Moderne ideje o genu. Moderne ideje o ljudskom genomu, njegovo proučavanje Moderne ideje o molekularnoj organizaciji genoma
Gene, ili nasledni faktor, - Ovo dio molekule DNK (u mnogim RNA virusima) koji kodira primarnu strukturu polipeptida, transfer ili ribosomalnu RNA molekulu.
Ukupan broj gena u ćeliji viših organizama, prema različitim procjenama, iznosi 50-200 hiljada. Svaki strukturni gen odgovara određenom proteinu. Geni koji kodiraju sintezu proteina kod eukariota sastoje se od nekoliko elemenata.
Prije svega, ovo je regulatorna zona (regija), koja utiče na aktivnost gena u različiti periodiživot organizma. Regulatorna oblast obuhvata promoter- sekvenca nukleotida DNK dužine do 80-100 parova baza, koju prepoznaje molekul enzima RNA polimeraze i kombinuje se sa njom da započne transkripciju datog gena. U ovom slučaju, promotor određuje koji će se od lanaca dvostruke spirale DNK vezati za RNA polimerazu i na taj način služiti kao šablon za sintezu mRNA.
Kod prokariota, koji se nalaze iza promotora operater- dio DNK koji je "prepoznat" specifičnim represorskim proteinima i reguliše transkripciju pojedinačnih gena. Operater i strukturni geni kojima upravlja zajedno čine funkcionalnu jedinicu tzv operon.
Osim toga, regije su pronađene u hromozomima - pojačivači transkripcije, koji se nalazi na velikoj udaljenosti od kodirajuće sekvence nukleotida gena i njegovog promotora. Za normalan rad Regioni gena koji se nalaze na kraju kodirajuće sekvence i služe kao signal za zaustavljanje transkripcije su takođe veoma važni. Oni se nazivaju terminatori.
Važna karakteristika gena eukariotskih organizama je njihov diskontinuitet. Za razliku od prokariotske mRNA, koja uključuje čitav niz nukleotida strukturnog gena, eukariotska mRNA sadrži kodirajuće regije - egzone - koji se naizmjenično slažu s nekodirajućim - introni. Introni variraju u veličini od nekoliko jedinica do nekoliko hiljada parova nukleotida; Štaviše, njihova dužina može biti veća od dužine egzona, a broj introna u genu može doseći dva do tri tuceta.
Po završetku transkripcije sa molekule mRNA koja sadrži i egzone i introne, potonji se izrezuju enzimima tokom obrada. Zatim se kodirajuća područja egzona spajaju u jedan molekul. Ovaj proces se zove spajanje RNA. Egzoni se kombinuju u prevedenu mRNA molekulu istim redosledom kojim se nalaze u DNK. Tako konvertovana mRNA naziva se zrela mRNA.
Struktura gena virusa odražava genetsku organizaciju ćelije domaćina. Tako su geni bakteriofaga sastavljeni u rperone i nemaju introne, dok ih eukariotski virusi imaju.
Gene - fragment molekule DNK koji sadrži nasljedne informacije o primarnoj strukturi jednog proteina (polipeptid, enzim) ili nukleotidnu sekvencu jedne t-RNA ili r-RNA
· Je jedinica funkcioniranja nasljednog materijala koja određuje razvoj osobine (eventualno grupe osobina) ili svojstva organizma (elementarne strukturne i funkcionalne jedinice hromozoma)
Primarni proizvod funkcije gena je mRNA, a zatim protein-enzim (polipeptid) ili r-RNA i t-RNA
Trenutno stanje teorije gena (svojstva gena)
1. Djeluje kao sistem kodiranja
2. Ima sposobnost autoreprodukcija (replikacija)
3. Ima sposobnost da mutacije(osnovna jedinica mutacije gena je Mouton)
4. Ima sposobnost da rekombinacija(osnovna jedinica rekombinacije gena je recon)
5. Posjeduje diskretna akcija
6. Postoje strukturni, funkcionalni, regulatorni i modulatorski geni
7. Zauzima određeni dio hromozoma – locus
Struktura gena
Genetski materijal unutar gena je složeno organiziran i ima linearni poredak
Gen se sastoji od mnogih mutacijskih mjesta ( web stranice) odvojeno tokom rekombinacije
Cistron - najmanji segment DNK (800-1200 parova baza), čija mutacija je praćena pojavom mutantnog fenotipa - osnovno funkcionalna jedinica gena (određuje sintezu jednog polipeptida)
· Gen kod eukariota sastoji se od nekoliko bitnih elemenata:
n regulaciona zona - reguliše aktivnost gena u određenom tkivu u određenoj fazi ontogeneze
