| Головна |
| «« | ЗМІСТ | »» |
|---|
Проблема гена - центральна проблема генетики. Поняття гена як дискретної одиниці, виявленої розробленим Г. Менделем методом гибридологічного аналізу, ввів В. Иоганнсен в 1909 р Він не пов'язував це поняття з будь-якими гіпотезами про його сутність і матеріальну природу.
У наступний період самі гени - ділянки молекул ДНК - стали об'єктами і «робочими інструментами» генної інженерії і біотехнології. Розшифровано первинна структура багатьох тисяч генів, з'ясовані основні риси і особливості їх будови у різноманітних об'єктів. Ці відомості зберігаються в комп'ютерних банках інформації, що поповнюються і використовуваних вченими всього світу.
В даний час ген визначають як ділянку молекули ДНК (у деяких вірусів - РНК), що кодує первинну структуру поліпептиду, молекули транспортної або Хвороби або взаємодіє з регуляторним білком.
Згідно з уявленнями класичної генетики довгий час панувала думка, що ген - неподільна одиниця функції, рекомбінації і мутації. Гени уподібнювала бусинкам, сполученим якимось чином в хроматиді хромосоми. Ці погляди базувалися на основних критеріях алелізм (рекомбінаційному і функціональному), за допомогою яких мутаційні зміни відносили до одного і того ж або до різних генам. Зокрема, рекомбінаційний критерій алелізм свідчив: якщо мутації НЕ рекомбінують, то вони алельних, т. Е. Зачіпають один і той же ген.
У 1928 р Н. П. Дубінін при вивченні відкритого ним явища ступеневої алелізм у дрозофіли, що проводиться в лабораторії Л. С. Серебровско- го, сформулював ідею про складну структуру гена як про матеріальну системі, в якій окремі частини представлені матеріальними Субструктура. На основі вивчення у дрозофіли ступеневої аллеломорфізма локусу sc-ac (.scute-achaete), Який контролює розвиток щетинок, вперше вдалося побудувати лінійний план гена sc-ac. Крім того, Н. П. Дубиніним був зроблений висновок про те, що ген sc-ac складається з більш дрібних елементів - центрів. Передбачалося, що в разі мутації змінюється не весь ген, а лише окремі його центри.
На підставі результатів проведених досліджень була сформульована центрова теорія гена, згідно з якою ген складається з окремих функціональних ділянок - центрів, здатних незалежно змінюватися при мутаціях.
Великий внесок у вивчення структури і функції гена внесли на початку 1940-х рр. Дж. Білл і Е. Тейтум, які вперше виявили біохімічні мутації у нейроспори (N. crassa). Ними було висунуто прін1щп «один ген - один фермент», який означав, що кожен ген контролює синтез будь-якого ферменту. Цей принцип визнач ;! подальшу методологію дослідження, згідно з якою необхідно вивчати не тільки мутанти і відповідні гени, але і контрольовані ними білки-ферменти. Це дало початок новому напрямку в генетиці - розробці систем «ген- фермент», що сприяло конкретизації уявлень про ген, його структуру та функції.
У 1955-1961 рр. американський генетик С. Бензер з співробітниками детально вивчили тонку структуру фага Т4, що вражає кишкову паличку. Вони провели аналіз молекулярної будови області ДП в хромосомі бактеріофага Т4 і представили картину складної будови гена на рівні молекул ДНК. В ході експериментів були зіставлені розмірності генетичної карти бактеріофага і молекулярних структур, відповідальних за зберігання і передачу спадкової інформації, т. Е. Нуклеотидних пар молекули ДНК. Провівши розрахунки, дослідники прийшли до висновку, що мінімальний ділянку, змінюється в результаті мутації, складається з декількох нуклеотидів. С. Бензер ввів ряд терм шов: цистрон - генетична одиниця функції (синонім гена), мутон - одиниця мутації, рікою - одиниця рекомбінації.
Подальші дослідження показали, що рекомбінація може розділяти сусідні пари нуклеотидів і що найменша ділянка ДНК, який змінюється при мутації, - це пара нуклеотидів. З цієї причини введені С. Бензер терміни мутон і рекон не набули широкого поширення.
Безсумнівним досягненням роботи С. Бензера з співробітниками була також розробка методу перекриваються делеций для внутрігенних картування, завдяки чому з'явилася можливість «насичувати» генетичну карту мутаціями. В межах двох генів {А і В) локусу ДП ними було картіровано понад 2 000 мутацій. Для точної локалізації такого числа мутацій методом парних схрещувань мутантів треба було б провести близько 2 млн схрещувань, що практично неможливо. Використання ж делеций при картуванні дозволило замінити кількісний облік частоти рекомбінації якісним тестом (при схрещуванні точ- кового і делеционного мутантів рекомбінанти можуть з'явитися тільки в тому випадку, якщо ділення не перекриває ділянку, в якому локалізована точкова мутація).
Отже, ген - це послідовність нуклеотидів, яка виконує певну функцію в організмі, наприклад послідовність нуклеотидів, що кодує поліпептид тРНК або забезпечує транскрипцію іншого гена.
Структурною одиницею мутації і рекомбінації гена є одна пара нуклеотидів (або один нуклеотид в разі геномів, що складаються з одноланцюгових ДНК або РНК). Для позначення локалізації мутацій в межах гена застосовують термін сайт (Англ, site - місце; біохімічно активний центр). Він включає одну пару нуклеотидів.
Розмір генів, що контролюють синтез різних білків, неоднаковий. Він залежить від числа молекул амінокислот, що входять в синтезируемую по- ліпептідную ланцюг. Як вже зазначалося вище, на кожну амінокислоту доводиться по три пари нуклеотидів ДНК, т. Е. По одному кодону мРНК. Розміри поліпептидів варіюють в широких межах: число складових їх амінокислот коливається від 50 до кількох тисяч. Отже, кількість пар нуклеотидів, що входять в гени, які контролюють синтез білків, варіює в діапазоні від 150 до кількох тисяч. Одні з найбільш коротких - гени, що кодують тРНК. Молекули всіх прокаріотичних і еукаріотичних тРНК містять близько 80 нуклеотидів і характеризуються дуже подібними вторинної і просторової структурами, які можна схематично представити у вигляді конфігурації конюшини. Але є і дуже довгі гени. Середній розмір кодує ділянки гена становить приблизно 1 200 пар нуклеотидів. Таким чином, ген - дуже складна структура.