Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Ген как функциональная единица наследственности. Свойства генов. Особенности организании генов про- и эукариот.
В процессе жизнедеятельности организма наследственный материал функционирует, редуплицируется, испытывает изменения мутационного или рекомбинационного характера. Классики генетики предполагали, что элементарной единицей этих процессов служит одна и та же структура — ген. В их представлениях он соответствовал наследственным задаткам, открытым Г. Менделем. Выход генетики на молекулярный уровень исследования лишил ген положения единицы редупликации, мутирования и рекомбинации. В настоящее время ген рассматривается как единица функционирования наследственного материала. Это означает, что передачей генов в ряду клеточных или организменных поколений достигается материальная структурно-функциональная преемственность, наследование потомками признаков родителей. Здесь целесообразно дать определение понятию «признак». Под признаком понимают единицу морфологической, физиологической, биохимической, иммунологической, клинической и любой другой дискретности организма, т. е. любое отдельное качество или свойство, по которому одну особь можно отличить от другой. Морфофизиологические и клинические признаки более сложны по сравнению с биохимическими или иммунологическими, которые сводятся к отдельным белкам. Сложность морфологических и клинических признаков зависит от того, что они генетически опосредуются через синтез нескольких ферментов, иммунопротеинов и т. д. Лишь по осуществлении ряда биохимических реакций, катализируемых этими ферментами, в организме появляется соответствующий признак. Примером этому служит повышенная чувствительность к солнечным лучам и опухоли кожи, что типично для клиники наследственного заболевания пигментной ксеродермы. Долгое время считали, что названные признаки определяются самостоятельными генами, однако в настоящее время выяснено, что наследуется дефект фермента биохимической системы восстановления молекулы ДНК от поражений ультрафиолетовым облучением. Сходные уточнения первичных звеньев, определяемых генетически непосредственно, будут, по-видимому, сделаны в отношении большинства, если не всех сложных признаков. По химической природе ген представляет фрагмент молекулы ДНК, который содержит информацию о последовательности аминокислот в определенном полипептиде или нуклеотидов в рибонуклеиновых кислотах (рибосомных, транспортных). В современной генетике указанный фрагмент ДНК обозначается термином «цистрон». Ген как единица функционирования наследственного материала имеет ряд свойств. Одно из них — дискретность действия, т. е. развитие различных признаков контролируется разными генами, локализация которых в хромосомах не совпадает. Ген как дискретная единица наследственности отличается стабильностью (постоянством) — при отсутствии мутации он передается в ряду поколений в неизменном виде. Действие генов специфично в том смысле, что каждый из них обусловливает развитие определенного признака или их группы. Способность отдельных генов обеспечивать развитие одновременно нескольких признаков называется плейотропией или плейотропным эффектом. Примером плейотропного эффекта гена у человека служит синдром Марфана. Хотя это наследственное заболевание зависит от присутствия в генотипе одного измененного гена, оно характеризуется в типичных случаях триадой признаков: подвывихом хрусталика глаза, аневризмой аорты, изменениями опорно-двигательного аппарата в виде «паучьих пальцев», деформированной грудной клеткой, высоким сводом стопы. Все перечисленные признаки являются сложными. По-видимому, в основе их лежит один и тот же дефект развития соединительной ткани. Так как продуктом функции гена наиболее часто является белок-фермент, выраженность плейотропного эффекта зависит от распространенности в организме биохимической реакции, которую катализирует фермент, синтезируемый под генетическим контролем данного гена. Распространенность поражений в организме в случае наследственного заболевания тем больше, чем выраженнее плейотропный эффект измененного гена. Примеры участия в развитии одного сложного признака сразу нескольких генов будут рассмотрены ниже. Большинство генов существует в виде двух или большего числа альтернативных (взаимоисключающих) вариантов — аллелей. Все аллели данного гена локализуются в одной и той же хромосоме, в определенном ее участке, именуемом локусом. Альтернативный характер аллельных генов заключается в том, что одновременно в соответствующем локусе хромосомы может находиться лишь один нз всех возможных аллелей конкретного гена. Серия аллелей возникает путем мутаций в одном и том же локусе. В силу этого аллели отличаются друг от друга содержанием наследственной информации о признаке, развитие которого контролирует ген. Показателен пример с гемоглобинами человека, которых к настоящему времени идентифицировано более 100. Белковая часть нормального гемоглобина взрослых людей (НbА) представлена а- и р-полипептидами, каждый из которых повторен дважды. а-Полипептид образован 141, а бета-полипептид— 146 аминокислотными остатками. Более 80 вариантов гемоглобина отличаются друг от друга одним аминокислотным остатком в а- или р-полипептиде, что указывает на мутационную природу аллелей, контролирующих их синтез. HbS отличается от нормального НЬА наличием s шестом положении полипептида валина, а НbС— лизина вместо остатка глутаминовой кислоты. Эти минимальные отличия меняют свойства гемоглобина настолько, что образование в организме исключительно HbS или НЬС приводит к заболеванию анемией. Генетико-биохимический анализ показал, что из трех названных гемоглобинов одновременно в организме человека образуется только два. Обнаружены следующие варианты: HbS /HbS (серповидноклеточная анемия) или НbС/НbС (анемия в более легкой форме), а также НbА/HbS, НbА/НbС (клинически здоровые люди) и HbS/HbC (анемия). Это доказывает, что синтез НbА, HbS, НbС контролируется генами, занимающими один и тот же локус, т. е. аллельными. В приведенном примере присутствие в организме человека двух разных аллелей приводит к образованию обоих вариантов р-полипептида гемоглобина: НЬА и HbS, НЬА и НЬС, HbS и НbС. Аллели, в одинаковой мере функционально активные в случае их совместного присутствия в генотипе, называются кодоминантными. Аллель, функциональная активность которого не зависит от наличия в организме другого аллеля данной серии, называется доминантным. Аллель, обеспечивающий развитие признака лишь в отсутствии других аллелей данного гена, обозначают как рецессивный. Так, пигментация радужной оболочки глаза, кожных покровов, волос человека зависит от образования черного пигмента меланина. Соответствующий ген представлен двумя аллелями. Первый (доминантный), присутствуя даже в единственном экземпляре, проявляет себя в обязательном порядке, вызывая синтез меланина. Второй аллель (рецессивный) исключает возможность синтеза меланина (аллель-альбинизма) и проявляет себя лишь в отсутствие первого. Одной из форм взаимодействия аллельных генов является неполное доминирование, которое заключается в ослаблении действия доминантного аллеля в присутствии рецессивного. Так, активность фермента фенилаланингидроксилазы у носителей одновременно нормального и аномального (рецессивного) аллелей выше, чем у больных фенилкетонурией, имеющих два аномальных аллеля, но ниже, чем у носителей двух нормальных аллелей. Неполное доминирование отражает собой, по-видимому, дозированность действия доминантных аллелей. Доминантность и рецессивность относительны. Так, развитие кожной складки над верхним веком (так называемое третье веко или эпикант) контролируется аллелем, проявляющим свойство доминантности у представителей монголоидной расы и рецессивности — у бушменов и готтентотов. Аллель роста волос на голове ведет себя как доминантный у женщин и рецессивный у мужчин. При массированном введении женщине в лечебных целях мужского полового гормона этот аллель нередко начинает проявлять свойство рецессивности, что инактивация комплекта генов одной из Х-хромосом в клетках женского организма, которая происходит после 16 сут. внутриутробного развития путем ее гетерохроматизации и превращения в тельце полового хроматина.
|