n promoter - sekvenca DNK od 80-100 parova nukleotida, odgovorna za vezivanje RNA polimeraze koja transkribuje dati gen
n strukturna zona - dio gena koji sadrži informacije o primarnoj strukturi odgovarajućeg enzima proteina (znatno kraći od regulatorne zone, ali nekoliko hiljada parova nukleotida)
n Terminator - sekvenca nukleotida na kraju gena koja zaustavlja transkripciju
Strukturni dio gena sastoji se od dvije vrste nukleotidnih sekvenci:
1. egzoni - dijelovi DNK koji nose informacije o strukturi proteina (dio zrele mRNA)
2. Introni - Dijelovi DNK koji ne kodiraju strukturu proteina (transkribiraju se, ali nisu uključeni u zrelu mRNA, jer su u procesu „izrezani“ spajanje)
Spajanje- enzimski proces ekscizije introna iz molekule RNK i spajanja egzona tokom formiranja zrele mRNA
Klasifikacija gena
1. Strukturni geni - geni koji kodiraju razvoj specifičnih osobina(proizvod primarne genske aktivnosti je ili mRNA, a zatim polipeptid, ili r-RNA i t-RNA)
2. Modulatorski geni - geni koji pomjeraju razvoj osobine u jednom ili drugom smjeru(na primjer, učestalost mutacija strukturnih gena); može biti inhibitori ili supresori, suzbijanje aktivnosti ili pojačivača- povećanje aktivnosti gena
3. Genski regulatori - geni regulacija aktivnosti strukturnih gena(vrijeme uključivanja različitih lokusa u ontogenezu)
Genotip - skup svih alela (gena) organizma dobijenih od roditelja (cijeli skup nasljednih informacija organizma); skup gena diploidnog seta hromozoma ćelije
n genotip, budući da je diskretan (koji se sastoji od pojedinačnih gena), funkcionira kao jedinstvena cjelina
Genom - skup gena sadržanih u haploidnom setu hromozoma ćelije
Fenotip - ukupnost svih unutrašnjih i spoljašnjih karakteristika i svojstava pojedinca, formiranih na osnovu genotipa u procesu njegove ontogeneze, odnosno ostvarenog dela genotipa
· razvija se kroz interakciju genotipa sa okolinom; može relativno značajno varirati kod jedne individue) i
Koncept alela
Većina gena postoji u populaciji kao dvije ili više alternativnih varijanti - alela
Alel - različiti oblici istog gena (osobine), smješteni u istim područjima (lokusi) homolognih hromozoma(odredite alternativne mogućnosti razvoja za istu osobinu
· Svi aleli date osobine (gena) su lokalizovani na istom hromozomu u određenom njegovom delu - locus(odgovarajući hromozomski lokus može sadržavati samo jedan od svih mogućih alela određenog gena)
Locus - segment (presjek) hromozoma u kojem je gen lokaliziran
· Novi aleli nastaju mutacijama na istom hromozomskom lokusu (stvara se takozvani niz višestrukih alela, rasutih u populaciji date vrste - višestruki alelizam
Višestruki alelizam - fenomen postojanja u populaciji više od dva alternativna alelna gena koji imaju različite manifestacije u fenotipu(na primjer, osobina boje očiju kod osobe ima mnogo alelnih gena u populaciji, lokaliziranih u jednom lokusu određenog kromosoma)
· Aleli se međusobno razlikuju po sadržaju nasljedne informacije o osobini, čiji razvoj kontrolira gen
· Svaka karakteristika organizma je u njegovom kariotipu predstavljena parom alela zbog prisustva homolognih hromozoma (jedan od njih je uvek očinski, drugi majčinski); Jedna gameta može sadržavati samo jedan alel
Homozigot (po ovom osnovu)- organizam koji sadrži identične gene datog alelnog para, koji formira jednu vrstu gameta za datu osobinu i ne dijeli se prema fenotipu kada se ukršta sa svojom vrstom - aa ili ahh
Heterozigot (po ovom osnovu)- organizam koji sadrži različite gene datog alelnog para, formirajući nekoliko varijeteta gameta koje se razlikuju po alelima i cijepajući se na različite fenotipove tokom dalje reprodukcije - Ahh
Dominantni alel (gen, osobina) – alel (gen, osobina) „snažan“, supresivan, uvek se manifestuje u fenotipu
· Njegovo ispoljavanje ne zavisi od prisustva drugog alela date serije u organizmu (uvek se ostvaruje fenotipski jer . kodira stabilniji oblik enzima) ; označeno velikim slovom abecede - A
