Ген

(от греч. Genos - род, происхождение), наследственный фа ктор, функционально неделимая единица генетич. Материала. Участок молекулы ДНК (у нек-рых вирусов РНК), кодирующий первичную структуру полипептида, молекулы транспортной или ри-босомальной РНК или взаимодействующий с регуляторным белком. Совокупность Г. Данной клетки или организма составляет его генотип. Существование дискретных наследств, факторов в половых клетках было гипотетически постулировано Г. Менделем в 1865, в 1909 B. Иогансен назвал их Г. Дальнейшие представления о Г. Связаны с развитием хромосомной' теории наследственности. Т. X. Морган и его школа разработали теорию Г., согласно к-рой Г. Представляет собой единицу мутации, рекомбинации и функции, т. Е. При мутировании Г.

Изменяется как целое, рекомбинация происходит только между Г., и Г. Контролирует элементарную функцию, к-рая может быть определена на основании функционального теста на аллелизм. По мере увеличения разрешающей способности генетич. Анализа стало очевидно, что Г. Делим и не является единицей мутации и рекомбинации. Первые эксперименты, доказавшие сложное строение гена у дрозофилы, были выполнены в 20-30-х гг. 20 в. Сов. Учёными А. С. Серебровским, Н. П. Дубининым и др. Это открытие нашло подтверждение в исследованиях зарубежных авторов, работавших с дрозофилой, а также с низшими грибами, бактериями и др. Биол. Объектами. В 1953 Дж. Уотсоном и Ф. Криком была раскрыта трёхмерная структура ДНК, что позволило говорить о том, каким образом детали данной структуры определяют биол.

Функции ДНК в качестве материального носителя наследств. Информации. В 60 х гг. Амер. Исследователь С. Бензер доказал, что Г. Бактериофага Т4, развивающегося на кишечной палочке, состоит из линейно расположенных, независимо мутирующих элементов, разделимых рекомбинацией. Исходя из доказанной к тому времени генетич. Роли нуклеиновых к-т (см. Трансформация), С. Бензер показал, что наименьшими мутирующими элементами Г. Являются отдельные пары нуклеотидов ДНК. Существ, роль в теории Г. Сыграла концепция «один ген - один фермент», выдвинутая в 40-е гг. Дж. Бидлом и Э. Тейтемом, согласно к-рой каждый Г. Определяет структуру какого-либо фермента. После множества уточнений эта концепция сводится к тому, что для каждого типа полипептидных цепей в клетке существует т.

Н. Структурный Г., определяющий чередование аминокислотных остатков в ней. Эта концепция вместе с представлениями о сложной структуре гена и генетич. Роли нуклеиновых к-т послужила отправной точкой для установления Ф. Криком и др. Осн. Параметров генетического кода для белков, а затем его полной расшифровки в 1965 C. Очоа, М. Ниренбергом и др. К этому времени утвердилось представление об универсальности осн. Черт строения и функции Г. Как сложной линейной структуры участка ДНК, к-рый в результате транскрипции и последующей трансляции определяет первичную структуру полипептидней цепи. Дальнейшее развитие теории Г. Связано, с выявлением отличий в организации генетич. Материала у организмов, далёких друг от друга в таксономич.

Отношении, и с установлением осн. Тенденций эволюции Г. Для организации генетич. Материала прокариот характерны опероны, состоящие из неск. Г. Отсутствие их у эукариот связано, по-видимому, с тем, что рибосомы эукариот в отличие от рибосом прокариот не способны реини-циировать трансляцию на одной и той же молекуле иРНК после прохождения ко-дона-терминатора. Поэтому каждый транскрипт (единица транскрипции) эукариот содержит нуклеотидную последовательность только одного структурного Г. Кроме того, у прокариот в молекуле транслируемой иРНК представлена вся нуклеотидная последовательность структурного Г., в то время как у эукариот мн. Г. Содержат от одного до неск. Десятков нетранслируемых участков - нитронов, к-рые перемежаются с транслируемыми участками - экзонами.

