Гени та геноми. Будова генів та основні компоненти геномів еукаріотів.

Добрий день!

https://meet.google.com/gft-fgci-qmc

Перегляньте відео:

Усім організмам притаманна спадковість — здатність передавати свої ознаки та особливості індивідуального розвитку нащадкам. Одиниця спадковості — ген.

Ген — це ділянка молекули ДНК, що містить інформацію про первинну структуру молекули білка або РНК і визначає можливість розвитку ознаки.

Ген кодує спадкову інформацію про структуру певного білка, нуклеїнової кислоти або виконує регуляторні функції.

Будь-який ген є ділянкою молекули ДНК. Ген відповідає за утворення однієї або декількох ознак організму. Проте, більшість ознак утворюються у результаті взаємодії кількох генів.

Історія вивчення гена:

• у 1865 р. Грегор Мендель довів існування спадкових «задатків»;

• термін «ген» було запропоновано у 1909 році датським ученим Вільгельмом Людвігом Йогансеном;

• у першій половині ХХ століття Томас Морган установив, що гени лінійно розташовані у хромосомах ядра;

• у 1953 р. Джеймс Уотсон і Френсіс Крік відкрили просторову структуру ДНК.

За функціональним значенням розрізняють структурні гени (містять 100, 1000 і більше нуклеотидів) кодують структуру білків і РНК; і регуляторні (містять декілька десятків пар нуклеотидів) контролюють діяльність структурних генів — забезпечують активацію або гальмування зчитування інформації.

Регуляторні гени:

• слугують місцем приєднання ферментів та інших біологічно активних речовин;

• впливають на активність структурних генів;

• беруть участь у процесах реплікації ДНК і транскрипції.

Геном — сукупність спадкового матеріалу у клітинах організму певного виду.

Термін «геном» був запропонований Гансом Вінклером у 1920 році для опису сукупності генів.

Основні положення сучасної теорії гена:

• кожен ген займає певне положення у хромосомі — локус.

• Ген — частина молекули ДНК, яка має певну послідовність нуклеотидів і є функціональною одиницею спадкової інформації. Кількість нуклеотидів, які входять до складу різних генів є різною. Гени розташовані у хромосомі по її довжині у лінійному порядку: один за одним. При цьому вони не перекриваються.

• Всередині гена можуть відбуватися рекомбінації (перерозподіл генетичного матеріалу) і мутації (зміни генетичного матеріалу).

• Існують структурні гени — які кодують синтез білків і регуляторні — які контролюють і спрямовують діяльність структурних генів.

• Ген не бере безпосередньої участі в синтезі білка, він є матрицею для утворення посередників — різних молекул РНК, які безпосередньо беруть участь у синтезі.

• Розташування триплетів із нуклеотидів у структурних генах є відповідним (колінеарним) до амінокислот у поліпептидному ланцюгу, який кодується даним геном.

• Молекули ДНК здатні до репарації (виправлення ушкоджень ДНК), тому не всі пошкодження гена призводять до мутації.

• Генотип складається з окремих генів, але функціонує як єдине ціле. На функцію генів впливають чинники як внутрішнього, так і зовнішнього середовища.

Функції генів визначаються такими властивостями:

• специфічність — ген містить спадкову інформацію лише про певний продукт або регулює синтез лише одного конкретного білка;

• стабільність — гени здатні зберігати властивий їм порядок розташування нуклеотидів;

• лабільність — гени здатні до змін і можуть мутувати;

• взаємодія генів — гени здатні впливати один на одного за участю білків, що є продуктами реалізації закодованої у них спадкової інформації;

• множинна дія генів — один ген може впливати на розвиток декількох ознак;

• полімерна дія генів — декілька генів можуть впливати на формування однієї ознаки.

  На відміну від генів прокаріотів, гени еукаріотичних клітин не утворюють оперонів.

  Гени еукаріотів мають мозаїчну будову:

  

  • на початку гена містяться нуклеотиди, які називаються промотором — з ними зв'язуються білки, які зчитують інформацію;

  • регуляторна ділянка може прискорювати або сповільнювати синтез продукту гена;

  • основною частиною гена є кодувальна, вона містить ділянки генів, які кодують спадкову інформацію — екзони, і ділянки, які її не кодують — інтрони;

  • завершальна ділянка гена називається термінатором.

  

  Спадкова інформація клітин міститься не лише в ядрі (у еукаріотів) та нуклеоїді (у прокаріотів), але й у інших структурах цитоплазми:

  • у еукаріотичних клітин — це мітохондрії та хлоропласти;

  • у прокаріотичних клітин — плазміди (невеликі молекули ДНК у цитоплазмі).

  Як відомо, білки складаються з амінокислот, а ДНК — з нуклеотидів. У кожному з білків амінокислоти розташовані в певній послідовності. Послідовність нуклеотидів ДНК визначає послідовність амінокислот у молекулі білка, що й зумовлює особливості кожного з них. У кожному гені послідовність нуклеотидів різна. Тому різні гени містять інформацію про будову різних молекул білка. Деякі гени містять інформацію не про молекулу білка, а про молекулу РНК, яка виконує в клітині якусь окрему функцію. Молекули білка або РНК, будова яких визначається послідовністю нуклеотидів гена, називають продуктом  гена.

  Будь-який ген є ділянкою молекули ДНК, який відповідає за утворення однієї або декількох ознак організму. Для утворення продукту гена на відповідній ділянці ДНК ферменти спочатку синтезують відповідну їй за будовою молекулу РНК. У подальшому ця молекула може використовуватися в різних процесах у клітині. Або за інформацією з цієї РНК може синтезуватися молекула білка, яка і є продуктом гена:

  • ген (ділянка ДНК) — молекула РНК — молекула білка — ознака;

  • ген (ділянка ДНК) — молекула РНК — ознака.