Gene: rodzaje i funkcje genu

Przeczytaj ten artykuł, aby dowiedzieć się więcej o Gene: Typy i funkcje Gene'a!

Termin gen został wprowadzony przez Johanssena w 1909 roku. Przed nim Mendel użył słowa czynnik dla specyficznej, odrębnej, cząstkowej jednostki dziedziczenia, która bierze udział w ekspresji cechy. Johanssen zdefiniował gen jako podstawową jednostkę dziedziczenia, którą można przypisać do określonej cechy.

Prace Morgana sugerują, że gen jest najkrótszym segmentem chromosomu, który można oddzielić poprzez krzyżowanie, może ulec mutacji i wpływać na ekspresję jednej lub więcej cech. Obecnie gen definiuje się jako jednostkę dziedziczenia złożoną z segmentu DNA lub chromosomu usytuowanego w określonym locus (locus genu), który przenosi zakodowaną informację związaną z określoną funkcją i może podlegać krzyżowaniu, jak również mutacji.

Gen jest:

(i) Jednostka materiału genetycznego, która jest zdolna do replikacji,

(ii) Jest to jednostka rekombinacji, tzn. zdolna do przechodzenia w drugą stronę,

(iii) Jednostka materiału genetycznego, która może ulec mutacji,

(iv) Jednostka dziedziczności związana ze strukturą lub funkcją somatyczną, która prowadzi do ekspresji fenotypowej. Lewin (2000) zdefiniował gen jako sekwencję DNA kodującą produkt dyfundujący.

Z pracy na auksotrofach Neurospora, Beadle i Tatum (1948) zaproponowali hipotezę jednego enzymu z jednym genem i zdefiniowali gen jako jednostkę materiału dziedzicznego, który określa pojedynczy enzym. Yanofsky i wsp. (1965) zaobserwowali, że pewne enzymy mogą składać się z więcej niż jednego polipeptydu.

Zastąpiły one jedną genową hipotezę jednego enzymu jedną hipotezą jednego polipeptydu genu (gen jest jednostką materiału dziedzicznego, który określa syntezę pojedynczego polipeptydu). W tym czasie stało się jasne, że dziedzicznym materiałem chromosomu jest DNA i że gen jest liniowym segmentem DNA zwanym cistronem.

Dlatego termin cistron stał się synonimem genu. Ponadto gen lub cistron mogą nie tylko syntetyzować polipeptyd, ale także rybosomalny lub transferowy RNA. Cistron (lub gen) to odcinek DNA składający się z odcinka sekwencji zasad, które kodują jeden polipeptyd, jeden transfer RNA (tRNA) lub jedną cząsteczkę rybosomalnego RNA (rRNA). Obecnie taki gen nazywany jest genem strukturalnym.

System genetyczny zawiera również wiele genów regulatorowych, które kontrolują funkcjonowanie genów strukturalnych. Istnieje jednak kilka wyjątków, np. Nakładające się geny, geny poli-białkowe, geny rozszczepione itp.

Gen lub cistron ma wiele pozycji lub miejsc, w których mogą wystąpić mutacje. Zmiana pojedynczego nukleotydu może prowadzić do zmutowanego fenotypu, np. Anemii sierpowatej. Podobnie, dwa uszkodzone cistrony mogą rekombinować, tworząc cistron typu dzikiego. Pomimo powyższych zmian w koncepcjach strukturalnych mutacyjnych i re-kombinacyjnych cech genu, pojęcie funkcjonalne pozostaje takie samo - jest jednostką dziedziczności.

Rodzaje genów:

1. Geny utrzymujące dom (geny konstytutywne):

Są to geny, które stale wyrażają się w komórce, ponieważ ich produkty są wymagane do normalnych aktywności komórkowych, np. Geny do glikolizy, ATP-aza

2. Niekonstytucyjne geny (geny luksusowe):

Geny nie zawsze wyrażają się w komórce. Są włączane lub wyłączane zgodnie z wymaganiami aktywności komórkowej, np. Gen reduktazy azotanowej u roślin, układ laktozy w Escherichia coli. Geny niestanowiące konstytutywności są kolejnych dwóch typów, indukowalne i represyjne.

3. Indukowalne geny:

Geny są włączane w odpowiedzi na obecność substancji chemicznej lub induktora, która jest wymagana do funkcjonowania produktu aktywności genów, np. Azotanu do reduktazy azotanowej.

4. Geny represyjne:

Są to geny, które wyrażają się, dopóki substancja chemiczna (często produkt końcowy) nie hamuje lub nie hamuje ich aktywności. Hamowanie przez produkt końcowy jest znane jako represja zwrotna.

5. Multigenes (Multiple Gene Family):

Jest to grupa podobnych lub prawie podobnych genów do spełnienia wymagań czasu i produktów specyficznych tkankowo, np. Rodzina genów globiny (e, 5, (3, on na chromosomie 11, oc i 8 na chromosomie 16).

6. Powtórne geny:

Geny występują w wielu kopiach, ponieważ ich produkty są wymagane w większej ilości, np. Geny histonów, geny tRNA, geny rRNA, geny aktyny.

7. Pojedyncze kopie genów:

Geny występują w pojedynczych kopiach (czasami 2-3 razy), np. Geny kodujące białka. Tworzą 60-70% funkcjonalnych genów. Duplikacje, mutacje i przetasowanie eksonów mogą tworzyć nowe geny.

8. Pseudogenes:

Są to geny, które mają homologię do funkcjonalnych genów, ale nie są w stanie wytwarzać funkcjonalnych produktów z powodu interwencji nonsensownych kodonów, insercji, delecji i inaktywacji regionów promotorowych, np. Kilku genów snRNA.

9. Przetworzone geny:

Są to geny eukariotyczne pozbawione intronów. Przetworzone geny zostały utworzone prawdopodobnie z powodu odwrotnej transkrypcji lub retrowirusów. Przetworzone geny są generalnie niefunkcjonalne, ponieważ nie zawierają promotorów.

10. Podział genów:

Zostały one odkryte w 1977 roku przez wielu pracowników, ale zasługą Sharpa i Robertsa (1977). Rozszczepione geny to geny posiadające dodatkowe lub nieistotne regiony przeplatane niezbędnymi lub kodującymi częściami. Nieistotne części nazywane są intronami, sekwencją DNA lub sekwencjami interweniującymi (IVS). Niezbędne lub kodujące części nazywane są eksonami. Transkrybowane intronowe regiony są usuwane zanim RNA przejdzie do cytoplazmy. Podzielone geny są charakterystyczne dla eukariontów.

Jednak niektóre geny eukariotyczne są całkowicie eksoniczne lub niepodzielone, np. Geny histonowe, geny interferonu. Podzielone geny zostały również zarejestrowane w prokariotach, genie syntazy tymidylanowej i genie reduktazy rybonukleotydowej w T4. Gen wytwarzający kalcytoninę w tarczycy tworzy neuropeptyd w podwzgórzu poprzez usunięcie eksonu. Adenowirus ma również mechanizm do wytwarzania 15-20 różnych białek z pojedynczej jednostki transkrypcyjnej przez różnicowe splicingowanie.

11. Transposony (skaczące geny, Hedges and Jacob, 1974):

Są to segmenty DNA, które mogą przeskakiwać lub przemieszczać się z jednego miejsca w genomie do drugiego. Transpozony zostały po raz pierwszy odkryte przez Me Clintocka (1951) w przypadku Kukurydzy, gdy odkryła, że ​​segment DNA przeniósł się do kodu genetycznego dla ziaren pigmentowanych i wyprodukował jasno zabarwione ziarna.

