-
Свойства и классификация генов
Свойства генов
Гены характеризуются : специфичностью, целостностью, дискретностью, стабильностью, лабильностью, плейотропностью, экспрессивностью и пенетрантностью.
-
Специфичность – уникальная последовательность нуклеотидов для каждого структурного гена.
-
Целостность – как функциональная единица (программирование синтеза белка) ген неделим.
-
Дискретность – в составе гена имеются субъединицы: мутон – субъединица, которая отвечает за мутацию; рекон – отвечает за рекомбинацию. Минимальная их величина – пара нуклеотидов.
-
Стабильность – гены относительно устойчивы (стабильны). Частота самопроизвольной мутации одного гена составляет примерно 1:10-5 на поколение.
-
Лабильность – устойчивость генов не абсолютная, они могут изменяться, мутировать.
-
Плейотропия – множественное действие гена (один ген отвечает за несколько признаков).
-
Экспрессивность – степень фенотипического проявления гена. Она определяется факторами среды и влиянием других генов.
-
Пенетрантность – частота проявления гена: отношение (в процентах) числа особей, имеющих данный признак, к числу особей, имеющих данный ген.
Классификация генов
По функциям гены классифицируют на структурные и функциональные. Структурные гены содержат информацию о белках-ферментах, гистонах, о последовательности нуклеотидов в разны видах РНК.
Функциональные гены оказывают влияние на работу структурных генов. Функциональными являются гены-модуляторы и гены-регуляторы. Гены-модуляторы – это ингибиторы, интенсификаторы, модификаторы. Они усиливают, ослабляют или изменяют работу структурных генов. Регулируют работу структурных генов гены-регуляторы и гены-операторы.
По месту действия гены подразделяют на три группы:
-
функционирующие во всех клетках (например, гены, кодирующие ферменты энергетического обмена);
-
функционирующие в клетках одной ткани (детерминирующие синтез белка миозина в мышечной ткани);
-
специфичные для одного типа клеток (гены гемоглобина в незрелых эритроцитах).
Гены выполняют в клетке две основные функции.
Гетеросинтетическая функция – это программирование биосинтеза белка в клетке.
Аутосинтетическая функция – репликация ДНК (самоудвоение ДНК).
Репликация ДНК проходит в синтетический период интерфазы митоза.Синтез молекулы ДНК – полуконсервативный: одна цепочка материнская («старая»), на ней собирается новая цепочка – «дочерняя». Новая цепочка собирается по принципу комплементарности. Основной фермент синтеза – ДНК – полимераза (А. Коренберг, 1956).
Спираль ДНК раскручивается и делится на две цепочки, каждая выполняет роль матрицы. Репликация начинается сразу в нескольких точках молекулы ДНК. Участок ДНК от точки начала одной репликации до точки начала другой называется репликоном. Хромосомы эукариот имеют много репликонов, нуклеоид бактерий – 1 репликон. ДНК – полимераза в репликоне может двигаться вдоль материнской нити только в направлении от конца 3' к концу 5'. Поэтому сборка дочерних нитей ДНК идет антипараллельно – в противоположных направлениях. Процесс во всех репликонах проходит одновременно. Участок репликации называется репликационной вилкой. В каждой вилке новые цепи ДНК одновременно собирают несколько ДНК – полимераз (рисунок 16).
Рисунок 16 – Схема репликации молекулы ДНК
В каждой репликационной вилке ДНК-полимераза может постепенно и непрерывно собирать одну новую цепь ДНК (так как она движется в одном направлении). Вторая цепь – дочерняя – синтезируется короткими участками по 150-200 нуклеотидов под действием ДНК-полимеразы, которая движется в обратном направлении. Эти участки называются фрагментами Оказаки. Все синтезированные участки полинуклеотидной цепи соединяются ферментом лигазой.
Весь геном клетки реплицируется 1 раз в митотическом цикле.