Свойства и классификация генов

Свойства генов

Гены характеризуются: специфичностью, целостностью, дискретностью, стабильностью, лабильностью, плейотропностью, экспрессивностью и пенетрантностью.

1. Специфичность – уникальная последовательность нуклеотидов для каждого структурного гена.

2. Целостность – как функциональная единица (программирование синтеза белка) ген неделим.

3. Дискретность – в составе гена имеются субъединицы: мутон – субъединица, которая отвечает за мутацию; рекон – отвечает за рекомбинацию. Минимальная их величина – пара нуклеотидов.

4. Стабильность – гены относительно устойчивы (стабильны). Частота самопроизвольной мутации одного гена составляет примерно 1:10^-5 на поколение.

5. Лабильность – устойчивость генов не абсолютная, они могут изменяться, мутировать.

6. Плейотропия – множественное действие гена (один ген отвечает за несколько признаков).

7. Экспрессивность – степень фенотипического проявления гена. Она определяется факторами среды и влиянием других генов.

8. 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.

Генотип всех соматических клеток организма одного вида одинаков. Но клетки разных тканей отличаются друг от друга. Вероятно, это связано с тем, что в них работают разные блоки генов. Область проявления действия данного гена называется полем его действия (например, распределение волосяного покрова на теле человека). Как правило, гены, детерминирующие определенные признаки, «работают» непостоянно (например, гены, определяющие синтез половых гормонов); их функция значительно снижается с возрастом. Период функционирования гена называется временем его действия.

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.