Откритията за екзон-интронната организация на еукариотните гени и възможността за алтернативно сплайсинг показват, че една и съща нуклеотидна последователност на първичния транскрипт може да осигури синтеза на няколко полипептидни вериги с различни функции или техните модифицирани аналози. Например, дрождените митохондрии съдържат кутията (или кочанът) ген, който кодира дихателния ензим цитохром b. Може да съществува в две форми (Фигура 3.42). "Дългият" ген, състоящ се от 6400 bp, има 6 екзона с обща дължина 1155 bp. и 5 интрона. Кратката форма на гена се състои от 3300 bp. и има 2 интрона. Това всъщност е "дълъг" ген, лишен от първите три интрона. И двете форми на гена са еднакво добре изразени.

След отстраняването на първия интрон на гена "дълга" кутия, на базата на комбинираната нуклеотидна последователност на първите два екзона и част от нуклеотидите на втория интрон, се образува шаблон за независим протеин - РНК матураза ( Фиг. 3.43). Функцията на РНК матуразата е да осигури следващия етап на сплайсинг - отстраняване на втория интрон от първичния транскрипт и в крайна сметка формиране на шаблон за цитохром b.

Друг пример е промяна в схемата за сплайсинг на първичната транскрипция, която кодира структурата на молекулите на антителата в лимфоцитите. Мембранната форма на антитела има дълга „опашка“ от аминокиселини в С-края, което осигурява фиксирането на протеина върху мембраната. Секретираната форма на антитела няма такава опашка, което се обяснява с делецията на нуклеотидите, кодиращи този регион от първичния транскрипт по време на сплайсинг.

При вируси и бактерии е описана ситуация, при която един ген може едновременно да бъде част от друг ген или определена нуклеотидна последователност на ДНК може да бъде част от два различни припокриващи се гена. Например, на физическата карта на гена на фага ФХ174 (фиг. 3.44), може да се види, че генната последователност В се намира в гена А, а генът Е е част от последователността на гена D. Тази характеристика на организацията на фаговия геном успя да обясни съществуващото несъответствие между относително малкия му размер (той се състои от 5386 нуклеотида) и броя на аминокиселинните остатъци във всички синтезирани протеини, което надвишава теоретично допустимия за даден капацитет на генома. Възможността за сглобяване на различни пептидни вериги върху иРНК, синтезирани от припокриващи се гени (A и B или E и D), се осигурява от наличието на места за свързване на рибозоми в тази иРНК. Това позволява транслацията на друг пептид да започне от нова референтна точка.

Нуклеотидната последователност на ген В е едновременно част от ген А, а ген Е е част от ген D

В генома на λ фага също бяха открити припокриващи се гени, преведени както с изместване в рамката, така и в една и съща рамка за четене. Предполага се също, че две различни иРНК могат да бъдат транскрибирани от двете комплементарни вериги на една и съща ДНК област. Това изисква наличието на промоторни области, които определят движението на РНК полимераза в различни посоки по протежение на ДНК молекулата.

Описаните ситуации, указващи допустимостта на четене на различна информация от една и съща ДНК последователност, предполагат, че припокриващите се гени са доста често срещан елемент от организацията на генома на вируси и, вероятно, прокариоти. При еукариотите прекъсването на гените също така позволява синтеза на различни пептиди, базирани на една и съща ДНК последователност.

Имайки предвид всичко това, е необходимо да се измени дефиницията на гена. Очевидно вече не може да се говори за ген като непрекъсната ДНК последователност, която уникално кодира определен протеин. Очевидно понастоящем най-приемливата формула все още трябва да се счита „Един ген - един полипептид“, въпреки че някои автори предлагат да се промени: „Един полипептид - един ген“. Във всеки случай терминът ген трябва да се разбира като функционална единица от наследствен материал, който е полинуклеотид по химична природа и определя възможността за синтезиране на полипептидна верига, тРНК или рРНК.

Един ген, един ензим.

През 1940 г. J. Beadle и Edward Tatum използват нов подход, за да изследват как гените осигуряват метаболизъм в по-удобен обект на изследване - в микроскопичната гъба Neurospora crassa.Те получават мутации, при които; не е имало активност на един или друг метаболитен ензим. И това доведе до факта, че мутантната гъба не беше в състояние да синтезира сам определен метаболит (например аминокиселината левцин) и можеше да живее само когато бе добавен левцин към хранителна среда... Теорията „един ген - един ензим“, формулирана от J. Bidl и E. Tatum, бързо придоби широко признание сред генетиците и самите те бяха отличени с Нобелова награда.

