Что такое ген и каковы современные представления о гене - Организм - биологическая система - ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ

Ген, или наследственный фактор, — это участок молекулы ДНК (у многих вирусов РНК), кодирующий первичную структуру полипептида, молекулы транспортной или рибосомной РНК Общее число генов в клетке высших организмов по разным оценкам составляет 50—200 тыс. Каждому структурному гену соответствует определенный белок. Гены, кодирующие синтез белка у эукариот, состоят из нескольких элементов (рис. 32).

Рисунок 32. Схема строения гена и его регуляторных элементов у эукариот (а) и оперона у прокариот (б)

Прежде всего это регуляторная зона (область), которая оказывает влияние на активность гена в разные периоды жизни организма. Регуляторная зона включает промотор — нуклеотидная последовательность ДНК длиной до 80—100 пар нуклеотидов, которую узнает молекула фермента РНК-полимеразы и соединяется с ней, чтобы начать транскрипцию данного гена. При этом промотор определяет, какая из цепей двойной спирали ДНК присоединит к себе РНК-полимеразу и тем самым будет служить матрицей для синтеза иРНК.

У прокариот за промотором расположен оператор — участок ДНК, “узнаваемый” специфическими белками-репрессорами и регулирующий транскрипцию отдельных генов. Оператор и управляемые им структурные гены в совокупности образуют функциональную единицу, называемую опероном.

Кроме того, в хромосомах были найдены участки — усилители транскрипции, расположенные на большом расстоянии от кодирующей нуклеотидной последовательности гена и его промотора. Для нормальной работы гена очень важны также участки, расположенные в конце кодирующей последовательности и служащие сигналом остановки транскрипции. Их называют терминаторами.

Важная особенность генов эукариотических организмов — их прерывистость. В отличие от иРНК прокариот, включающей всю нуклеотидную последовательность структурного гена, иРНК эукариот содержит кодирующие участки — экзоны, чередующиеся с некодирующими — нитронами (рис. 32). По размерам интроны варьируют от нескольких единиц до нескольких тысяч нуклеотидных пар; при этом их длина может быть больше длины экзонов, а число интронов в составе гена может достигать двух-трех десятков.

По завершении транскрипции из молекулы иРНК, содержащей как экзоны, так и интроны, последние вырезаются ферментами в ходе процессинга. Далее кодирующие участки экзоны сливаются в единую молекулу. Этот процесс получил название сплайсинг РНК. Экзоны соединяются в молекулу транслируемой иРНК в том же порядке, в котором они располагаются в ДНК. Преобразованная таким образом иРНК называется зрелой иРНК (рис. 33).

Рисунок 33. Схема процессинга иРНК в ядре

Структура гена вирусов отражает генетическую организацию клетки хозяина. Так, гены бактериофагов собраны в опероны и не имеют интронов, а вирусы эукариот их имеют.