22. Классификация генов: гены структурные, регуляторы. Свойства генов (дискретность, стабильность, лабильность, полиаллелизм, специфичность, плейотропия).
Дискретность — несмешиваемость генов;
Стабильность — способность сохранять структуру;
Лабильность — способность многократно мутировать;
Множественный аллелизм — многие гены существуют в популяции во множестве молекулярных форм;
Аллельность — в генотипе диплоидных организмов только две формы гена;
Специфичность — каждый ген кодирует свой признак;
Плейотропия — множественный эффект гена;
Экспрессивность — степень выраженности гена в признаке;
Пенетрантность — частота проявления гена в фенотипе;
Амплификация — увеличение количества копий гена.
23. Строение гена. Регуляция экспрессия генов у прокариот. Гипотеза оперона.
Экспрессия генов — это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок. Экспрессия генов может регулироваться на всех стадиях процесса: и во время транскрипции, и во время трансляции, и на стадии посттрансляционных модификаций белков.
Регуляция экспрессии генов позволяет клеткам контролировать собственную структуру и функцию и является основой дифференцировки клеток, морфогенеза и адаптации. Экспрессия генов является субстратом для эволюционных изменений, так как контроль за временем, местом и количественными характеристиками экспрессии одного гена может иметь влияние на функции других генов в целом организме. У прокариот и эукариот гены представляют собой последовательности нуклеотидов ДНК. На матрице ДНК происходит транскрипция — синтез комплементарной РНК. Далее на матрице мРНК происходит трансляция — синтезируются белки. Существуют гены, кодирующие нематричную РНК (например, рРНК, тРНК, малые РНК), которые экспрессируются (транскрибируются), но не транслируются в белки.
Исследования на клетках Е. coli позволили установить, что у бактерий существуют ферменты 3 типов:
конститутивные, присутствующие в клетках в постоянных количествах независимо от метаболического состояния организма (например, ферменты гликолиза);
индуцируемые, их концентрация в обычных условиях мала, но может возрастать в 100Q раз и более, если, например, в среду культивирования клеток добавить субстрат такого фермента;
репрессируемые, т.е. ферменты метаболических путей, синтез которых прекращается при добавлении в среду выращивания конечного продукта этих путей.
На основании генетических исследований индукции β-галактозидазы, участвующей в клетках Е. coli, в гидролитическом расщеплении лактозы Франсуа Жакоб и Жак Моно в 1961 г. сформулировали гипотезу оперона, которая объясняла механизм контроля синтеза белков у прокариотов.
В экспериментах гипотеза оперона получила полное подтверждение, а предложенный в ней тип регуляции стали называть контролем синтеза белка на уровне транскрипции, так как в этом случае изменение скорости синтеза белков осуществляется за счёт изменения скорости транскрипции генов, т.е. на стадии образования мРНК.
У Е. coli, как и у других прокариотов, ДНК не отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой. В процессе транскрипции образуются первичные транскрипты, не содержащие нитронов, а мРНК лишены «кэпа» и поли-А-конца. Синтез белка начинается до того, как заканчивается синтез его матрицы, т.е. транскрипция и трансляция протекают почти одновременно. Исходя из размера генома (4×106 пар нуклеотидов), каждая клетка Е. coli содержит информацию о нескольких тысячах белков. Но при нормальных условиях роста она синтезирует около 600-800 различных белков, а это означает, что многие гены не транскрибируются, т.е. неактивны. Гены белков, функции которых в метаболических процессах тесно связаны, часто в геноме группируются вместе в структурные единицы (опероны). Согласно теории Жакоба и Моно, оперонами называют участки молекулы ДНК, которые содержат информацию о группе функционально взаимосвязанных структурных белков, и регуляторную зону, контролирующую транскрипцию этих генов. Структурные гены оперона экспрессируются согласованно, либо все они транскрибируются, и тогда оперон активен, либо ни один из генов не «прочитывается», и тогда оперон неактивен. Когда оперон активен и все его гены транскрибируются, то синтезируется полицистронная мРНК, служащая матрицей для синтеза всех белков этого оперона. Транскрипция структурных генов зависит от способности РНК-полимеразы присоединяться к промотору, расположенному на 5′-конце оперона перед структурными генами.
