2.Классификация генов

Существует несколько классификаций генов. Приведём две классификации, которыми пользуется большинство учёных.

а. Одна из них постулирует наличие в клетке двух типов генов.

1. Конститутивные гены.

2. Гены «роскоши».

Гены общеклеточных функций (их ещё называют конститутивные гены или 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. Клетка является составной частью сложного организма, а это уже более высокий уровень организации живого. На организменном уровне имеются собственные системы жизнеобеспечения, развития, размножения, дыхания и т.д. Поэтому любая клетка организма должна поддерживать не только свои жизненные потенции, которые обеспечивают гены «домашнего хозяйства», но и принимать участие в жизнедеятельности всего организма. Последним и занимаются специализированные гены. Эти гены контролируют белки, которые обеспечивают функционирование физиологических систем организма – его защитных свойств, процессов дыхания, кровоснабжения, пищеварения и т.д.

6

К таким генам относятся гены, контролирующие синтез гемоглобина, иммуноглобулина и др.

В отличие от генов «домашнего хозяйства» «гены роскоши» находятся под жёстким контролем организма и имеют сложный аппарат регуляции.

б. Другая классификация генов предусматривает наличие двух типов генов: структурных и регуляторных.

Оба типа генов транскрибируют различные типы РНК.

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

1. 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.

2. 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 – более 60. 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 большое число раз.

3. Гены, с которых транскрибируется рРНК. Эти гены, так же 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 трёх. Как и в предыдущем случае, это связано с высокой повторяемостью каждого типа гена.

Все три типа генов 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 % . Некоторые авторы сравнивают гены с островками в безбрежном океане ДНК. Некоторое представление о расположении генов на отрезке молекулы ДНК хромосомы даёт рисунок 3.

Гены

•• • •

Не информативные участки ДНК

Рис. 3. Схематичное расположение структурных генов в отрезке молекулы ДНК хромосомы

7

Регуляторные гены. В одну группу эти гены объединяет то, что они регулируют активность структурных генов. В настоящее время пока не имеется признанной всеми (или большинством) исследователями классификации этих генов. Наиболее простая классификация подразделяет все известные регуляторные гены на два типа:

1. 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 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. Таким образом, эта группа генов несёт информацию о строении рибозимов. 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.

2. 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 регуляторном белке, 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 названия, например, факторы транскрипции, трансляции, терминации и др.

В отличие от этого иРНК, транскрибируемая на структурном гене, контролирует синтез белка, который является участником клеточного метаболизма, выступая в роли фермента, строительного белка, белка-переносчика и т.д., но никак не белка-регулятора.

В настоящее время некоторые исследователи в эту же группу относят участки ДНК, на которых осаждаются регуляторные белки. Например, к таким генам они относят промотор (на нём осаждается РНК-полимераза), оператор (на нём осаждаются регуляторные белки), терминатор (в некоторых случаях на нём осаждаются 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 остаётся открытым. Некоторые авторы относят такие последовательности к «регуляторным зонам». Мы также будем придерживаться этого положения.

8