Методи. изборът на т. нар. „биохимични мутации“, водещи до нарушения в действието на ензимите, които осигуряват различни пътища на метаболизма, се оказа много плодотворно не само за науката, но и за практиката. Първоначално те доведоха до появата на генетика и селекция на индустриални микроорганизми, а след това до микробиологичната индустрия, която използва щамове микроорганизми, които свръхпродуцират такива стратегически важни вещества като антибиотици, витамини, аминокиселини и т.н. схващането, че „един ген кодира един ензим. " И въпреки че тази идея е отлична практика, носи многомилионни печалби и спасява милиони животи (антибиотици) - тя не е окончателна. Един ген не е само един ензим.

Първи проучвания.След като през 1902 г. Гарод посочи връзката между генетичния дефект при алкаптонурия и неспособността на организма да разгражда хомогентизовата киселина, беше важно да се изясни специфичният механизъм, лежащ в основата на това разстройство. Оттогава вече беше известно, че метаболитните реакции се катализират от ензими, може да се приеме, че нарушаването на някои ензими води до алкаптонурия. Тази хипотеза е обсъдена от Driesch (през 1896 г.). Това беше изразено също от Haldane (1920, вж.) И Garrod (1923). Важните етапи в развитието на биохимичната генетика са работата на Kyuchn и Butenandt върху изследването на цвета на очите в мелничния молец. Ephestia kuhniellaи подобни изследвания на Бийдъл и Ефруси на Дрозофила(1936). В тези пионерски разработки бяха избрани мутанти на насекоми, изучавани преди това с генетични методи, за да изяснят механизмите на генното действие. Този подход обаче беше неуспешен. Проблемът се оказа твърде сложен и за да се реши, беше необходимо:

1) изберете прост модел на организъм, който е удобен за експериментално изследване;

2) търсете генетичната основа на биохимичните признаци, а не биохимичната основа на генетично обусловените признаци. И двете условия са били изпълнени от Бийдъл и Тейтъм през 1941 г. (вж. Също Бийдъл 1945).

Моделът на Beadle и Tatum. Статията на тези изследователи започва по следния начин:

„От гледна точка на физиологичната генетика, развитието и функционирането на организма могат да бъдат сведени до сложна система от химични реакции, които по някакъв начин се контролират от гени. Съвсем логично е да се предположи, че тези гени ... или действат сами като ензими, или определят тяхната специфичност. Известно е, че физиологичните генетици обикновено се опитват да изследват физиологичните и биохимичните основи на вече известни наследствени признаци. Този подход позволи да се установи, че много биохимични реакции се контролират от специфични гени. Такива проучвания показват, че ензимите и гените са от един и същ порядък. Възможностите на този подход обаче са ограничени. Най-сериозното ограничение е, че в този случай наследствените признаци, които нямат летален ефект и следователно са свързани с реакции, които не са особено важни за жизнената дейност на организма, попадат в полезрението на изследователите. Втората трудност ... е, че традиционният подход към проблема включва използването на външно проявени знаци. Много от тях представляват морфологични вариации, базирани на системи от биохимични реакции, толкова сложни, че анализът им е изключително труден.

Съображения като този ни доведоха последващо заключение... Проучване често срещан проблемтрябва да се извършва генетичен контрол на биохимичните реакции, които определят развитието и метаболизма, като се използва процедури, противоположни на общоприетата:вместо да се опитвате да разберете химическата основа на известни наследствени признаци, е необходимо да установите дали гените контролират известни биохимични реакции и как ги правят.Невроспората, свързана с аскомицетите, притежава свойства, които правят възможно прилагането на такъв подход и в същото време служи като удобен обект за генетични изследвания. Ето защо нашата програма се основава на използването на този конкретен организъм. Предполагахме, че рентгеновото облъчване причинява мутации в гени, които контролират определени химични реакции. Да предположим, че за да оцелее в тази среда, организмът трябва да извърши някои химическа реакция, тогава мутант, лишен от такава способност, ще бъде нежизнеспособен при тези условия. Той обаче може да се поддържа и изследва, ако се отглежда в среда, към която е добавен жизненоважният продукт от генетично блокирана реакция. "

