Что такое ген человека простыми словами кратко

Обновлено: 05.07.2024

Информацию из данного раздела нельзя использовать для самодиагностики и самолечения. В случае боли или иного обострения заболевания диагностические исследования должен назначать только лечащий врач. Для постановки диагноза и правильного назначения лечения следует обращаться к Вашему лечащему врачу.

Аллели – (от греч. allelon друг друга, взаимно) различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологичных (парных) хромосом, контролирующие один и тот же белок. Все гены соматических клеток, за исключением генов, расположенных в половых хромосомах, представлены двумя аллелями, один из которых унаследован от отца, а другой – от матери. Различия между аллелями обусловлены мутациями.

Аутосомно-доминантный тип наследования – мутантный аллель (вариант) доминирует над нормальным аллелем (вариантом), т.е. проявляется как в гомозиготном, так и в гетерозиготном состоянии; патологическая наследственность прослеживается в родословной "по вертикали"; по крайней мере, один из родителей имеет проявление данной мутации. При этом мутантный ген расположен в аутосоме (неполовой хромосоме) и наследование не сцеплено с полом.

Аутосомно-рецессивный тип наследования – нормальный аллель (вариант) подавляет проявление мутантного аллеля (варианта), т.е. мутация может проявиться, только находясь в гомозиготном состоянии. При этом мутантный ген расположен в аутосоме (неполовой хромосоме) и наследование не сцеплено с полом.

Ген – элементарная единица наследственности, наименьший неделимый элемент наследственного материала, который может быть передан от родителей потомству как целое и который определяет признаки, свойства или физиологическую функцию организма. На молекулярном уровне - это участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру белков и РНК.

Генетический вариант полиморфизма – в широком смысле аналогичен понятию аллеля; здесь, в узком смысле – одна из двух разновидностей гена, различающихся по одному генетическому полиморфизму. Генетические варианты полиморфизма обычно отличаются аминокислотной последовательностью белкового продукта гена или уровнем экспрессии гена.

Генотип – (здесь, в узком смысле) сочетание генетических вариантов (аллелей), расположенных на гомологичных хромосомах.

Гетерозиготный – содержащий разные аллели (генетические варианты) в соответствующих локусах гомологичных хромосом.

Гомозиготный – содержащий одинаковые аллели (генетические варианты) в соответствующих локусах гомологичных хромосом.

Гомологичные хромосомы – парные хромосомы из диплоидного набора, одинаковые по форме, размерам и набору генов.

Делеция – утрата в результате мутации сегмента ДНК размером от одного нуклеотида до субхромосомного фрагмента, включающего несколько генов. В случае генных полиморфизмов рассматриваются делеции, ограниченные одним геном.

Диплоидный набор – набор хромосом в соматических клетках организма, который содержит два гомологичных набора хромосом, из которых один передается от одного родителя, а второй - от другого.

Доминантный аллель – аллель, проявляющийся в фенотипе гетерозиготных особей.

Инсерция – вставка сегмента ДНК размерами от одного нуклеотида до субхромосомного фрагмента, включающего несколько генов. В случае генных полиморфизмов рассматриваются инсерции, ограниченные одним геном.

Интрон – область гена, разделяющая экзоны и не несущая информации об аминокислотной последовательности белкового продукта.

Миссенс-мутация - мутация, приводящая к подстановке несоответствующей аминокислоты в полипептидную цепь.

Мультифакториальные заболевания – заболевания, вызываемые взаимодействием множества наследственных и внешних факторов, например, ишемическая болезнь сердца, инфаркт миокарда (ИМ), инсульт, некоторые формы рака, психические заболевания и др.

Мутантный вариант полиморфизма – вариант полиморфизма, возникший вследствие мутации из своего предшественника – нормального варианта.

Мутация – изменение нуклеотидной последовательности ДНК. Чаще всего мутации представляют собой однонуклеотидные замены – миссенс-мутации. Влияние мутации на функцию гена может варьировать от ее полного нарушения до незначительного влияния или отсутствия влияния.

Нормальный вариант полиморфизма – наиболее распространенный в популяции вариант полиморфизма, который является предшественником других вариантов, возникающих вследствие мутаций.

Нуклеотид – структурная единица нуклеиновых кислот. В состав ДНК входят 4 нуклеотида: аденин – А, тимин – Т, гуанин – G, цитозин – С.

