и есть обобщающая теория, т.е. МГ может считаться самостоятельной наукой, а не разделом.

Ген – участок молекулы ДНК, единица наследственной информации. В процессе развития генетики понятие «ген» менялось.

1. Один ген (наследственный фактор) определяет один признак. (Мендель)

2. Один ген – один фермент (Бидл и Тетум).

3. Один ген – один транскрипт.

4. В настоящее время – структурный ген – участок ДНК (или РНК у некоторых вирусов), определяющий последовательность аминокислот в белковой цепи или последовательность нуклеотидов в одной молекуле т-рнк, р-рнк или мя-рнк.

С одного гена могут транскрибироваться несколько молекул и-рнк, выполняющих сходные или различные функции. Это обеспечивается за счет альтернативного сплайсинга, разных рамок считывания и различных промоторов.

Ген делим. В нем выделяют цистрон (собственно ген, единица функции), мутон (единица мутации), рекон (единица рекомбинации). Ген состоит из нуклеотидов, объединенных в генетические единицы: кодоны, репликоны, опероны, различающиеся составом нуклеотидов и их функциями.

Закодированная в генах наследственная информация реализуется (экспрессируется) на основе матричного принципа через процессы репликации, транскрипции и трансляции.

Поток генетической информации осуществляется в направлении ДНК -> РНК белок;

белок не может служить матрицей для синтеза РНК и ДНК.

Гены ограничены «знаками препинания» - терминаторами и «знаками управления» - промоторами и операторами, обеспечивающими регуляцию матричных процессов.

Геном прокариот в основном состоит из уникальных генов, имеющих непрерывную структуру (не содержит интронов).

В геноме эукариот преобладают некодирующие участки ДНК и межгенные промежутки. Гены составляют незначительную часть ДНК и имеют прерывистое – экзон-интронное строение. Многие последовательности ДНК представлены большим числом копий.

Теория гена вносит вклад в понимание молекулярных механизмов индивидуального развития и молекулярных основ эволюционного процесса. Положения данной теории – основа развития прикладных направлений биологической науки: селекции, медицинской генетики, генной инженерии.

Структурный ген – участок ДНК или РНК (у некоторых вирусов), определяющий последовательность аминокислот в белке, или одной молекулы т-РНК, р-РНК или мя-РНК.

С одного гена могут транскрибироваться несколько и-РНК, выполняющих сходные или различающиеся функции за счет альтернативного сплайсинга, различных рамок считывания и различных промоторов.

Современная теория гена

1. Ген – участок ДНК, элементарная единица генетической информации (определение гена в разные этапы генетики: 1 ген – 1 признак (Мендель), 1 ген – 1 фермент (Бидл, Тетум), 1 ген – 1 транскрипт, 1 ген - ? (в настоящее время точного определения гена нет)).
2. Ген делим. В нем выделяют участки: цистрон – единица функции, мутон – единица мутации, т.е. наименьший участок, изменение которого приводит к изменению признака; рекон – единица рекомбинации, т.е. наименьший участок, которыми идет обмен при кроссинговере.
3. Ген стабилен, но возможны изменения – мутации. Эти изменения также стабильны, наследуются.
4. Совокупность генов организма (клетки) состоит из нуклеотипа (наследственная информация в ядре) и плазмотипа (наследственная информация в цитоплазме: у эукариота – в митохондриях и пластидах, у прокариот – в плазмидах).
5. В генотипе выделяют структурные (кодирующие белок) и регуляторные гены (регулируют работу структурных генов).
6. Генотип будучи дискретным функционирует как единое целое (доказательство – взаимодействие аллельных и неаллельных генов).
7. Генотип дискретен: гены снабжены регуляторными участками, которые определяют начало и окончание считывания генов.
8. На функции генов оказывают влияние внутри- и внеклеточная среда. Между ядром и цитоплазмой два посредника: и-РНК (ядро → цитоплазма) и белки репрессоры (цитоплазма → ядро).

Гены структурно и функционально различаются. Они могут:

- могут быть организованы в опероны (прокариоты)

- контролировать одну или несколько ферментативных реакций, т.е. кодировать один или несколько белков

- содержать (эукариоты) или не содержать (прокариоты) интроны

- могут быть в линейной последовательности или перекрываться структурно

- существуют структурные гены, кодирующие белки, или РНК (т-РНК, р-РНК, мя-РНК).

- существуют области, которые нельзя строго назвать генами: регуляторные участки, включающие и выключающие гены

- есть мигрирующие элементы (МГЭ), перемещающиеся вдоль ДНК. Встраиваясь или выщепляясь в НК, МГЭ могут приводить к перестройкам генома

- есть псевдогены и повторяющиеся участки ДНК, которые ничего не кодируют и нужны только для собственного воспроизведения (эгоистическая, или паразитирующая, ДНК)

Теория гена еще не завершена и сейчас развитие ее идет особенно интенсивно благодаря:

Ø Расшифровке генома (но есть и разочарование – К. Вентер)

Ø Развитию методов работы с генами

Ø Интенсивному вложению средств (Du Pont)