4. Действие на гените 9

След това Beadle и Tatum описват експерименталната настройка (Фигура 4.1). Пълната среда се състои от агар, неорганични соли, малцов екстракт, екстракт от мая и глюкоза. Минималната среда съдържа само агар, соли, биотин и източник на въглерод. Най-изследваните мутанти са тези, които растат на пълна среда и не растат на минимална. За да се установи съединението, чийто синтез се нарушава във всеки от мутантите, отделните компоненти на пълната среда се добавят към минималния агар.

По този начин бяха изолирани щамове, които не бяха в състояние да синтезират определени растежни фактори: пиридоксин, тиамин и пара-аминобензоена киселина. Доказано е, че тези дефекти се дължат на мутации в специфични локуси. Работата бележи началото на многобройни изследвания върху невроспорите, бактериите и дрождите, в които е установено съответствието на „генетичните блокове“, отговорни за отделните метаболитни етапи, и конкретни нарушенияензими. Този подход бързо се превърна в инструмент, който позволява на изследователите да разкрият метаболитните пътища.

Хипотезата „един ген - един ензим“ получи силна експериментално потвърждение... Както показа работата от следващите десетилетия, тя се оказа изненадващо ползотворна. Анализът на дефектните ензими и техните нормални варианти скоро разкри такъв клас генетични нарушения, които доведоха до промяна във функцията на ензима, въпреки че самият протеин все още беше открит и запази своите имунологични свойства. В други случаи температурният оптимум на ензимната активност се променя. Някои варианти могат да бъдат обяснени с мутация, която засяга общия регулаторен механизъм и в резултат променя активността на цяла група ензими. Такива изследвания доведоха до създаването на концепцията за регулиране на генната активност при бактериите, която включваше концепцията за оперона.

10 4. Действие на гените

Първите примери за ензимни нарушения при хората.Първото наследствено човешко заболяване, за което е възможно да се покаже ензимно разстройство, е метхемоглобинемия с рецесивен начин на наследяване (Gibson and Harrison, 1947; Gibson, 1948) (25080). В този случай увреденият ензим е NADH-зависима метхемоглобинова редуктаза. Първият опит за систематично изследване на група човешки заболявания, свързани с метаболитни дефекти, е направен през 1951г. В проучване на заболяване за съхранение на гликоген съпрузите Кори показаха, че в осем от десет случая на патологичното състояние, което е диагностицирано като болест на Гирке (23220), структурата на чернодробния гликоген е нормален вариант и в два случая е ясно увредени. Също така беше очевидно, че натрупващият се в излишък чернодробен гликоген не може директно да се превърне в захар, тъй като пациентите са склонни към хипогликемия. Много ензими са необходими в черния дроб, за да разграждат гликогена и да образуват глюкоза. Две от тях, амило-1,6-глюкозидаза и глюкоза-6-фосфатаза, бяха избрани за изследване като възможни дефектни елементи на ензимната система. В чернодробни хомогенати с различни значенияРН се измерва чрез освобождаване на фосфат от глюкозо-6 фосфат. Резултатите са показани на фиг. 4.2. Нормалният черен дроб показва висока активност с оптимум при рН 6-7. Тежката чернодробна дисфункция при цироза корелира с леко намаляване на активността. От друга страна, в случай на болест на Гирке с фатален изход, ензимната активност изобщо не може да бъде открита; същият резултат е получен при изследване на втори подобен пациент. При двама пациенти с по-малко тежки симптоми се наблюдава значително намаляване на активността.

Стигна се до заключението, че в тези случаи на болест на Гирке с фатален изход е имало дефект в глюкозо-6-фосфатазата. В повечето от по-леките случаи обаче активността на този ензим не е била по-ниска, отколкото при чернодробната цироза и само при двама пациенти е била малко по-ниска (фиг. 4.2).