Пенетрантность – количественный показатель фенотипической изменчивости проявления гена. Измеряется (обычно в %) отношением числа особей, у которых данный ген проявился в фенотипе, к общему числу особей, в генотипе которых этот ген присутствует в необходимом для его проявления состоянии (гомозиготном – в случае рецессивных генов или гетерозиготном – в случае доминантных генов). Проявление гена у 100% особей с соответствующим генотипом называется полной пенетрантностью, в остальных случаях – неполной пенетрантностью. Неполная пенетрантность свойственна проявлению генов, связанных с мультифакториальными заболеваниями: болезнь развивается только у части лиц, в генотипе которых присутствует аномальный ген; у остальных же наследственное предрасположение к болезни остаётся нереализованным.

Полиморфизм гена – многообразие нуклеотидных последовательностей гена, в том числе его аллельных форм.

Прогностический – понятие, характеризующее заключение о предстоящем развитии и исходе, основанное на специальном исследовании.

Промотор – участок молекулы ДНК, к которому присоединяются молекулы РНК-полимеразы, что сопровождается инициацией транскрипции соответствующих генов; как правило, промотор расположен на операторном конце оперона; каждый ген (или оперон) имеет свой промотор, контролирующий его транскрипцию.

Рецессивный аллель – аллель, не проявляющийся в фенотипе гетерозиготных особей.

Фенотип – особенности строения и жизнедеятельности организма, обусловленные взаимодействием его генотипа с условиями среды.

Хромосома – составной элемент клеточного ядра, являющийся носителем генов. В основе хромосомы лежит линейная молекула ДНК

Экзон – фрагмент гена, кодирующий аминокислотную последовательность белкового продукта данного гена.

Экспрессия гена – перенос генетической информации от ДНК через РНК к полипептидам и белкам в определенных типах клеток организма.

ВАЖНО!

Генетика занимается изучением наследственности и изменчивости — того, какую наследственную информацию мы получаем от своих родителей и какую передаем своим детям. Носителем этой информации являются гены.

Гены определяют фенотип человека — полный комплекс особенностей его организма.

Некоторые признаки фенотипа можно заметить, просто посмотрев на человека. Например, цвет волос и глаз.
Другие признаки фенотипа можно выявить только с помощью лабораторных исследований, например — группу крови.

Информация обо всех особенностях вашего организма содержится в ваших генах, начиная от вашего роста и цвета кожи и заканчивая генетическими заболеваниями и предрасположенностью к определенным видам рака.

Что такое гены

Все ваши гены содержатся в ядре клетки - в ядре любой из клеток любого из ваших органов и любой из ваших тканей. Гены представляют собой отдельные фрагменты информации, хранящейся в хромосомах.

Увеличение микроскопа	Наблюдаемый объект	Описание
	Ядро клетки	Содержит хромосомы. Ядро человеческой клетки содержит 23 пары хромосом.
	Отдельная хромосома	Состоит из одной очень длинной полимерной молекулы ДНК.
	Ген	Отдельный участок ДНК, который содержит целостную информацию об определенном наследственном признаке.
	Нуклеотид	Своеобразный байт информации. Последовательности, в которые соединены пары нуклеотидов в молекулах ДНК всех хромосом, определяют полный комплекс наследственных признаков человека — человеческий геном.

Для удобства можно представить себе, что хромосома — это книга, а ген — одна из глав этой книги. Ген состоит из набора попарно соединенных в спиральной молекуле ДНК нуклеотидов. Продолжим аналогию с библиотекой, и все станет гораздо

Ядро клетки с 23 парами хромосом - библиотека под названием "Всё об этом человеке".
Хромосома - книга из библиотеки.
ДНК - весь текст этой книги.
Ген - одельная глава книги. Например, глава "Все о цвете глаз этого человека".
Нуклеотид - отдельная буква. Их в "генетическом" алфавите человека всего 5, в отличие от русского алфавита, где букв 33.

С недавних пор стало возможным полностью расшифровать генетический код любого человека — узнать наследственную информацию, содержащуюся во всех книгах его персональной "библиотеки". Некоторые главы из этих книг могут содержать тревожную информацию.

Например, информацию о наличии онкологических заболеваний или наследственных нарушений, которые человек неизбежно передаст своим детям. Или информацию о повышенной вероятности развития муковисцидоза, болезни Альцгеймера, а также множества других синдромов.

