Строение гена

Ген является структурной и функциональной единицей наследственности. Структурной — потому что, грубо говоря, представляет собой определенный участок молекулы ДНК, способный мутировать и передаваться по наследству как единое целое. Функциональной — так как в большинстве случаев кодирует синтез полипептида, определяющего в последствии тот или иной признак организма.

Однако строение гена не такое простое и однозначное. Ген — это не только транскрибируемый участок молекулы ДНК, который далее считывается на РНК. Ген включает в себя также регуляторные области ДНК. Кроме того в строении генов, а также их функционировании у прокариот и эукариот имеется ряд отличий.

Ген = траскрибируемый участок + регуляторные участки

На молекуле ДНК синтезируется (путем транскрипции) не только информационная, она же матричная, РНК (иРНК, или мРНК), но и другие типы РНК (рибосомальная, транспортная). Поэтому постулат молекулярной генетики «один ген — один фермент» (встречаются и другие формулировки: «один ген — один белок», один «ген — один полипептид») не совсем верен. Ген не обязательно кодирует синтез полипептида. Существуют гены, кодирующие синтез функциональных РНК (не являющихся информационными).

У эукариот транскрибируемая часть гена обычно состоит из чередующихся участков: интронов и экзонов. После того как иРНК синтезируется, из нее вырезаются интроны, а экзоны сшиваются между собой. Данный процесс называется сплайсингом. При этом экзоны могут быть сшиты по-разному: меняться их чередование, какие-то участки могут быть «выброшены». Таким образом, один ген (по строению как участок ДНК) может отвечать за образование нескольких разных зрелых иРНК, а, следовательно, синтез разных полипептидов. Тогда считать ли его геном, или это уже несколько генов? Ведь ген — это функциональная единица наследственности, а тут получается несколько функций.

В строении гена как определенного участка ДНК выделяют регуляторные области, которые расположены в начале и в конце. К ним относят промотор, энхансер, сайленсер, участки краевых экзонов гена, которые не транскрибируются.

На промоторе образуется ферментативный комплекс (ДНК-РНК-полимераза), позволяющий запустить процесс транскрипции (синтез РНК).

Энхансеры и сайленсеры отвечают за усиление или ослабление транскрипции. Они не всегда располагаются рядом с геном, могут контролировать несколько генов. Один и тот же участок ДНК в разных клетках может выступать то в роли энхансера, то в роли сайленсера, в зависимости от прикрепляющихся к этим участкам различных регуляторных белков.

У прокариот одна регуляторная область может обрамлять несколько генов (если под геном понимать только транскрибируемую область). Такой комплекс (вместе с регуляторной областью) называют «оперон».

В регуляторной области оперона у прокариот перед промотором находится оператор. В другом месте ДНК есть ген-регулятор, кодирующий синтез белка-репрессора. Если данный белок синтезирован и связан с оператором, то транскрипции генов внутри оперона не будет происходить.

Молекула ДНК состоит не только из генов (вместе с регуляторными областями). В ее строении также выделяют межгенные последовательности (спейсеры), различные повторы (в том числе псевдогены, которые похожи на гены), инсуляторы и др.

Таким образом, ДНК не представляет собой механический набор генов. В геноме гены взаимодействуют между собой, составляют сложную систему, что отражается и в строении генов.