Structura și funcția genei

I. Gene, clasificarea și organizarea de gene
Studiile genetica sunt universale pentru toate organismele vii, legile eredității și variație.
unități discrete elementare ale eredității sunt gene. Redarea și gena efect direct legate de procesul de matrice. In prezent, gena este considerată ca o unitate de exploatare a materialului ereditar. Baza chimică a genei este o moleculă de ADN.
Există mai multe abordări pentru clasificarea genelor, fiecare dintre care reflectă caracteristicile de funcționare a acestora în procesul de ontogenie. Unitatea de gene ca o funcție a materialului ereditar, divizat în modulatorii structurale și gene de reglementare.
Genele structurale conțin informații despre structura proteinei (polipeptida) și acizi ribonucleic (ribozomale și transport), informația genetică este implementată în procesul de transcripție și translație, sau numai persoana transkriptsii.U are aproximativ 30.000 de gene structurale, dar numai o parte din ele este exprimat.
funcțiile vitale ale celulei este asigurată de un mic set de gene funcționale, printre care distinge gene „de uz casnic“ - GOF (gene funcții obschekletochnyh) și gene „de lux“ - GSP (gene funcții specializate). GOF asigură implementarea funcțiilor universale celulare necesare pentru activitatea tuturor celulelor (gene histonice, gene p-ARN și m-ARN și altele.). GSP: 1- selectiv exprimate în celule specifice prin determinarea fenotipului; (genele globine și imunoglobulina al.)
2 - care funcționează în anumite condiții de mediu și reprezintă gene „răspuns adaptativ.“ Aparținând GOF sau GPS determinat structura inițiator.
Genele de reglementare (gene -. Regulator operonului lactozei, gena TFM, etc.), pentru a coordona activitatea genelor structurale asupra nivelului de celule, precum represiunea și dezinhibare genelor la nivelul organismului. In plus fata de gene de reglementare sunt secvențe de reglare (promotor, operatorul, terminator, amelioratori, amortizoarele, element promotor frontal), a căror funcție este detectată în interacțiunea cu proteine specifice.
Genele modulatori întări sau slăbi efectul genelor structurale, modificarea activității lor funcționale.
Genele structurale sunt organizate în diferite moduri în procariote și eucariote.
In procariote, genele structurale sunt organizate sub forma unor gene independente, unități transcripționale și operons.
Genele independente sunt compuse dintr-o secvență continuă de codoni, acestea sunt exprimate în mod constant și nu sunt reglementate la nivel transcripțional (lactoză operonul gena regulator). Unitatea de transcripție - un grup de gene diferite, care sunt legate și operabil sunt transcrise simultan, care oferă aceeași cantitate în produsele sintetizate ulterioare. De obicei, aceasta genele proteinei sau acizi nucleici (în Escherichia coli ca o parte a unuia dintre cele două gene sunt transcripțional ARNt, trei gene p-ARN).
Operonului - un grup de gene structurale, urmând una după alta, sub controlul unui operator - regiune de ADN specific.
Genele structurale parts un promotor comun, operatorul și terminator implicat într-un ciclu metabolic și coordinativ reglementate (Fig. 17).
In eucariotelor, genele structurale, a căror funcție este legată de reglementare, organizate sub forma unor gene independente, gene repetitive si clustere de gene.
Genele independente sunt de obicei plasate individual, transcrierea lor nu este legată de transcripția altor gene. Activitatea unora dintre ele este reglată de hormoni.
gene duplicate prezente in cromozom in forma de repetiții (copii) ale unei gene - gene histonice, ARNt, ARNr. Genele histonelor motiv repetabilitate determinate de necesitatea de a sintetiza cantități mari de histone care sunt majore nucleul proteinelor structurale (egală cu masa totală a greutății ADN histone).
Gene de cluster - un grup de gene diferite cu funcții similare, care sunt localizate în regiuni cromozomiale specifice. În cluster sunt în mod activ funcționează gene și pseudogenele (secvențe de nucleotide pseudogenele similare cu secvențe funcțional genele activ, dar care nu sunt exprimate pseudogenele și nu formează proteine. Adesea, clusterele sunt o familie de gene care au avut loc de la o anumită genă-strămoș.
Un exemplu clasic este globina genele în compoziția A și clustere. Hemoglobina și hem proteina conține tetramer-globinei. Globina tetramer este compus din două lanțuri identice și două circuite identice. Secvența de aminoacizi a fiecăruia dintre lanțurile globinei și este codificată de propria sa genă incluse respectiv în A sau B al clusterului. La om, grup A este localizat în cromozomul 16, iar clusterul In in cromozomul 11 (Fig. 20). Mărimea clusterului ia porțiune ADN 50 kilobaze si include cinci gene active, functional si o pseudogen: gena (epsilon); Două gene (gamma); pseudogen (beta); gena (delta) și gena (beta).
Cluster A este mai compactă și ocupă o porțiune de ADN mai mare de 28 de kilobaze și include o pseudogen genă activă (zeta) pseudogen (zeta) (alfa) și gene (alfa) și două (alfa), una care codifică proteine identice. Genele globină sunt mozaic pentru structura internă.
gene duplicat și grupuri de gene globinei aparțin unei familii multigenică.