Transpozony posiadają powtarzające się DNA, podobne lub odwrócone, na ich końcach, długość około 5, 7 lub 9 nukleotydów. Transpozaza enzymu oddziela segment od oryginału poprzez odszczepianie powtarzających się sekwencji na jego końcach.

Istnieje wiele rodzajów transpozonów. U ludzi najczęstsze typy transpozonów należą do rodziny Alu (posiadającej miejsce cięcia przez enzym restrykcyjny Alu I). Liczba nukleotydów na transpozon wynosi około 300 z około 300 000 kopii w genomie. Przejście transpozonów z jednego miejsca na drugie powoduje przetasowanie sekwencji nukleotydów w genach. Zmiany w intronach często zmieniają ekspresję genów, np. Protoonkogenów → onkogenów. Nowe geny mogą rozwijać się poprzez tasowanie eksonów. Inne zmiany powodowane przez transpozony to mutacje, poprzez insercje, delecje i translokacje.

12. Nakładające się geny:

W ф x 174 geny E i K nakładają się na inne geny.

13. Geny strukturalne:

Geny strukturalne to geny, które zakodowały informacje do syntezy substancji chemicznych wymaganych w maszynach komórkowych.

Substancje chemiczne mogą być:

(a) Polipeptydy do tworzenia białek strukturalnych (np. koloidalny kompleks protoplazmy, błony komórkowe, elastyna więzadeł, kolagen ścięgien lub chrząstek, aktyna mięśni, tubulina mikrotubul, itp.). (b) Polipeptydy do syntezy enzymów,

(c) Transportowane białka, takie jak hemoglobina erytrocytów, białka transportujące lipidy, białka nośnikowe błon komórkowych itp.

(d) Hormony białkowe, np. insulina, hormon wzrostu, parathormon,

(e) Przeciwciała, antygeny, niektóre toksyny, czynniki krzepnięcia krwi itp.

(f) Nieulegające translacji RNA, takie jak tRNA, rRNA. Ogólnie mówiąc, geny strukturalne wytwarzają mRNA do syntezy polipeptydów / białek / enzymów lub niekodujących RNA.

14. Geny regulacyjne (sekwencje regulacyjne):

Geny regulacyjne nie transkrybują RNA w celu kontrolowania struktury i funkcjonowania komórek. Zamiast tego kontrolują funkcje genów strukturalnych. Ważnymi genami regulatorowymi są promotory, terminatory, operatory i geny odpowiedzialne za produkcję lub regulację represora. Represor nie bierze udziału w aktywności komórkowej. Zamiast tego reguluje aktywność innych genów. Dlatego gen wytwarzający represor ma charakter pośredni.

15. Geny specyficzne dla tkanki:

Są to geny, które są wyrażane tylko w pewnych określonych tkankach, a nie w innych.

Funkcje genów:

(i) Geny są składnikami materiału genetycznego, a zatem są jednostkami dziedziczenia,

(ii) kontrolują morfologię lub fenotyp osobników,

(iii) Replikacja genów jest niezbędna do podziału komórki,

(iv) Geny przenoszą informacje dziedziczne z pokolenia na pokolenie,

(v) Kontrolują strukturę i metabolizm organizmu,

(vi) Przetasowanie genów w czasie rozmnażania płciowego powoduje zmiany,

(vii) Różne połączenia powstają w wyniku przechodzenia,

(viii) Geny przechodzą mutacje i zmieniają ich ekspresję,

(ix) Nowe geny, aw konsekwencji nowe cechy rozwijają się w wyniku przetasowania eksonów i intronów.

(x) Geny zmieniają swoje wyrażenia ze względu na efekt pozycji i transpozony.

(xi) Różnicowanie lub tworzenie różnych typów komórek, tkanek i narządów w różnych częściach ciała jest kontrolowane przez ekspresję pewnych genów i brak ekspresji innych,

(xii) Rozwój lub produkcja różnych etapów w historii życia jest kontrolowana przez geny.