Классификация генов - Перспективная наука геномика

Существует несколько классификаций генов. Большинство ученых придерживается двух приведенных ниже классификаций. Первая постулирует о наличии двух типов генов.

Гены "домашнего хозяйства" (house-keeping genes);

Гены "роскоши".

Гены "домашнего хозяйства постоянно находятся в активном состоянии. Их активность в малой степени зависти от состояния внешней среды (организма), т. е. практически не регулируется. Эти гены кодируют белки-ферменты, которые принимают участие в жизненно важных для клетки метаболических процессах. Например, таких как гликолиз, цепь передачи электронов, синтез ДНК, аминокислот и т. д. В сущности, эти гены полностью обеспечивают жизнедеятельность клетки.

Гены "роскоши" контролируют строго специализированные, специфические функции клетки. Эти гены контролируют белки, которые обеспечивают функционирование физиологических систем организма - его защитных свойств, процессов дыхания, выделения, кровоснабжения, пищеварения и т. д.). К таким генам относятся гены, контролирующие синтез гемоглобина, иммуноглобулина и др. В отличии от генов "домашнего хозяйства" "гены роскоши" находятся под жестким контролем организма и имеют сложный аппарат регуляции.

Вторая классификация генов предусматривает наличие двух типов генов:

Структурные гены;

Регуляторные гены.

Оба типа генов транскрибируют различные типы РНК.

Структурные гены Все структурные гены транскрибируют несколько видов РНК - информационная РНК, транспортная РНК( тРНК),рибосомальная РНК (рРНК) и т. д. В зависимости от типа синтезируемых (или транскрибируемых) на них РНК они подразделяются на:

Гены, на которых синтезируется иРНК. Таких генов около 30 тысяч. Именно эти гены несут информацию о последовательности аминокислот в полипептиде. Многие из них уникальные. Однако есть гены имеющие копии. Как правило, число копий не превышает двух.

Гены, с которых транскрибируется тРНК. Эти гены не несут информацию о структуре белка. Их функция заключается в синтезе достаточного количества тРНК способных обеспечить транспорт аминокислот в рибосомы для синтеза белка. Число индивидуальных тРНК - около 50. Столько же и типов генов, кодирующих тРНК. Однако, общее число генов тРНК значительно больше. Это связано с тем, что каждый ген, кодирующий тРНК, представлен не в одном экземпляре, а повторяется множество число раз.

Гены, с которых транскрибируются рРНК. Эти гены, также как и предыдущие, не кодируют структуру полипептида, а синтезируют несколько разновидностей РНК (на генах эукариот синтезируется три разновидности РНК). Однако число генов, кодирующих рРНК, намного больше трех. Как и в предыдущем случае, это связано с высокой повторяемостью каждого типа гена.

Все три типа гена объединяет одно - все они являются активными участниками синтеза белка.

В настоящее время в геноме человека насчитывается примерно 30 тысяч структурных генов. Длина всей ДНК в клетке человека примерно 1,5 метра, ДНК всех генов в ней занимает всего 3 - 10 %. Остальную часть ДНК составляет протеин-некодирующие гены или по-другому регуляторные гены. В одну группу эти гены объединяет то, что они регулируют активность структурных генов. Пока нет общепризнанной классификации этих генов, но можно выделить:

Гены, с которых транскрибируются регуляторные РНК. Они не принимают непосредственного участия в синтезе белка, а регулируют отдельные стороны этого процесса (транскрипцию, процессинг и т. д.). Так, например, относительно недавно открыт новый класс регуляторных РНК, которые назвали - малые ядерные РНК (мяРНК). Эти РНК имеют небольшой молекулярный вес, их несколько десятков, но и с каждым годом открываются новые. Удивительным оказалось то, что мяРНК обладают ферментативной активностью и принимают участие в разнообразных генетических процессах, например в процессе созревания РНК. Как ферменты они получили название - рибозимы.

Так выяснено, что РНК транскрибируемая с гена Н19 влияет на злокачественное перерождение клеток. А РНК синтезируемая на гене HFF участвует в метаболизме железа. В последнем случае интересно то, что РНК синтезируется одновременно на обеих нитях гена (на смысловой и антисмысловой). Рибозим, синтезированный на смысловой нити, регулирует синтез мРНК, которая транскрибируется с противоположной (антисмысловой) нити.

Гены, которые несут информацию о структуре регуляторного белка. На них транскрибируется иРНК. Этим они похожи на структурные гены. Однако, есть одно существенное отличие - на этих генах кодируется информация о регуляторномбелке, который принимает участие в регуляции активности различных генетических процессов (транскрипции, трансляции, репликации, репарации и т. д.) протекающих в клетке. Эти белки способны взаимодействовать с регуляторными областями ДНК (например с оператором) или связываться с РНК - или ДНК-полимеразой. Белки носят различные название, например факторы транскрипции, трансляции, терминации и др.

Участки гена, на которые садятся регуляторные белки. Например, к таким генам они относят промотор (на нем осаждается РНК-полимераза), оператор (на нем осаждаются регуляторные белки), терминатор (в некоторых случаях на нем осаждается белки прекращающие синтез иРНК) и т. д.Сразу же отметим, что последний тип генов не подходит под классификацию генов Сингера М. и Берга П. (1998). И вопрос, считать ли такие последовательности ДНК генами, остается открытым. Некоторые авторы относят такие последовательности к "регуляторным зонам". Мы так же будем придерживаться этого положения.

Наука геномика изучает геном в разных направлениях:

Структурная геномика занимается секвенированием геномов, выделение и изучением генов

Сравнительная геномика изучает сходства и различия в организации геномов разных организмов с целью выяснения общих закономерностей их строения и функционирования.

Функциональная геномика необходима для изучение геномов с целью определения биологической функции всех генов и их продуктов, а также взаимодействий между генами.

Экологическая геномика изучает изменения генома в процессе приспособления организма факторам среды;

Метагеномика изучает геном микроорганизмов из природных выборок, биопленок и также исследует палеогеномные остатков вымерших животных.

Рассмотрим методы структурной геномики.

Похожие статьи




Классификация генов - Перспективная наука геномика

Предыдущая | Следующая