История развития гена

       Другая возможность возникает в случае альтернативного сплайсинга, когда в результате разных вариантов сплайсинга получаются мРНК, в кото-рых рамки считывания сдвинуты друг относительно друга и на них обра-зуются совершенно разные белки с разными функциями.

       В этих двух вариантах можно говорить о наличии разных генов в пределах одной последовательности ДНК.

       Иногда за счет использования альтернативных сайтов полиаденили-рования возникает несколько вариантов мРНК и, соответственно, белков, но белков, близких друг к другу по структуре и функции, хотя и несколько отличающихся друг от друга. В этом случае можно говорить об одном гене, кодирующем несколько вариантов белка.

       Кодирующие последовательности могут располагаться в разных цепях, и один и тот же участок ДНК входить своими разными цепями в состав разных генов.

       Многообразие структурной организации генов, особенно у эукариотов, отражает многообразие путей эволюции.

5.      Общая характеристика нуклеиновых кислот

       Нуклеиновые кислоты (полинуклеотиды) - высокомолекулярные орга-нические соединения, обеспечивающие хранение и передачу наследст-венной (генетической) информации в живых организмах из поколения в поколение. В зависимости от того, какой углевод входит в состав нук-леиновой кислоты — дезоксирибоза или рибоза, различают дезоксирибо-нуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК) кислоты.

       ДНК - высокополимерные природные соединения, содержащиеся в ядрах клеток живых организмов; вместе с белками гистонами образуют вещество хромосом. ДНК — носитель генетической информации, ее от-дельные участки соответствуют определенным генам. Молекула ДНК состоит из 2 полинуклеотидных цепей, закрученных одна вокруг другой в спираль. Цепи построены из большого числа мономеров 4 типов — нук-леотидов, специфичность которых определяется одним из 4 азотистых оснований (аденин, гуанин, цитозин, тимин). Сочетания трех рядом стоящих нуклеотидов в цепи ДНК (триплеты, или кодоны) составляют код генетический. Нарушения последовательности нуклеотидов в цепи ДНК приводят к наследственным изменениям в организме — мутациям. ДНК точно воспроизводится при делении клеток, что обеспечивает в ряду поколений клеток и организмов передачу наследственных признаков.
       ДНК - нуклеиновые кислоты, содержащие в качестве углеводного компонента дезоксирибозу. ДНК является основной составляющей хромо-сом всех живых организмов; ею представлены гены всех про- и эукариот, а также геномы многих вирусов. В нуклеотидной последовательности ДНК записана (кодирована) генетическая информация о всех признаках вида и особенностях особи (индивидуума) — ее генотип. ДНК регулирует биосинтез компонентов клеток и тканей, определяет деятельность организма в течение всей его жизни.

       РНК - семейство нуклеиновых кислот, содержащих в качестве угле-водного компонента остаток рибозы. PНK присутствуют во всех живых клетках, участвуя в процессах, связанных с передачей генетической информации от дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) к белку.
За редким исключением все PНK состоят из одиночных полинуклеотидных цепей. Их многомерные единицы — монорибонуклеотиды содержат пуриновые— аденин и гуанин и пиримидиновые основания — цитозин и урацил. Как и в молекулах ДНК, отдельные нуклеотиды связаны между собой 3'-, 5'- фосфодиэфирными связями: остаток фосфорной кислоты служит связующим звеном между 3'-атомом углерода рибозы одного нуклеотида и 5'-атомом углерода рибозы другого.
Молекулы PНK содержат от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч нуклеотидов. Все РНК способны к формированию вторичной структуры, основным элементом которой являются сравнительно короткие двуцелочечные тяжи, образованные комплементарными основаниями одной и той же молекулы, и связывающие их однотяжевые участки.

Общие свойства

       Молекулы нуклеиновых кислот содержат множество отрицательно заряженных фосфатных групп и образуют комплексы с ионами металлов; их калиевая и натриевая соли хорошо растворимы в воде. Концентрированные растворы нуклеиновых кислот очень вязкие и слегка опалесцируют, а в твердом виде эти вещества белые. Нуклеиновые кислоты сильно поглощают ультрафиолетовый свет, и это свойство лежит в основе определения их концентрации. С этим же свойством связан и мутагенный эффект ультрафиолетового света.   

       Трехмерная структура. Важной особенностью нуклеиновых кислот является регулярность пространственного расположения составляющих их атомов, установленная рентгеноструктурным методом. Молекула ДНК состоит из двух противоположно направленных цепей (иногда содержащих миллионы нуклеотидов), удерживаемых вместе водородными связями между основаниями:

       Водородные связи, соединяющие основания противоположных цепей, относятся к категории слабых, но благодаря своей многочисленности в молекуле ДНК они прочно стабилизируют ее структуру. Однако если раствор ДНК нагреть примерно до 60 эти связи рвутся и цепи расходятся – происходит денатурация ДНК (плавление).

6.      Доказательства генетической роли нуклеиновых кислот

       Генетическая роль ДНК была впервые установлена в опытах с микро-организмами. Первые доказательства роли ДНК как материальной основы наследственности были получены в 1944 г. О. Эйвери, К. Мак-Леодом и М. Мак-Карти в опытах по трансформации у бактерий. Этому предшествовали опыты Ф. Гриффитса в 1928 г., который заражал мышей смесью авирулентного штамма псевмококков с убитым нагреванием вирулентным и наблюдал гибель мышей и превращение некоторых клеток авирулентного штамма в вирулентные. О. Эйвери удалось установить природу транс-формирующего агента опытами в условиях пробирочной культуры. Трансформирующим агентом была ДНК, а следовательно именно ДНК сос-тавляет основу хромосом и является носителем наследственной информации.  

       Несколько позже было показано, что носителем наследственной информации у вирусов служит их нуклеиновая кислота (опыты А. Херши и М. Чейза, проведенные в 1952 г.). В своих опытах инфицировали вначале фагом бактериальную культуру в среду, для которой были добавлены радио-активные изотопы 32Sи 32P, пометив, таким образом белковую часть фага и его ДНК. Затем меченным фагом инфицировали обычную культуру бактерий. С помощью электронно-микроскопических исследований было установлено, что фаг прикрепляется отростком к поверхности бактерии, лизирует в этом месте поверхность бактериальной клетки и впрыскивает внутрь клетки свою ДНК. Белковая же оболочка фага остается на поверх-ности бактерии. Такие оболочки получили название «теней». Репликация фаговых частиц идет в клетке бактерии на фаговой ДНК. При разделении центрифугированием «теней» от бактериальных клеток после проникновения в них фаговой ДНК радиоактивная сера была обнаружена во фракции «те-ней», а фосфор – во фракции бактерий.

       В опытах Френкеля-Контрата и Зингера получены доказательства тому, что РНК также может представлять генетический материал. Штаммы РНК-содержащего вируса табачной мозаики (ВТМ) различаются аминокислотным составом белка. Вирусные частицы разделяли на ДНК и белок, а затем ресинтезировали, смешивая РНК и белок. Они могли быть также ресинтезированы, если РНК принадлежала одному штамму ВТМ, а белок другому. При заражении растительных клеток таким гибридным вирусом по-томство вирусов имело белок, соответствующий исходной РНК. Таким образом, РНК, а не белок родительского штамма определяет белковый состав и характерные признаки потомства, т.е. содержит необходимую для этого ге-нетическую информацию.

Заключение

       Анализируя вышеизложенный материал, можно сделать следующие выводы:

        Ген – функционально неделимая единица наследственной информации, представляющая собой участок молекулы ДНК (реже РНК у вирусов) с определенной последовательностью нуклеотидов, кодирующий синтез полипептида, тРНК, либо рРНК.

       В клетке имеются два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновая кислота (РНК) и дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). И ДНК, и РНК – полимерные цепочки, состоящие из отдельных звеньев – нуклеотидов. Сами нуклеотиды тоже имеют довольно сложное строение. Они содержат азотистое основание, моносахаридный остаток и остаток фосфорной кислоты.

       Биологическая функция нуклеиновых кислот оставалась неизвестной в течение почти столетия. Только в 40-х гг. ХХ в. О. Т. Эйвери,  К. Мак-Леод и М. Мак-Карти установили, что эти биополимеры ответственны за хранение, репликацию (воспроизведение), транскрипцию (передачу) и трансляцию (воспроизведение на белок) генетической (наследственной) информации. В 1953 г., когда Дж. Уотсон и Ф. Крик сообщили о расшифровке молекулярной структуры ДНК, биохимия, генетика начала отсчет новой эры познания живой материи.

Список использованной литературы

1. Общая биология: учеб. пособие для студентов вузов/ А.К. Буторина, А. Т. Епринцев, О. С. Машкина, Е. В. Богданова. – Воронеж : Воронежский госу-дарственный университет, 2007. – 140 с.

2. Ген: современное определение [Электронный ресурс]: http://humbio.ru/ humbio/genexp/0004b92c.htm

3. Молекулярные процессы генетических процессов: учеб. пособие для сту-дентов вузов/ А.К. Буторина, О. С. Машкина. – Воронеж : Воронежский го-сударственный университет, 2004. – 72 с.

4. Код ДНК. Понятие о гене [Электронный ресурс]: http://biologis.ru/kod-dnk-ponyatie-o-gene

5. Ген [Электронный ресурс]: http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0% B5% D0%BD

6. Гены эукариот [Электронный ресурс]: http://afonin-59-bio.narod.ru/2 _here-dity/2_heredity_individual/her_ind_06.htm

19