Нитроны представлены в молекуле первичного транскрипта, а при созревании иРНК они вырезаются. Экзоны ковалентно соединяются в молекулу транслируемой иРНК. Этот процесс получил назв. Сплайсинга. Для организации генетич. Материала эукариот свойственно присутствие т. Н. Г.-кластеров (сложных Г.), кодирующих длинные полипептиды с неск. Ферментативными активностями. Напр., один из Г. (Neurospora crassa) кодирует полипептид с мол. М. 150 000, к-рый отвечает за пять последоват. Этапов в биосинтезе ароматич. Аминокислот. Подобные Г.-кластеры, по-видимому, редки у прокариот. Вирусы имеют структуру Г., отражающую генетич. Организацию клетки-хозяина. Так, Г. Бактериофагов собраны в опе-роны и не имеют интронов, а вирусы эукариот имеют интроны.

В то же время в генетич. Материале вирусов прокариот и эукариот обнаруживается общая характерная черта - перекрывание Г. Возможно, это связано у вирусов с тенденцией макс, использования информац. Ёмкости небольшого генома. У РНК-содержащих онкогенных вирусов эукариот обнаружена ещё одна особенность строения генетич. Материала. Она заключается в том, что генетич. Материал этих вирусов служит одновременно в качестве иРНК для синтеза гигантской молекулы полипротеина (мол. М. 270 000), к-рая затем разрезается при помощи специфич. Протеолиза на отд. Белки, участвующие в формировании частицы вириона. Это отражает неспособность рибосом клетки-хозяина реинициировать трансляцию на одной молекуле иРНК, и поэтому знаки, разделяющие отд.

Г., как бы вынесены на гигантскую цепь полипротеина. Т. О., выявляются осн. Тенденпии в эволюции Г. От оперонных структур, содержащих «простые Г.», у прокариот - к автономизации Г. И даже их частей, разделимых нитронами, у эукариот. Полагают, что отд. Экзоны соответствуют функционально значимым участкам в полипептидной цепи - её отд. Доменам. Перекомбинация экзонов может вести к оптимальным сочетаниям доменов в белках. По мере проникновения в мол. Структуру генетич. Материала всё труднее становится находить в молекулах ДНК границы того, что обозначают понятиями «ген» и «гены» (как наследств, задатки, части генотипа). Это связано с тем, что сигналы таких матричных процессов, как транскрипция (на ДНК) и трансляция (на иРНК), не совпадают как по локализации, так и по сочетаниям нуклеотидов.

Наконец, растёт число открываемых генетич. Единиц. Наряду со структурными и регуляторными Г., обнаружены участки повторяющихся нуклеотидных последовательностей, функции к-рых неизвестны, мигрирующие нуклеотидные последовательности (мобильные гены). Найдены также т. Н. Псевдогены у эукариот, к-рые представляют собой копии известных Г., расположенные в других частях генома и лишённые интронов или инак-тивированные мутациями и поэтому не функционирующие. Все эти сведения расширяют представления о строении гене-тич. Материала и показывают, что теория Г. Продолжает развиваться. Теория Г.- основа прикладной генетической инженерии, методы к-рой позволяют, напр., создавать штаммы бактерий, производящие мн. Физиологически активные вещества, используемые в медицине и с.

Х-ве. При этом знание структуры конкретных Г., мол. Основ их экспрессии позволяет выбирать оптим. Стратегию химич. Или ферментативного их синтеза, присоединения к ним «сильных» промоторов, использования соотв. Молекул ДНК для переноса их из одних организмов в другие. Кроме того, на основе многочисл. Мутантов по отдельным генам, получаемых при их изучении, созданы высокоэффективные тест-системы для выявления генетич. Активности факторов среды, в т. Ч. Для выявления канцерогенных соединений.