Как работают гены

Основу органов составляют клетки. Основу клеток составляют белки. Белки – это крупные полимерные молекулы. Образующие их аминокислоты могут соединяться в длинные цепи в любом порядке, чередуясь и повторяясь многократно. Если в белке всего 100 аминокислот (небольшая молекула инсулина), а за каждую отвечал один триплет, значит, в молекуле ДНК должно быть 100 триплетов или 300 нуклеотидов. Вот этот участок ДНК, отвечающий конкретно за одну простую молекулу белка и будет ген. От других участков он будет отграничен так называемыми нонсенс-триплетами (или стоп-кодонами), которые не несут связи с аминокислотами. Их всего три – АТТ, АТЦ, АЦТ. (На комплементарной молекуле РНК они будут соответствовать триплетам УАА, УАГ, УГА). Эти триплеты будут обозначать начало и конец гена. Значит ГЕН – это определенный участок длинной молекулы ДНК. Участок, который отвечает всего за одну из многочисленных простых белковых молекул клетки (полипептидную цепочку). Большинство белков клетки являются сложными соединениями, образованными несколькими полипептидными цепочками, они формируются на основе многих генов. Размеры генов тоже различны. Строение их у высших организмов – эукариот – заметно сложнее, чем у простейших. Работают они не в одиночку, а слаженными ансамблями. Сумма всех генов данного организма (гены диплоидного набора плюс гены митохондрий) образует его генотип, а совокупность внешних признаков строения и поведения данного существа составляет его фенотип.

Как увязать работу генов с внешними признаками, т.е. как генотип связан с фенотипом? Так помидор при созревании из зеленого становится красным, а форма его округлая. А почему он круглый, а не длинный, как огурец, и почему сам огурец никогда не станет таким ярко красным? Или почему вы при загаре приобретаете красивый золотистый оттенок кожи. Где ген? Где признак?

Признак – это свидетельство работы гена, – это результат этой работы. Он (признак) базируется на конкретных веществах, которые вырабатываются в клетках. Отдельные группы клеток, объединенные одинаковыми или сходными свойствами, образуют отдельные органы. (Красные пигменты помидор синтезируются в клетках плода, а зеленые пигменты активнее синтезируются листьях). Гены, отвечающие за эти пигменты, есть во всех клетках растения, даже в корне, но работают они по принципу разделения труда. Включаются не сразу, а по мере надобности. Поэтому в незрелых плодах, сначала вырабатывается много хлорофилла (зеленый пигмент), а затем эстафета передается генам, обеспечивающим синтез каротинов, и плод постепенно приобретает красную окраску.

При формировании признака гену нужны помощники. И такими помощниками, незаменимыми и обязательными участниками процесса, являются молекулы РНК. Их несколько типов: 1) информационная РНК – и-РНК, она односпиральна, и размеры ее соответствуют размеру гена, на котором она образуется; 2) рибосомальная РНК р-РНК – она составляет основу белковых фабрик рибосом, расположенных в цитоплазме; 3) транспортная РНК – т-РНК, она доставляет аминокислоты к рибосомам; 4) малые ядерные РНК – мя-РНК, которые выполняют регуляторные функции. Вот эта команда под руководством молекулы ДНК и формирует признаки – фенотип данной особи.

Теперь следует обобщить свойства гена и пройти путь от гена до признака.

Можно выделить следующие основные свойства гена:

Ген это участок молекулы ДНК, отвечающий за синтез молекул РНК и белка, состоящий из сотен и даже тысяч нуклеотидов, сгруппированных в триплеты (кодоны), и отграниченный от других участков нонсенс-триплетами.

Большая часть генов располагается в ядре клетки и никогда его не покидает.

Передача генетической информации с гена на белки происходит через обязательный промежуточный синтез молекулы информационной (матричной) РНК (и-РНК, m-RNA).

Молекулы и-РНК переходят в цитоплазму и обеспечивают синтез белков на рибосомах клетки.

За сложные белковые молекулы отвечают несколько генов.

Благодаря работе синтезированных специфических белков в клетках образуются вещества, определяющие признаки организма. За формирование сложных признаков отвечает множество генов.

По функциям гены можно подразделить на структурные, отвечающие за форму организма, и регуляторные, обеспечивающие последовательность работы генов и изменение их активности.