Організація генів еукаріот у хромосомах

До складу кожної хромосоми входить одна молекула ДНК, яка містить велику кількість генів. Геном ссавців містить декілька мільярдів пар нуклеотидів. На кодування одного білка, який складається в середньому із 300 залишків амінокислот, необхідно приблизно 1000 нуклеотидів. Отже, в геномі ссавців повинні бути сотні мільйонів генів. Але у клітині ссавців значно менше білків, а, отже, значно менше генів. Таким чином у клітинах ссавців є значна кількість зайвої ДНК.

Геном людини містить 3,5r10⁹ пар нуклеотидів, яких достатньо для утворення 1,5 мільйона генів. Однак, вчені вважають, що для організму людини характерною є значно менша кількість генів (35-40 тисяч). Отже організм людини використовує приблизно 1% нуклеотидних послідовностей ДНК. Виникає закономірне питання: яка ж функція зайвої ДНК?

Після порівняння нуклеотидної послідовності генів, які кодують білки з послідовністю амінокислот у самих білках, вияснилося, що ген поряд з послідовністю нуклеотидів, яка кодує послідовність амінокислотних залишків містить ділянки, які не несуть жодної інформації про будову білка. Ділянки ДНК, що кодують білок, назвали екзонами, а ділянки ДНК, які не кодують білок – інтронами. Кількість інтронів у гені може бути різною. Наприклад, ген білка колагену містить 50 інтронів, довжина яких коливається від декількох сотень до декількох тисяч нуклеотидів. В певних випадках інтрони можуть займати до 95% від загальної довжини гена.

Велика частина ДНК ссавців (приблизно 30%) складається з послідовностей нуклеотидів, які багаторазово повторюються і, на відміну від інтронів, не входять до складу гена. Наприклад, послідовність нуклеотидів у ДНК щура ГГАЦАЦАГЦГ повторюється декілька мільйонів разів і складає 11% всієї ДНК. Роль таких ділянок, які багато разів повторюються, ще до кінця не з’ясована. Ця ДНК отримала назву сателітної.

Окрім того, геном містить велику кількість генів, які багато разів повторюються. Наприклад, в клітинах ембріонів містить біля 1000 копій генів, які кодують білки, на які „намотується” ДНК. Ці гени називаються повторювальними. Цей факт можна пояснити тим, що на ранніх стадіях розвитку, коли клітини швидко діляться, необхідна велика кількість таких білків.

Також вчені з’ясували, що окремі гени або групи генів хромосом прокаріот та еукаріот можуть переміщатися в межах однієї хромосоми. Такі фрагменти, що здатні до переміщення, отримали назву мобільних генетичних елементів. Припущення про здатність фрагментів ДНК до переміщення в межах хромосоми зробила американка Барбара Мак-Клінток, яка вивчала природу різного забарвлення зерен в одному початку кукурудзи. Вона припустила, що існують мобільні гени, які контролюють пігментацію зерен кукурудзи. Якщо такий ген перебуває поруч із геном, що контролює пігментацію, він блокує його дію.

Таким чином ДНК можна розділити на такі фрагменти:

· структурні гени – несуть інформацію про послідовність амінокислотних залишків у білку;

· регуляторні гени – контролюють і регулюють процеси біосинтезу білка;

· сателітна ДНК – містить велику кількість груп нуклеотидів, що повторюються;

· кластери генів – групи генів у певній ділянці ДНК, об’єднані загальними функціями;

· спейсерні ділянки – розміщені між кластерами, їх роль до кінця не з’ясована;

· повторювальні гени – один і той самий ген багато разів повторюється.

Отже, генетичний матеріал еукаріот переважно зосереджений у хромосомах. Гени еукаріот на відміну від генів прокаріот є переривчастими – кодуючі частини гена (екзони) один або декілька разів переривається некодуючими ділянками (інтрони). Така екзонно-інтронна будова гена показує, що існує не тільки міжгенна, але й внутрішньогенна взаємодія. Між окремими ділянками генів (трансгенами) існують такі ж алельні зв’язки, як і між окремими функціонально різними генами.

Для синтезу білка цілий ген (екзони і інтрони) транскрибується у довгу молекулу РНК. Перед тим як вийти із ядра ця молекула РНК за допомогою ферментів здійснює процесинг – видаляє всі послідовності інтронів. Після процесингу утворюється зріла РНК, яка може бути у 10 разів коротшою за початкову. Зріла РНК виходить у цитоплазму і у вигляді м-РНК бере участь у синтезі білка. Доведено, що з однієї первинної РНК у різних тканинах утворюється не одна, а декілька різних за розмірами м-РНК.

Цитоплазматична спадковість характерна для клітин еукаріот,може бути пов’язана з:

· успадкуванням ознак, що зумовлені позаядерними генами, що розміщені у мітохондріях або у хлоропластах;

· появою у нащадків ознак, зумовлених ядерними батьківськими генами, але на прояв яких впливає цитоплазма яйцеклітини. Зигота одержує цитоплазму переважно від материнського організму, оскільки від сперматозоїда у зиготу потрапляє дуже мало цитоплазми. Тому така інформація передається тільки по материнській лінії: від матері – до дочки чи сина, а надалі її може передати тільки дочка.

Мінливість – загальна властивість живих організмів набувати нових відмінних ознак між особами у межах виду.

Поиск по сайту: