Структурата и функцията на ген

I. Джийн, класификация и организация на гените
Генетика проучвания са универсални за всички живи организми, законите на наследствеността и вариации.
Начални дискретни единици на наследственост са гени. Възпроизвеждане и ген ефект пряко свързани с процеса на матрица. В момента, генът се счита като единица на работа на наследствен материал. химична основа на ген е ДНК молекула.
Има няколко подхода за класификация на гени, всеки от които отразява характеристиките на работата им в процеса на онтогенезата. Гените единица като функция на наследствен материал, разделена на структурни и регулаторни гени модулатори.
Структурните гени съдържат информация за структурата на протеин (полипептид) и рибонуклеинова киселина (рибозомна и транспорт), генетичната информация се осъществява в процеса на транскрипция и транслация, или само transkriptsii.U човек е около 30000 структурни гени, но само част от тях се експресира.
Жизнените функции на клетката се предоставят от малък набор от гени функционира, като сред тях се прави разлика гени "домакинство" - GOF (гени obschekletochnyh функции) и гени "лукс" - в рамките на ОСП (гени специализирани функции). GOF осигури прилагането на универсални клетъчни функции необходими за активността на всички клетки (хистон гени, гени р-РНК и т-РНК и др.). GSP: 1- експресира селективно в специфични клетки чрез определяне на техния фенотип (globins гени и имуноглобулин др.)
2 - работи при определени условия на околната среда и представляват гени "адаптивен отговор." Принадлежността към GOF или GPS определя инициатор структура.
Регулаторни гени (ген -. Регулатор лактоза оперона, TFM генни и т.н.) за координиране на дейността на структурните гени на клетъчно ниво, както и репресия и де-потискане на гените на нивото на организма. В допълнение към регулаторни гени са регулаторни последователности (промотор, оператор, терминатор, подобрители, заглушители, пред промоторен елемент), функцията на които е установен във взаимодействието със специфични протеини.
Гени модулатори засилват или отслабват ефекта на структурни гени, промяна на функционалната активност.
Структурните гени са организирани по различен начин в прокариоти и еукариоти.
В прокариоти, структурните гени са организирани под формата на независими гени, транскрипционни единици и оперони.
Независимите гени са съставени от една непрекъсната последователност на кодони, те непрекъснато се експресира и не се регулира на транскрипционно ниво (лактоза оперона регулатор ген) на. Устройството за транскрипция - група на различни гени, които са функционално свързани и се транскрибира едновременно, което осигурява същото количество в следващите синтезираните продукти. Обикновено този протеин гени или нуклеинови киселини (в Ешерихия коли като част от един от двата гена са транскрипционни тРНК, три гена р-РНК).
Operon - група на структурни гени, следвайки един след друг, под контрола на оператора - специфична ДНК област.
Структурните гени споделят обща промотор, оператор и терминатор участва в метаболизма цикъл и координирано регулация (фиг. 17).
В еукариоти, структурните гени, чиято функция е свързана с регулаторната, организирани под формата на независими гени, повтарящи гени и генни клъстери.
Независимите гени обикновено се поставят поотделно, тяхната транскрипция не е свързан с транскрипцията на други гени. Дейността на някои от тях се регулира от хормони.
Дублиращи гени, присъстващи в хромозомата под формата на повторения (копия) на един ген - хистон гени, тРНК, рРНК. хистон гени причина повторяемост определя от необходимостта да се синтезират големи количества хистони, които са основна структурна сърцевина протеини (равна на общата маса на хистон ДНК тегло).
Gene клъстер - група от различни гени с подобни функции, които са локализирани в специфични хромозомни региони. В клъстера активно функциониращи гени и псевдогени (псевдогени нуклеотидни последователности, подобни на последователности, функционално активни гени, но не експресират псевдогени и не представляват протеин. Често клъстери са семейство от гени, които са възникнали от определен ген-предшественик.
Класически пример е глобинови гени в състав А и клъстери. Хемоглобин и хем протеин съдържа тетрамер-глобинов. Глобин тетрамер е съставен от два еднакви вериги и две идентични схеми. Аминокиселинната последователност на всяка от веригите на глобинови и е кодирана от своя ген включен съответно в А или В на клъстер. При човек, клъстер А се намира в хромозома 16, и В клъстер в хромозома 11 (фиг. 20). Размерът на клъстер се ДНК част 50 килобази и включва пет функционално активни гени и псевдоген: ген (епсилон); Два гена (гама); псевдоген (бета); ген (делта) и ген (бета).
Клустер А е по-компактен и заема участък на ДНК, по-голям от 28 килобази и включва псевдоген активен ген (зета) псевдоген (зета) (а) и гени (алфа) и две (алфа) един кодиращи идентични протеини. Глобинови гени са мозайка за вътрешната структура.
Дублиращи гени и клъстери на глобин гени принадлежат към мултиген семейство.

II. регулиране Джийн в прокариоти и еукариоти
Ние про- и еукариотни гени организация различни варианти и форми на съхранение на генетична информация, което предполага и осигурява различна степен на регулиране на генната експресия в процеса на реализация на генетичната информация.
За прокариоти характеризира с регулиране на транскрипционно ниво. Теорията на генетичния регулирането на синтеза на протеини е разработен от генетиците Е. Джейкъб и J. Моно. Целта на изследването служи като лактоза оперон на Е.коли (фиг. 17). E.coli, могат да пролиферират в среда, съдържаща както глюкоза и лактоза. Ензими за усвояване на глюкоза присъства в константа на клетката (конститутивна ензим) и ензимите, необходими за смилане лактоза се синтезират само когато пристигне в клетката (адаптивни ензими). Синтез адаптивни ензими регулирани. Лактоза оперон състои от промотор, оператор (нуклеотидни последователности, които се припокриват), три структурни гени са разположени един зад друг, и терминатор. Структурните гени диктуват синтеза на ензими, които са необходими за метаболитен цикъл (разцепване на лактоза в глюкоза), всеки ген определя синтеза на ензима протеин. Операторът регулира активността на структурни гени, включително и изключване на процеса на транскрипция. Самата оператора се контролира от ген регулатор, който се намира на известно разстояние от оперона. Ген кодира регулатор на синтеза на специфични репресорен протеин, който има алостеричен ефект, който позволява да се свърже с или оперон, или въвеждане в клетка лактоза. Operon гени функционират заедно, но в същото време всички три ензима са синтезирани или синтезирани няма.
Възможно е да има две състояния-оперон: оперон "изключено" и оперон "на" позиция и съответно два усмирител протеин. Operon "изключено" (виж фигура 17.1). Репресорен протеин е свързан с оператора. РНК полимераза не може да се присъедини промотор, структурен ген транскрипция и синтез настъпва ензими.

Operon "на" (фигура 17.2.): Лактоза навлиза в клетката и се свързва с протеин репресор, избирането на оператора, операторът се освобождава и РНК-полимеразата се свързва с промотор упражняване транскрипционни структурни гени. Това води до синтеза на адаптивни ензими, които разграждат лактоза в глюкоза и галактоза. Активирането на транскрипция на структурните гени на оперона наречен индукция; индуктор (транскрипционен активатор) в този случай се е лактоза. По този начин, чрез регулатор ген репресорен протеин ген оперон следващата индуцирането на по транскрипционно ниво (отрицателно регулиране контрол: транскрипция се провежда в отсъствието на регулаторен протеин).
В еукариоти, във всички клетки на многоклетъчен организъм съдържа същата ДНК, разликата между клетките се дължи на това, гени са изразени и какво протеини се синтезират. Гените, изразени obschekletochnyh функции постоянно, а гените са регламентирани от специализирани функции. Регулиране на генната експресия се извършва в нивото на всички процеси матрични:
pretranskriptsionny (спирала и despiralization хроматин, метилиране на цитозини в специфични места на молекулата на ДНК и Ал.), транскрипция (различна степен на процес започване), пост-транскрипционно (различни изпълнения на обработка, селекция в цитоплазмата на зрялата иРНК за превод от рибозоми), транслацията (промяна в интензитета синтеза на протеини в етапа на откриване)
пост-транслационно (след полипептид синтез активиране, инактивиране или раздробяване на протеинови молекули).
За по-голямата част от гените важно контрол на транскрипционно ниво.
Структурата на гена (плочка), наличието на регулаторни последователности (енхансери, шумозаглушители и промоторен елемент преди)
специфични промоторни последователности определят специално регулиране на генната експресия на транскрипционно ниво (Фиг. 18). - комплекс иницииране на транскрипция:
за "разпознаване" промотор и присъединяване РНК полимераза изисква създаването на стабилна транскрипция комплекс (съединение TATA кутия с TATA фактор TF2).
- скоростта регулиране на транскрипцията и интензитет:
регулаторни протеини (сайта - специфична ДНК свързваща) взаимодействат с къси нуклеотидни последователности в усилващи и промоторни елементи в предната част на. На комбинаторни ефект на регулаторни протеини (+ -) осигурява за експресията на гена. - наличие на снаждане (иРНК образование) на.
снадени екзони, снаждане се катализира от spliceosome. Те се научават някои последователности на интрони и да ги премахнат, за да се образува lassopodobnyh структури. В резултат на иРНК сплайсинг се образува, което е много по-малък от мозайка ген.
Изследвани регулирането на транскрипционно ниво от действието на стероид хормон прогестерон (фиг. 19). В цитоплазмата на клетката мишена е рецептор за хормон протеин, който е съставен от две субединици А и Б. Молекули

хормон, проникващ в цитоплазмата на клетките, се свързват с рецептора за образуване на рецептор-хормон комплекс. Комплексът се премества от цитоплазмата към ядрото, с В-субединица в комплекса се свързва към специфични части на хроматина и се дисоциират субединици. Субединица прикрепен към ДНК на мястото на подходящ промотор, който променя активността на RNA полимераза и увеличава синтеза на иРНК и протеин. В резултат на действието на хормона е за увеличаване на метаболитни процеси, протичащи в клетката, а не изходни нови. Генна транскрипция се случва в присъствието на активен регулаторен протеин (положителна контрола). Например, липсата на рецепторни протеини за тестостерон хормон води до образуването на синдрома на Морис.
При еукариотите, заедно с регулаторните процеси, които засягат жизнения цикъл на клетките, има процеси, които определят развитието на целия организъм. Те включват генетично ген контрол де-потискане глобин на различни етапи от ембриогенезата - включване и изключване на генни клъстери А и Б, които определят синтеза на глобиновите вериги на хемоглобин в цяло. Глобинови гени са подредени в групи А и В, и са изразени в последователност от ляво на дясно (Фигура 20).

При хората, образуването на хемоглобин "възрастен" се осъществява чрез последователно де-потискане на гени и включва три етапа:
фетален хемоглобин, хемоглобин, ембрионален и възрастни хемоглобин. Фетален хемоглобин (до 8 седмици на развитие) се състои от две идентични -подобни и две идентични подобните вериги: две  (зета) - и две  (епсилон) вериги, всяка от които е подобна на полипептидната верига на възрастни и по-късно заменя със това. Фетален хемоглобин съдържа две  верига и две  (гама) верига.
"Възрастни" хемоглобин се състои от две  вериги и две вериги, и  (делта) верига. В възрастен 97% от общия хемоглобин е хемоглобин 2 2, 2% - хемоглобин 2 2, 1% - представени фетален хемоглобин 2 2.
Така че:
- гени, определящи глобин синтез, derepressiruyutsya постепенно и в такава последователност, тъй като те са разположени в клъстер;
- Синтез на "възрастен" хемоглобин осигурява постепенно включване и изключване на генни клъстери А и В и съответните синтез  и globinovyh полипептидни вериги. Първо синтезирани  подобни верига  (зета), което се се заменя с  верига. Преобразуване -подобен вериги е по-трудно: първо синтезира  (епсилон) - и  (гама) верига, която по-късно се заменя със  (делта) - и веригата.
- на различни етапи от онтогенезата при хора, има различни видове хемоглобин: ембрионални, фетална и постнатална. - синтеза глобин верига се среща в различни органи: първо, в жълтъчната торбичка, черния дроб, и след това в далака, и по-късно винаги в костния мозък;
- всички глобинови гени са сходни в тяхната функционална активност.
Един пример на генното регулиране в организма и промяна на ниво е синтеза на а-фетопротеин postembryonal период на серумен албумин.