Recesivni alel (gen, osobina) – alel (gen, osobina) "slab", potisnut, osiguravajući razvoj osobine samo u odsustvu drugih alela ovog gena
· označeno velikim slovom abecede - A(pokazuje svoj efekat samo u homozognom stanju - ahh a ne manifestuje se kod heterozigota - Ahh)
Kodominantni aleli- aleli su podjednako funkcionalno aktivni ako su prisutni zajedno u genotipu
Alelne interakcije
1. Potpuna dominacija - fenomen supresije fenotipske manifestacije osobine dominantnim alelom (genom) djelovanja alternativnog alela u heterozigotu
2. Nepotpuna dominacija- interakcija dva alela, dajući intermedijarni fenotip u heterozigotu
3. Kodominacija- nezavisna manifestacija alela u heterozigotu
Monohibridno ukrštanje
Monohibridno ukrštanje- ukrštanje roditelja koji se razlikuju po ispoljavanju jedne osobine (jedan alternativni par alela)
· Mendel je izvršio eksperimente sa graškom (veoma uspešan predmet za genetička istraživanja jer grašak ima mnogo sorti koje se razlikuju samo po jednoj, dve ili više karakteristika, sposoban je za samooprašivanje i unakrsno oprašivanje, lako se uzgaja i ima kratak period razvoja )
· Za ukrštanje, primjerci koji pripadaju čiste linije biljke, pri čijem samooprašivanju u nizu generacija nije uočena segregacija prema proučavanom svojstvu
· Za snimanje ukrštanja i njegove analize, Mendel je uveo abecedni simbolizam
Moderne reprezentacije o strukturi gena kod eukariota ( I.F. Zhimulev, 2000, BIOLOGIJA) Gen se može definirati kao jedinica nasljedne informacije koja zauzima određenu poziciju u genomu ili hromozomu i kontrolira obavljanje određene funkcije u tijelu. Prema rezultatima istraživanja prokariota, uglavnom bakterije Escherichia coli, gen se sastoji od dva glavna elementa: regulatornog dijela za koji se veže enzim RNA polimeraze i stvarnog kodirajućeg dijela gena, u kojem se nalaze informacije o strukturi gena. polipeptid koji je kodiran ovim genom snima se pomoću kodona. Regulatorni dio se ne transkribuje, glasnička RNK (mRNA) se čita iz strukturnog dijela. Nakon što molekula RNK polimeraze stigne do mjesta završetka transkripcije, enzim napušta DNK šablon i transkripcija se završava. Promotori sadrže dvije grupe sekvenci s relativno striktno fiksiranim redoslijedom nukleotida smještenih na određenim udaljenostima kako od tačke inicijacije transkripcije tako i jedna od druge. Iako treba naglasiti da jednoznačnost lokacije nukleotida (konsenzus) nikada ne dostiže 100%.
Kod eukariota su geni, kao i genomi (ukupnost gena u haploidnom skupu DNK), složeniji. Prije svega, genomi sadrže mnogo više DNK; molekula mRNA sadrži informacije ne samo o kodiranju proteina, već i druge informacije. Struktura regulatornih i kodnih zona izgleda mnogo složenije.
Odakle dobijaju informacije o organizaciji gena kod eukariota? Glavni izvor ostaje metoda genetske analize korištenjem molekularno bioloških tehnika. Osim toga, trenutno se razvija oko 30 takozvanih genomskih projekata, na primjer, “Human Genome”, “Drosophila Genome”, “Yeast Genome” itd. To su, u pravilu, dobro financirani radovi koji imaju za cilj potpuno dešifriranje DNK koji čini genom određene vrste. Na primjer, u projektu Anopheles gambiae Genome, u prvoj fazi planira se dobiti kompletan set klonova, odnosno kratkih dijelova DNK, onim redoslijedom kojim se nalaze u hromozomima. U drugoj fazi mora se odrediti nukleotidna sekvenca u svakom klonu i, kao rezultat, u cijelom genomu. Strategija ostalih projekata i detalji njihove implementacije opisani su u članku V.N. Soifera.
Takav rad, zajedno sa velikim pomakom u razvoju biotehnoloških tehnika, omogućava da se nauči mnogo o organizaciji kako genoma u cjelini, tako i pojedinačnih gena. Konkretno, možete saznati koliko nukleotida sadrži određeni genom, odrediti omjer kodirajućih i nekodirajućih dijelova gena ili omjer introna i egzona unutar kodirajućeg dijela.
Kao što slijedi iz podataka u tabeli. 1, broj gena uvelike varira - od 9 u malom bakteriofagu)