Според съпрузите Кори, необичайното натрупване на гликоген в мускулната тъкан не може да бъде свързано с липса на глюкозо-6-фосфатаза, тъй като този ензим липсва в нормалните мускули. Като възможно обяснениемускулна гликогеноза, те предполагат нарушение на активността на амило-1,6-глюкозидазата. Тази прогноза скоро се потвърди: Forbes откри такъв дефект в един от клинично изразените случаи на заболяване за съхранение на гликоген, включващо сърцето и скелетните мускули. Сега ние

4. Действие на гени 11

известни голям бройензимни дефекти в заболяването за съхранение на гликоген.

Въпреки че степента на проява на различните форми на това заболяване е малко по-различна, в клиничната връзка между тях има много общо. С едно изключение, всички те се наследяват по автозомно-рецесивен начин. Ако ензимните дефекти не бъдат разкрити, патологията на натрупването на гликоген би се разглеждала като едно заболяване с характерни вътресемейни корелации в тежестта на хода, подробностите на симптомите и времето на смъртта. По този начин имаме пред себе си пример, когато генетичната хетерогенност, която може да се приеме само въз основа на изучаване на фенотипа (раздел 3.3.5), е потвърдена чрез анализ на биохимично ниво: изследването на ензимната активност дава възможност да се идентифицира специфични гени.

През следващите години темпът на изследване на ензимните дефекти се увеличава и за 588 идентифицирани рецесивни автозомни гени, които МакКузик описва в шестото издание на книгата си Менделско наследяване при хора (1983), са открити над 170 случая на специфични ензимни нарушения. Нашите успехи в тази област са пряко свързани с развитието на концепции и методи за молекулярна генетика.

Някои етапи от изследването на ензимните нарушения при хората.Представяме само най-важните етапи в този продължаващ процес: 1934 г. Фолинг открива фенилкетонурия

1941 Бийдъл и Тейтъм формулират хипотезата "един ген - един ензим". 1948 г. Гибсън описва първия случай на ензимно разстройство при заболяване при хората (рецесивна метхемоглобинемия)

1952 г. Двойката Кори открива дефицит на глюкоза-6-фосфатаза при болестта на Гирке

1953 Jervis демонстрира липсата на фенилаланин хидроксилаза във фенилкетонурия. Бикел съобщава за първия опит за смекчаване на ензимните смущения чрез приемане на диета с ниско съдържание на фенилаланин

1955 г. Smithies разработва електрофореза със скорбялен гел

1956 г. Carson et al. Откриват дефект на глюкозо-6-фосфат дехидрогеназа (G6PD) в случай на индуцирана хемолитична анемия

1957 Kalkar et al. Описан ензимен дефицит при галактоземия, показващ, че хората и бактериите показват идентично увреждане на ензимната активност

1961 Root и Weinberg демонстрират ензимен дефект при галактоземия in vitro в култура на фибробласти

1967 Sigmiller et al. Откриват дефект на хипоксантин-гуанин фосфорибозилтрансфераза (HPRT) при синдром на Lesch-Nayhan

1968 Cleaver описва увреждане на ексцизионния ремонт на xeroderma pigmentosa

1970 г. Нойфелд разкрива ензимни дефекти в мукополизахаридозите, което дава възможност да се идентифицират пътищата за разграждане на мукополизахаридите

1974 г. Браун и Голдщайн доказват, че генетично обусловеното свръхпроизводство на хидроксиметилглутарилКоА редуктаза при фамилна хиперхолестеролемия се дължи на дефект в локализирания в мембраната липопротеинов рецептор с ниска плътност, който модулира активността на този ензим (HMG)

1977 Sligh et al. Демонстрира, че маноза-6-фосфатът (като компонент на лизозомните ензими) се разпознава от фибробластните рецептори. Дефект на генетичната обработка предотвратява свързването на лизозомни ензими, в резултат на което освобождаването им в цитоплазмата и последващата секреция в плазмата е нарушено (I-клетъчно заболяване)

12 4. Действие на гените

1980 г. При псевдохипопаратиреоидизъм е открит дефект в протеина, който свързва рецептора и циклазата.

"," Един ген-един ензим

Един ген, един ензим

& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp92
Дата на публикуване: 24 юли 2018 г.

& nbsp & nbsp & nbsp & nbsp

Хипотезата за един ген-един ензим е идея, изложена в началото на 40-те години, че всеки ген контролира синтеза или активността на един ензим. Концепцията, обединяваща областите на генетиката и биохимията, беше предложена от американския генетик Джордж Уелс Бийдъл и американския биохимик Едуард Л. Татум, който проведе изследвания върху Neurospora crassa. Техните експерименти включват първо визуализиране на формата до предизвикване на мутация рентгенови лъчии след това го отглежда в минимална среда за растеж, която съдържа само основните хранителни вещества, необходими за оцеляването на дивия тип. Те открили, че мутантните щамове на плесени изискват добавянето на някои аминокиселини, за да растат. Използвайки тази информация, изследователите успяха да свържат мутациите в определени гени с нарушенията в някои ензими в метаболитни пътищакоито обикновено произвеждаха липсващите аминокиселини. Днес е известно, че не всички гени кодират ензим и че някои ензими са съставени от няколко къси полипептида, кодирани от два или повече гена.

Това се случи през 1941 година. „Първият генетик“ е гъбичка с романтично име - невроспора. Не звучи ли приятно? Освен това невроспората е много привлекателна на външен вид. Поставете мицела на гъбата под силна лупа и се възхищавайте: тънка прозрачна дантела ... Можете да прекарате часове, гледайки гъбичките, отгледани в епруветка, възхищавайки се на съвършеното творение на природата. Само американските генетици Бийдъл и Тейтъм го гледаха като изследователи, а не като местни натурфилософи. Учените са научили тънкостите на структурата на гъбата, за да може тя да работи за генетиката. И това ме зарадва. Neurospore е хаплоиден организъм. Тя има само 7 хромозоми и в обикновен животв мицела на гъбата няма клетки с двоен набор. Това означава, че ако мутантният ген се появи в гъбички, последиците от това ще се появят много скоро - в края на краищата невроспората няма втория ген, доминиращия!

Но това не е всичко. В невроспорите можете да откриете ... сексуалния етап на развитие. В някакъв момент от живота в мицела на гъбата се появяват специални, „женски“ клетки. Те, както всички мицелиеви клетки, са хаплоидни, но за разлика от тях, те са в състояние да се слеят с всяка друга клетка, която по този начин играе ролята на „мъжки“. Така възниква диплоидна клетка с двоен набор от хромозоми. Сега са 14 от тях.

Отначало ядрата на такава клетка не се сливат и тя се разделя митотично няколко пъти, образувайки остров от диплоидни клетки в мицела. Между другото, може би този остров е "груба версия" на природата, когато се създава многоклетъчен диплоиден организъм от животни и растения?

Но в една от диплоидните клетки ядрата се сливат. В този случай в ядрото протича процесът на пресичане и редукционно делене. С една дума, клетката прави две мейотични деления, след което се образуват четири хаплоидни клетки. Те са подредени в черупка точно в редица, като войници в формация. След това всяка клетка митотично се разделя още веднъж и там свършва. В резултат на това се образуват 8 клетки (те се наричат ​​аскоспори), които са облечени в черупка.

А сега да си представим, че се е случила „неприятност“ с един от гените на майчината клетка - тя е станала мутант. След кръстосване, което се случва след сливането на ядрата, ще се развият две хибридни клетки и мутантният ген ще навлезе в една от тях. Такава клетка ще даде и потомство - четири аскоспори. Торбичката ще съдържа два генетично различни вида аскоспори. Как да разберете дали сред тях има мутанти? Това направиха Бийдъл и Тейтъм. Те се научиха да избират аскоспори от торбата и да ги засаждат една по една върху хранителна среда. От всяка аскоспора, след цял цикъл на митотични деления, расте мицел - неговият пряк потомък. Ако сравним свойствата на мицела от различни аскоспори, можем да различим мутантни и нормални сред тях.

Тук трябва да кажем за още едно прекрасно качество на невроспората.

Той е изключително непретенциозен и расте добре в бедна на хранителни вещества, така наречена „минимална“ или „гладна“ среда (няколко неорганични соли, глюкоза, амониев нитрат и витамин биотин). От тези продукти нормалната гъба синтезира всички необходими аминокиселини, протеини, въглехидрати и витамини, с изключение на биотин.