II. Gene regulament în procariote și eucariote
Noi pro și organizarea genelor eucariote opțiuni diferite și forme de stocare a informațiilor genetice, ceea ce implică și oferă un nivel diferit de reglarea expresiei genice în procesul de realizare a informației genetice.
Pentru procariote caracterizat prin reglementarea la nivel transcripțional. Teoria reglementării genetice a sintezei de proteine a fost dezvoltat de geneticienii F. Jacob și J. Monod. Obiectul studiului a servit ca operonul lactozei de E. coli (fig. 17). E. coli pot prolifera în mediu care conține atât glucoza și lactoza. Enzime pentru digestia glucoză prezentă în constanta celulei (enzimă constitutivă) și enzimele necesare pentru a digera lactoza este sintetizat numai atunci când aceasta ajunge în celula (enzime adaptive). Enzimele Sinteza adaptive reglementate. operon Lactoza constă operatorului promotor (secvențe de nucleotide care se suprapun), trei gene structurale sunt dispuse unul în spatele celuilalt, iar terminatorul. Genele structurale dicta sinteza enzimelor care sunt necesare pentru un ciclu metabolic (clivarea lactozei în glucoză), fiecare genă determină sinteza proteinei enzimei. Operatorul regleaza activitatea genelor structurale, inclusiv și în afara procesului de transcriere. Operatorul în sine este controlat de un regulator de genă, care este situat la o oarecare distanță de operon. Gene codifica un regulator al sintezei de proteine represor specifice, care are un efect alosteric care îi permite să se conecteze cu sau operon, sau intră într-o celulă de lactoză. Genele operonului funcționa împreună, însă în același timp toate cele trei enzime sunt sintetizate sau nici unul sintetizat.
Pot fi două stări operon: operonul „off“ și operonul „pe“ poziția și în mod corespunzător de proteine două represor. Operon „off“ (a se vedea figura 17.1.), Proteina represoare este conectat la un operator. ARN polimeraza nu poate adera la promotor, transcrierea genei structurale si sinteza se produce enzime.

