Що таке ген
Ген містить інформацію для створення білка або РНК.
Складається з двох частин:
- Кодуюча послідовність — визначає будову білка. Зміни тут можуть змінити білок і викликати хвороби
- Регуляторні елементи — керують, коли, де і наскільки активно працює ген
Класифікація генів
За розташуванням
- Ядерні гени — кодують більшість білків, ферментів, факторів розвитку організму
- Цитоплазматичні гени — містяться в мітохондріях (білки клітинного дихання) і хлоропластах (білки фотосинтезу)
За функцією
- Структурні гени — кодують білок або РНК
- Регуляторні гени — визначають початок, швидкість і послідовність синтезу РНК на матриці ДНК
За розмірами
- Регуляторні — кілька десятків пар нуклеотидів
- Структурні — сотні і тисячі нуклеотидів
Класифікація за продуктом експресії
- Білкові гени — містять інформацію про первинну структуру білка, утворюють іРНК (мРНК)
- РНК-гени — кодують різні види РНК: транспортні (тРНК), рибосомні (рРНК), малі ядерні (мяРНК), мікро-РНК (мкРНК)
Класифікація за активністю
- Конститутивні — постійно активні, працюють у всіх клітинах, забезпечують базові потреби
- Неконститутивні — активуються лише за потреби, працюють у певних клітинах або умовах (наприклад, реакція на вірус або стрес)
Регуляція активності генів
Регуляція — це керування тим, наскільки активно працюють гени.
Дозволяє клітині змінювати кількість білків у відповідь на умови середовища.
Потрібна для:
- Реакції на зміни середовища
- Зміни властивостей клітини без зміни ДНК
- Пристосування та виживання в різних умовах
Епігенетика
Епігенетика — наука, що вивчає зміни експресії генів, зумовлені механізмами, не пов’язаними зі змінами послідовності нуклеотидів ДНК.
Відмінність від генетики
- Генетика — вивчає процеси, що ведуть до змін у генах
- Епігенетика — досліджує зміни активності генів без зміни структури ДНК
Чинники впливу
Епігенетика вивчає процеси активації або пригнічення генів у відповідь на:
- Приймання їжі
- Фізичне навантаження
- Стрес
- Інші зовнішні впливи
Такі зміни можуть зберігатися впродовж декількох клітинних поколінь.
Концепція оперона
Оперон — спосіб, яким у бактерій кілька генів керуються разом як один функціональний блок.
Клітина вмикає або вимикає одразу групу генів, що беруть участь в одному процесі.
Принцип роботи (на прикладі lac-оперона)
- Немає лактози — репресор блокує гени
- Є лактоза — блок знімається, гени працюють
Значення
- Дозволяє клітині економити енергію
- Показує, що гени регулюються координовано, а не поодинці
Висновок: оперон — це генетичний «вмикач/вимикач» для груп пов’язаних генів у прокаріотів.
Диференціація клітин — приклад епігенетики
- Усі клітини мають однакову ДНК
- Під час розвитку вмикаються одні гени, а інші пригнічуються
- Через це клітини стають різними за будовою і функціями
Суть: різні типи клітин виникають не через зміни ДНК, а через різну активність генів.
Механізми регуляції активності генів у еукаріотів
Регуляція ядерних генів складніша, ніж у прокаріотів. Експресія генів регулюється на кожному етапі: транскрипції, процесингу РНК, експорту РНК, трансляції та післятрансляційної модифікації білків.
Основні механізми
- Малі РНК (РНК-інтерференція) — короткі РНК можуть пригнічувати утворення білка, руйнуючи або блокуючи мРНК
- Метилування ДНК — приєднання метильних груп (–CH3) до ДНК зазвичай зменшує активність генів
- Стан хроматину — розпакований хроматин робить гени доступними для зчитування; щільно упакований — гени «вимкнені»