Связывание РНК-полимеразы с промотором зависит от присутствия белка-репрессора на смежном с промотором участке, который называют «оператор». Белок-репрессор синтезируется в клетке с постоянной скоростью и имеет сродство к операторному участку. Структурно участки промотора и оператора частично перекрываются, поэтому присоединение белка-репрессора к оператору создаёт стерическое препятствие для присоединения РНК-полимеразы.
Большинство механизмов регуляции синтеза белков направлено на изменение скорости связывания РНК-полимеразы с промотором, влияя таким образом на этап инициации транскрипции. Гены, осуществляющие синтез регуляторных белков, могут быть удалены от оперона, транскрипцию которого они контролируют.
Источник
Классификация генов. Свойства и функции генов.
2017-12-14
9313
Ген как элементарная единица наследственной информации выполняет определенные функции и обладает определенными свойствами.
Функции генов:
· хранение наследственной информации;
· управление биосинтезом белка и других веществ в клетке;
· контроль за развитием и старением клетки.
Свойства генов:
· дискретность: один ген контролирует один признак;
· специфичность: каждый ген отвечает строго за свой признак;
· стабильность структуры: гены передаются из поколения в поколение не изменяясь;
· дозированность действия: один ген определяет одну дозу фенотипического проявления признака;
· способность к мутированию (изменению структуры);
· способность к репликации (самоудвоению);
· способность к рекомбинации (переходу из одной гомологичной хромосомы в другую).
Функциональная классификация генов
Все гены делятся на три группы:
· cтруктурные – контролируют развитие признаков путем синтеза соответствующих ферментов;
· регуляторные– управляют деятельностью структурных генов;
· модуляторные – смещают процесс проявления признаков в сторону его усиления или ослабления, вплоть до полной блокировки.
Разновидности генов
Наряду с приведенной ранее функциональной классификацией генов существуют и другие их разновидности: псевдогены, онкогены и мобильные гены.
Псевдогены (ложные гены) – нуклеотидные последовательности в молекуле ДНК, сходные по строению с известными генами, но утратившие функциональную активность.
Онкогены – нуклеотидные последовательности в молекуле ДНК, присутствующие в хромосомах нормальных клеток, способные активизироваться под влиянием факторов внешней среды и продуцировать белки, вызывающие рост опухолей.
Мобильные(прыгающие) гены – гены, не имеющие постоянной локализации не только в хромосоме, но и в пределах хромосомного набора клетки. Понятно, что перемещения генов влияют на их экспрессию – ранее не активные гены могут активизироваться, и наоборот. Некоторые ученые считают, что эти гены играют важную роль в эволюции. Видимо, возникновение таким путем отдельных видов (в результате переноса информации от вида к виду) действительно возможно.
Источник
Какие бывают виды генов?
Классификация генов: гены структурного синтеза РНК, регуляторы. Свойства генов: дискретность, стабильность, лабильность, полиаллелизм, специфичность плейотропия.
Ген — это функциональная и структурная единица наследственности живых организмов.Генпредставляет собой участок ДНК, который задает последовательность определённого полипептида либо функциональной рубенонулеиновой кислоты (РНК).
Структурные гены — уникальные компоненты генома, которые представляют единственную последовательность, которая кодирует определённый белок или некоторые разновидности рубенонуклеиновых кислот (РНК).
Регулятор (ген R), регулирует процесс транскрипции структурных генов. Ген — регулятор кодирует синтез специфического аллостерического белка — репрессора, который имеет два центра связывания: один узнает определенную последовательность нуклеотидов на участке ДНК, называемом оператором (ген О), другой — взаимодействует с эффектором.
В отличие от гена — оператора, гены-регуляторы расположены на некотором расстоянии от структурных генов (продукты регуляторных генов — репрессоры являются свободно диффундирующими белковыми молекулами).
Ген-оператор расположен рядом со структурным геном (генами) и служит местом связывания репрессора.
Свойства генов:
- Дискретность — несмешиваемость генов;
- Стабильность — способность сохранять структуру;
- Лабильность — способность многократно мутировать;
- Множественный аллелизм — многие гены существуют в популяции во множестве молекулярных форм;
- Аллельность — в генотипе диплоидных организмов только две формы гена;
- Специфичность — каждый ген кодирует свой признак;
- Плейотропия — множественный эффект гена;
- Экспрессивность — степень выраженности гена в признаке;
- Пенетрантность — частота проявления гена в фенотипе;
- Амплификация — увеличение количества копий гена.
Источник