Operon „on“ (Figura 17.2.): Lactoză intră în celulă și se leagă la o proteină represor, selectarea acesteia din partea operatorului, operatorul este eliberat și ARN polimerază se leagă la un promotor care exercită gene structurale transcripționali. Aceasta conduce la sinteza enzimelor adaptive care descompun lactoza în glucoză și galactoză. Activarea transcripției genelor structurale ale operonului numit inducție; inductor (activator de transcriere), în acest caz, este ea însăși lactoza. Astfel, prin gena de reglementare proteina represoogen operon următoare inducție la nivelul transcripțional (regulament de control negativ: transcriere se realizează în absența proteinei de reglementare).
In eucariotelor, in toate celulele unui organism pluricelular conține același ADN, diferența dintre celule este cauzata de ceea ce gene sunt exprimate si ce proteinele sunt sintetizate. Genele exprimate obschekletochnyh funcții în mod constant, iar genele sunt reglementate de funcții specializate. Reglementarea expresia genelor are loc la nivelul tuturor proceselor de matrice:
pretranskriptsionny (helix și cromatinei despiralization, metilarea citozinelor în situsuri specifice ale moleculei de ADN și colab.), transcriere (grade de proces de inițiere variabilă), posttranscriptional (diferite variante ale prelucrării, selecție în citoplasmă ARNm matur pentru translație prin ribozomii), translație (schimbare în intensitate sinteza proteinelor în etapa de inițiere)
post-translațională (după activarea sintezei polipeptidelor, inactivarea sau compartimentarea moleculelor de proteină).
Pentru majoritatea genelor de control importante la nivelul transcripțional.
Structura genei (tigla), prezența secvențelor regulatoare (amplificatori, amortizoare de zgomot și element promotor înainte de a)
secvențe promotor specifice definesc reglarea specifică a expresiei genelor la nivelul transcripțional (Fig. 18). - complex de inițiere a transcrierii:
pentru o „recunoaștere“ promotor al ARN polimerazei și aderarea necesită formarea unui complex stabil de transcripție (compus cutie TATA cu factorul TATA TF2).
- , viteza de reglare a transcrierii și intensitate:
proteine regulatoare (site - legarea de ADN specific) interacționează cu secvențe de nucleotide scurte în elementele enhancer și promotor în față. Efectul combinațional al proteinelor de reglementare (+ -) prevede expresia genei. - prezența matisare (educația ARNm).
exonii înnădite, este catalizata de despicare spliceosome. Ei învață niște secvențe intron și ia îndepărtat pentru a forma structuri lassopodobnyh. Ca rezultat, despicare mRNA este format, care este mult mai mică decât gena mozaic.
Studierea reglementării la nivelul transcripțional prin acțiunea hormonului steroid progesteron (Fig. 19). In citoplasmă celulei țintă are un receptor pentru un hormon proteic care este compus din două subunități A și B. Molecule

hormoni, care pătrunde în citoplasmă celulelor, se leagă la receptorul pentru a forma un complex receptor al hormonului. Cele translocates complexe din citoplasmă la nucleu, cu subunitatea B în complex se leagă la anumite secțiuni ale cromatinei și este disociată subunități. O subunitate atașată la ADN-ul la locul unui promotor adecvat, care modifică activitatea polimerazei ARN și crește sinteza de ARNm și proteină. Rezultatul acțiunii hormonului este de a crește procesele metabolice care au loc în celulă, mai degrabă decât inițierea unora noi. Gene transcriere se produce în prezența proteinei de reglementare activă (control pozitiv). De exemplu, lipsa de proteine receptor pentru hormonul testosteron duce la formarea sindromului Morris.
În eucariotelor, împreună cu procesele de reglementare care afectează ciclul de viață al celulelor, există procese care determină dezvoltarea întregului organism. Acestea includ o gena genetica globină controlul dezinhibare în diferite stadii ale embriogenezei - pornirea și oprirea clusterelor de gene A și B, care determină sinteza lanțurilor globinei de hemoglobină în totalitate. Genele globină sunt aranjate în grupuri A și B, și sunt exprimate în ordine de la stânga la dreapta (Figura 20).

La om, formarea hemoglobinei „adult“ are loc prin secventiala de-reprimare a genelor și implică trei etape:
hemoglobinei fetale, hemoglobina, fetale si adulti hemoglobina. hemoglobinei fetale (până la 8 săptămâni de dezvoltare) este format din două  asemănătoare și două identice identice lanțuri asemănători: doi  (zeta) - și două  (epsilon) -chains, fiecare dintre care este similar cu lanțul polipeptidic al adulților și ulterior înlocuit de l. hemoglobinei fetale cuprinde două -lanț și două  (gamma) catenei.
„Adult“ hemoglobina este format din două  și două lanțuri și  (delta) catenei. La adult de 97% din hemoglobina totală este de hemoglobină 2 2, 2% - hemoglobină 2 2, 1% - reprezentata hemoglobinei fetale 2 2.
Deci:
- gene care determină sinteza globinei, derepressiruyutsya treptat și într-o astfel de secvență în care acestea sunt aranjate într-un cluster;
- Sinteza hemoglobinei „adult“ asigură o întoarcere treptată și în afara clusterelor de gene A și B și  sinteză respective și a lanțurilor polipeptidice globinovyh. Mai întâi sintetizat  cu lanț- like (zeta), care în sine este înlocuit cu -chain. Conversia -ca lanțuri este mai greu, mai întâi sintetizat  (epsilon) - și  catenei (gamma), care ulterior au fost înlocuite cu  (delta) - și catenă.
- în diferite stadii ale ontogenezei la om, există diferite tipuri de hemoglobina: embrionare, fetale și postnatale. - sinteza globinei lanț apare în diferite organe: în primul rând, în sacul vitelin, ficatul, și apoi în splină, și mai târziu întotdeauna în măduva osoasă;
- toate genele globinei sunt similare in activitatea lor funcțională.
Un exemplu de reglementare a genei în organism și schimbarea nivelului este sinteza unei fetoproteinei perioadei postembrionară pe albumină serică.