Но тук върху един от гените учените "удрят" с ултравиолетови или рентгенови лъчи и той става мутант. Ако способността за синтезиране на която и да е жизненоважна аминокиселина беше свързана с нея, това веднага би се разкрило: някои аскоспори - потомци на женската клетка - ще спрат да растат в гладна среда. И няма нужда да чакаме стотици поколения на гъбичките. В края на краищата аскоспората няма втори ген, който компенсира нарушената функция: нейното потомство, както вече казахме, е хаплоидно, тоест съдържа само един набор от хромозоми.

Остава да разберем коя жизнена функция е засегната. Бийдъл и Тейтъм решават да добавят различни аминокиселини, витамини, соли и др. Към изгладнелата среда една по една и да засаждат там цели стада аскоспори. Най-накрая! Един от аскоспорите е покълнал върху гладна среда с аргинин, а другият - върху среда с триптофан. Това означава, че първата не е израснала, тъй като не е била в състояние да създаде нито една молекула аргинин, а втората - триптофан. Причината е само една - върху хромозомата на аскоспората е засегнат генът, който „контролира“ синтеза на триптофан. По приблизително този начин Бийдъл и Тейтъм откриват 380 мутанти (!), Които носят мутации в 100 отделни гена, които контролират жизненоважни биохимични реакции.

И тук е любопитното. За всеки ген бяха открити няколко мутанти. По този начин има 30 мутанти за гена, отговорен за синтеза на триптофан. Всички те еднакви ли са? Нарушена ли е способността на всеки да синтезира триптофан на едно място в гена? За да отговорят на този въпрос, учените са кръстосали всички 30 мутанти помежду си.

В тези експерименти мутантите бяха разделени на две групи. Мутантите от първата група взаимно допълваха мутантите от втората група по време на пресичане. В резултат на това сред аскоспорите са открити рекомбинанти от див тип *, синтезиращи триптофан. Това означава, че два гена трябва да участват в синтеза на триптофан: единият ген е засегнат в мутантите от първата група, а другият в мутантите от втората група. Но какво контролират тези гени?

* (Това е името на типа, който не се променя от мутации, което най-често се среща in vivo.)

Мутантите от двете групи растат, ако вместо триптофан се добавят серин и индол и в средата се появи триптофан. Това означава, че всички мутанти могат да превърнат индол и серин в триптофан. Оттук и заключението: индолът и серията са предшественици на триптофана във веригата на неговия биосинтез в жива клетка.

Това предположение се потвърди, когато беше намерен мутант, при който точно тази функция беше блокирана. Той не произвежда ензима триптофан синтетаза, който има дивата невроспора.

Мутантите от първата група също са в състояние да синтезират вещество, което стимулира растежа на мутантите от втората група. Оказа се, че това вещество е антранилова киселина, която очевидно действа като предшественик на индол. Това означава, че при мутантите от първата група се нарушава реакцията на превръщането на антраниловата киселина в индол и мутантите от втората група не могат да синтезират антранилова киселина, но са в състояние да я превърнат в индол.

Въз основа на тези данни е открит метод за синтез на триптофан в живите клетки: антраниловата киселина се превръща в индол. Индол се комбинира със серин и под въздействието на ензима триптофан синтетаза се превръща в триптофан. В синтеза на триптофан участват поне три гена, всеки от които е отговорен за производството на ензими. Тези гени могат да бъдат картографирани върху хромозомата на невроспорите при реакции на кръстосване.

Така през 1941 г. за първи път в историята на естествената наука учените откриват гени в хромозомата, отговорни за синтеза на протеини - ензими. Бийдъл и Тейтъм формулират своите открития по следния начин: „Един ген - един ензим“. Предполага се, че гените на клетката контролират синтеза на всички нейни ензими, които катализират метаболитните реакции, като всеки ген контролира само един ензим.

Ако се замислите, можете да си представите, че обхватът на тази хипотеза е много по-широк, отколкото предполага името му. Наистина. Знаем, че всички ензими са протеини. Но в допълнение към ензимите, тялото съдържа не-ензимни протеини. Това са хемоглобин, антитела и други. Къде се съхранява информацията за техния синтез? Също така в хромозомни гени. Ето защо хипотезата „Един ген - един ензим“ сега звучи така: „Един ген - един протеин“, или дори: „Един ген - една глупептидна верига“.