Пройти полное секвенирование и получить данные о наличии у себя любых генетических нарушений может любой желающий.

Обзор

Автор

Редакторы

Изучение человеческого генома имеет одну конечную цель — оно затевается исключительно ради того, чтобы, взглянув на последовательность ДНК конкретного индивида, можно было бы получить о нем максимум информации. О том, какими болезнями он может заболеть, какие способности в себе развить, и какие опасности его могут поджидать при выборе того или иного жизненного пути. История изучения этого вопроса довольно продолжительна, однако заветная цель приближается к нам далеко не так быстро, как хотелось бы.

История вопроса

В начале прошлого столетия казалось, что до выяснения природы наследственности рукой подать, ведь были заново открыты законы Менделя, сформулирована Хромосомная теория наследственности Моргана. Согласно представлениям того времени, наследственные факторы — гены — являлись белковыми молекулами, последовательно соединенными между собой в хромосомах. Казалось, что вот-вот эти белки будут выделены из хромосом и все встанет на свои места. При этом, естественно, ни у кого и в мыслях не было, что в генетическом материале организма могут присутствовать элементы, напрямую не определяющие каких-либо его свойств. Была уверенность в том, что каждый ген-белок отвечает за определенную функцию. Однако все оказалось куда сложнее.

Во-первых, к середине 40-х годов XX века, благодаря опытам Эйвери, Маклеода и Маккарти становится понятно, что функции хранения и передачи наследственной информации могут выполнять вовсе не белки. Внимание ученых начинает концентрироваться на изучении ДНК — полимерной молекулы, состоящей из дезоксирибонуклеотидов. К тому моменту было хорошо известно, что ДНК входит в состав хромосом, однако полагали, что эта молекула выполняет структурные функции, являясь своего рода хромосомным каркасом. Окончательно обосновали ключевую роль ДНК в наследственности Альфред Херши и Марта Чейз, только в начале 50-х годов показав, что бактериофаги способны размножаться без собственных белков — в инфицируемой ими бактериальной клетке оказывается и реплицируется только молекула ДНК.

Структуру ДНК впервые описывают Джеймс Уотсон и Френсис Крик в своей работе 1953 года [1]. В последующие 20 лет накапливаются знания о природе генетического кода (М. Ниренберг и Дж. Маттеи), работе генов и регуляторных элементов (Ф. Жакоб и Ж. Моно), тонкой структуре гена (С. Бензер), об укладке ДНК на нуклеосомах (А. Корнберг). Также становится понятно, что в геномах организмов содержатся не только уникальные последовательности структурных генов — в них присутствует огромное количество часто повторяющихся и вовсе не кодирующих белки последовательностей.

Своя и чужая ДНК

В середине прошлого века тезис о том, что генетический материал организма содержит исключительно структуры, необходимые для формирования фенотипических признаков, было странно подвергать сомнению. Любую особенность организма пытались объяснить с позиций целесообразности, и поэтому считалось, что лишних и нефункциональных структур быть просто не должно.

Рисунок 1. Барбара МакКлинток.

Примерно одновременно с работами по изучению роли ДНК в наследственности подвергается первой критике хромосомная теория Моргана в хрестоматийном ее понимании. Это связано с тем, что Барбара МакКлинток обнаруживает генетические элементы, которые, по ее мнению, способны менять свою локализацию на хромосоме [2]. Эти революционные исследования поначалу не находят понимания, поскольку противоречат принятому тогда постулату о том, что каждый ген имеет свой постоянный хромосомный локус. Сама МакКлинток даже получает обидное прозвище crazy Barbara (сумасшедшая Барбара). Однако позднее выясняется, что подобные мобильные генетические элементы присутствуют у всех живых организмов (стоит также упомянуть, что МакКлинток спустя 30 лет после своего открытия удостаивается Нобелевской премии в области физиологии и медицины [3]).

У животных, а конкретно, у дрозофилы, мобильные элементы впервые обнаруживают в лабораториях Хогнесса в США и Георгиева в СССР. Причем очень быстро становится ясно, что таких элементов огромное множество, в геномах они представлены очень широко, а по своим структурным и функциональным особенностям могут отличаться очень сильно. Изучение структуры различных классов мобильных элементов генома (МГЭ) приводит ученых к выводу об их родстве с вирусами. Жизненные циклы вирусов и многих МГЭ очень похожи, да и белки, кодируемые их генами, выполняют одни и те же функции, что отчетливо указывает на общность происхождения этих примитивных живых систем.