III. Structura genei mozaic
La sfarsitul anilor '70, sa constatat că în eucariotele sunt genele care conțin ADN-ul „extra“, care nu sunt reprezentate în molecula ARNm. Acestea sunt numite mozaic, gene rupte; genă având o structură exon-intron.
1.Mozaichnye gene eucariote au o dimensiune mai mare decât secvența de nucleotide prezentată în ARNm (3-5%).
Genele 2.Mozaichnye constau din exoni și introni. Intronii sunt eliminate din transcriptul primar și sunt absente în ARNm matur, care constă numai din exoni. Numărul și mărimea intronilor și exonii sunt individuale pentru fiecare genă, dar intronilor în dimensiune mult mai multe exoni.
3.Gen exon începe și se termină exon, dar poate fi orice set de introni in gena (genele globinei au 3 exoni și introni 2) (Fig. 20). Exonilor și intronilor sunt indicate prin cifre sau litere, în ordinea în care sunt situate de-a lungul genei.).
4. Dispunerea exonilor dintr-o genă identică cu poziția lor în mARN.
5.the frontieră exon-intron are anumite secvență de nucleotide constantă (GT - AG), care este prezentă în toate genele de mozaic.
6. Exon o genă poate fi de un alt intron.
7. In gena mozaic, uneori, nu o singură corespondență între gena și proteina codificată de ei, care este una și aceeași secvență de ADN poate fi implicată în sinteza variantelor diferite de proteine.
8. Același transcriptului (pro-ARNm) poate fi supus la diferite lipitură, porțiunile rezultate înnădite ale ARNm pot codifica variante diferite ale aceleiași proteine.
9. gena mozaic avilable permite îmbinarea alternativă (exonul L - exonul 2,3 sau exonul S - exon 2,3) pentru a sintetiza mai multe variante de proteine pe baza informațiilor unei singure gene; produc combinații de succes ale proteinelor, iar dacă nu, atunci face selecția la nivelul ARNm, menținând în același timp nemodificat ADN (Fig. 21).
Acest lucru reflectă principiul utilizării economice a informațiilor genetice, ca la mamifere sunt implicate în transcrierea genelor de aproximativ 5-10%.

V. Evoluția ideilor despre gena
problema gena - problema universala a geneticii. In dezvoltarea geneticii se schimbă gena: Mendel, T. Morgan, N. Koltsov, A.S.Serebrovsky, NP Dubinin, S. Benzer, J. Beadle, E. Tatum, Avery, J. Watson și Crick și alții.
Teoria genei modernă se bazează pe realizările științifice majore: crearea unei structuri complexe a transcrierii genei a codului genetic, de inginerie genetică, etc. În prezent, oamenii de știință au finalizat lucrările la proiectul internațional „genomului uman“, care are ca scop - o definiție completă a structurii primare a ADN-ului genomic uman (3. 5 miliarde. perechi de nucleotide.). Acest proiect va permite să hartă, sekvenirovant și de a identifica mai multe gene umane.

VI. ingineria genetică
Ingineria genetică - un set de metode de obținere a genelor și transferul informației genetice de la un organism la altul. Scopul este de a construi o genă izhenerov structuri genetice, crearea celulei (organism) cu un nou program genetic.
metode de inginerie genetică includ următoarele etape:
- obtinerea materialului genetic (gene de selecție naturală, genele enzimatice sau de sinteză chimică).
- încorporarea de gene într-o moleculă vector (plasmid, virus, fagului) și crearea unei molecule de ADN recombinant.
- introducerea moleculelor de ADN recombinant într-o celulă recipient, și încorporarea lor în cromozomii celulelor.
- selectarea celulelor transformate, genomul care este încorporată gena realizată.
- Clonarea (multiplicare) cu celule de ADN recombinant.