До 1941 г. генетиката и биохимията бяха отделни науки и всяка, по силата на своите възможности, се опитваше да намери ключа към тайните на живота: генетиците откриха гени, биохимици, ензими. Експериментите на американските учени Бийдъл, Тейтъм и Бренер свързват тези две житейски единици заедно и поставят основите за общото генетично и биохимично общество и в същото време такъв прогрес на знанието, който няма равен в цялата история на биологията . Генът се появи като специфична единица, която контролира синтеза на специфичен протеин. Беше високо качество ново нивоизследвания.

Експериментите с невроспора вдъхновиха учените, но все пак изискваха отговор на въпросите: какво е ген? От какво вещество е изградено? Как регулира синтеза на протеини?

Генетиката реши тези пъзели на природата едва след като тя започна да търси в царството на бактериите. Но преди да започнем историята за новите герои на генетичните експерименти, най-накрая трябва да ги опознаем по-добре.

Генетика- Науката в никакъв случай не е млада, изследванията в нея се извършват от няколко века, от Мендел през 1865 г. до наши дни. Терминът „ген“ за обозначаване на единица наследствена характеристика е предложен за пръв път от Йохансен през 1911 г., а през 40-те години той е усъвършенстван от концепцията за „един ген - един ензим“, предложен от Tatum и Beadle.

Тази позиция е определена при експерименти с плодови мухи, но се отнася еднакво и за хората; в крайна сметка животът на всички същества се определя от тяхната ДНК. ДНК молекулата при хората е по-голяма, отколкото при всички останали организми, и е по-сложна, но същността на нейните функции е еднаква за всички живи същества.

Концепция “ един ген - един ензим", Възникнали въз основа на идеи от Татум и Бийдъл, могат да бъдат формулирани по следния начин:
1. Всички биологични процеси са под генетичен контрол.
2. Всички биохимични процеси протичат под формата на стъпаловидни реакции.
3. Всяка биохимична реакция в крайна сметка е под контрола на различни различни гени.
4. Мутация в определен ген води до промяна в способността на клетката да извършва определена химическа реакция.

Оттогава понятието „един ген - един ензим“ се разшири донякъде и сега звучи като „ един ген - един протеин". В допълнение, последните изследвания показват, че някои гени работят съвместно с други, което води до уникални протеини, т.е. някои гени могат да кодират повече от един протеин.

Човешки геномсъдържа около 3 милиарда базови двойки; смята се, че съдържа между 50 000 и 100 000. След декодирането на генома се оказа, че гените са само около 30 000. Взаимодействието на тези гени е много по-сложно от очакваното. Гените са кодирани в нишки на ДНК, които в комбинация с определени ядрени протеини образуват хромозоми.

Гени- не само парчета ДНК: те се образуват от кодиращи последователности - екзони, осеяни с некодиращи последователности - нитрони. Екзоните, като изразена част от ДНК, съставляват само малка част от най-важната молекула на организма; по-голямата част от него не се експресира, образува се от нитрони и често се нарича "тиха" ДНК.

Приблизителен размер и структура човешки геномса представени на фигурата по-долу. Функционалната дължина на човешката хромозома се изразява в сантиметри. Santimorganida (CM) - разстоянието, през което вероятността за преминаване по време на мейоза е 1%. Анализът на генната връзка показа, че човешкият геном е дълъг около 3000 cM.

Средно аритметично хромозомасъдържа приблизително 1500 гена, кодирани в 130 милиона базови двойки. Фигурата по-долу схематично показва физическите и функционалните размери на генома: първият се изчислява в двойки нуклеотиди, а вторият - в cm. По-голямата част от човешкия геном е безшумна ДНК и не се експресира.

На ДНК матрицав резултат на процеса на транскрипция се синтезира РНК, а след това и протеин. Следователно, ДНК последователността напълно определя последователността на функционалните протеини на клетката. Всички протеини се синтезират, както следва:
ДНК => РНК => протеин

Генетичният апарат на хора и други бозайници е по-сложен от този на други живи организми, тъй като части от някои гени в бозайниците могат да се комбинират с части от други гени, в резултат на което се синтезира напълно нов протеин или се контролира индивидуална клетъчна функция.

Следователно при хората е възможно да се увеличи броят на експресираните гени, без реално да се увеличи обема на експресираните ДНКили абсолютния брой гени.
Като цяло около 70% от целия генетичен материал не се експресира.