III. Структурата на мозайка гена
В края на 70-те години е установено, че в еукариоти са гените, които съдържат ДНК на "допълнително", която не е представена в молекулата на иРНК. Те се наричат мозайка, счупени гени; ген, имащ структура на екзон-интрон.
1.Mozaichnye еукариотни гени имат по-голям размер от нуклеотидната последователност, представена в иРНК (3-5%).
2.Mozaichnye гени състоят от ексони и интрони. Интрони се отстраняват от първичния транскрипт и отсъстват в зрялата иРНК, която се състои само от екзони. Броят и размерът на интрони и екзони са индивидуални за всеки ген, но интроните в размер много повече екзони.
3.Gen екзон започва и завършва екзон, но може да бъде всеки набор от интрони в гена (глобин гени имат 3 екзона и 2 интрони) (фиг. 20). Екзоните и интрони са обозначени с цифри или букви в реда, в който са разположени по протежение на ген.).
4. Подредбата на екзона в ген идентичен с местоположението им в иРНК.
5.Максималното граница екзон-интрон има определена постоянна нуклеотидна последователност (GT - AG), който присъства във всички мозайка гени.
6. Екзон един ген може да бъде на друг интрон.
7. В мозайка гена понякога не-он кореспонденция между гена и кодиран от тях протеин, която е една и съща последователност на ДНК може да участва в синтеза на различни протеинови варианти.
8. Същият транскрипт (про-иРНК) могат да бъдат подложени на различни сплайс, получените снадени части на мРНК могат да кодират различни варианти на същия протеин.
9. налични мозайка ген позволява алтернативен сплайсинг (екзон L - екзон 2,3 или екзон S - екзон 2,3) за синтезиране на няколко протеинови варианти въз основа на информацията на един ген; произвеждат успешни комбинации от протеини, и ако има такива провали, след това се избора на нивото на тРНК, като същевременно се запази непроменена ДНК (фиг. 21).
Това е отражение на принципа на икономично използване на генетичната информация, както в бозайници са включени в транскрипцията на гени на около 5-10%.

V. Развитие на идеи за ген
ген проблем - всеобщ проблем в генетиката. В развитието на генетиката се променя гена: Мендел, Т. Морган, Н. Koltsov, A.S.Serebrovsky, NP Dubinin, S. Benzer, J. Beadle, Е. Тейтъм, Avery, J. Watson и Crick и др.
Модерен ген теория се базира на основните научни постижения: създаването на сложна структура на ген препис на генетичния код, генното инженерство и т.н. В момента учените са завършили работата по международния проект "Човешки геном", която има за цел - пълна дефиниция на първичната структура на човешката геномна ДНК (3. 5 млрд. нуклеотидни двойки.). Този проект ще позволи да картографира, sekvenirovant и идентифициране на много човешки гени.

VI. генното инженерство
Генното инженерство - набор от методи за получаване на гени и прехвърляне на генетична информация от един организъм в друг. Целта е да се конструира ген izhenerov генетични структури, създаването на клетка (организма) с нова генетична програма.
Методите на генното инженерство включват следните стъпки:
- получаване на генетичен материал (гени естествен подбор, ензимни гени или химичен синтез).
- включването на гени във вектор молекула (плазмид, вирус, фаг), и създаване на рекомбинантна ДНК молекула.
- въвеждане на рекомбинантни ДНК молекули в клетка реципиент, и включването им в хромозомите на клетки.
- подбор на трансформирани клетки, в генома на които е включено извършва ген.
- клониране (умножение) с рекомбинантна ДНК клетки.