Экология генома: молекулярные паразиты и эндосимбионты

Разумеется, помимо пользы от мобильных генетических элементов можно вполне ожидать и проблем. В частности, они могут провоцировать хромосомные аберрации, вызывать своими перемещениями мутации и изменения в активности генов, приводить к дестабилизации структуры всего генома. Взаимодействие между МГЭ и хозяйским геномом могут приводить к самым разнообразным и любопытным последствиям: от возникновения наследственных заболеваний до провоцирования процессов видообразования и образования новых генов.

Запутанная молекулярная инструкция

Рисунок 2. Классы повторов в геноме человека.

LINE — Long interspersed nuclear repeats. Одни из самых древних элементов. Содержат ген обратной транскриптазы и способны вносить разрывы в геномную ДНК при транспозиции. Часто образуют несовершенные копии.

SINE — Short interspersed nuclear repeats. Короткие последовательности, содержащие промотор полимеразы III. Их транспозиции происходят за счет белков, кодируемых генами LINE-элементов.

LTR (long terminal repeat) retrotransposons — группа элементов, по своей организации больше всего напоминающая вирусы (если точнее — ретровирусы). Считается, что часть ретротранспозонов произошла от вирусов, когда-то проникнувших в геном. Некоторые LTR-элементы сохраняют возможность покидать клетку-хозяина и инфицировать другие клетки. Включают от одного до нескольких генов.

DNA transposons — мобильные элементы, не требующие стадии образования РНК-копии для транспозиций. Кодируют фермент транспозазу, необходимую для перемещения.

Ген (др.-греч. γένος — род) — структурная и функциональная единица наследственности живых организмов. Ген представляет собой последовательность ДНК, задающую последовательность определённого полипептида либо функциональной РНК. Гены (точнее, аллели генов) определяют наследственные признаки организмов, передающиеся от родителей потомству при размножении. При этом некоторые органеллы (митохондрии, пластиды) имеют собственную, определяющую их признаки, ДНК, не входящую в геном организма.

Среди некоторых организмов, в основном одноклеточных, встречается горизонтальный перенос генов, не связанный с размножением.

Содержание

История термина

Основные характеристики гена

Изучением генов занимается наука генетика, родоначальником которой считается Грегор Мендель, который в 1865 году опубликовал результаты своих исследований о передаче по наследству признаков при скрещивании гороха. Сформулированные им закономерности впоследствии назвали Законами Менделя.

В настоящее время, в молекулярной биологии установлено, что гены — это участки ДНК, несущие какую-либо целостную информацию — о строении одной молекулы белка или одной молекулы РНК. Эти и другие функциональные молекулы определяют развитие, рост и функционирование организма.

В то же время, каждый ген характеризуется рядом специфических регуляторных последовательностей ДНК (англ.) русск. , таких как промоторы, которые принимают непосредственное участие в регулировании проявления гена. Регуляторные последовательности могут находиться как в непосредственной близости от открытой рамки считывания, кодирующей белок, или начала последовательности РНК, как в случае с промоторами (так называемые cis-регуляторные элементы, англ. cis-regulatory elements ), так и на расстоянии многих миллионов пар оснований (нуклеотидов), как в случае с энхансерами, инсуляторами и супрессорами (иногда классифицируемые как trans-регуляторные элементы, англ. trans-regulatory elements ). Таким образом, понятие гена не ограничено только кодирующим участком ДНК, а представляет собой более широкую концепцию, включающую в себя и регуляторные последовательности.

Изначально термин ген появился как теоретическая единица передачи дискретной наследственной информации. История биологии помнит споры о том, какие молекулы могут являться носителями наследственной информации. Большинство исследователей считали, что такими носителями могут быть только белки, так как их строение (20 аминокислот) позволяет создать больше вариантов, чем строение ДНК, которое составлено всего из четырёх видов нуклеотидов. Позже было экспериментально доказано, что именно ДНК включает в себя наследственную информацию, что было выражено в виде центральной догмы молекулярной биологии.

Гены могут подвергаться мутациям — случайным или целенаправленным изменениям последовательности нуклеотидов в цепи ДНК. Мутации могут приводить к изменению последовательности, а следовательно изменению биологических характеристик белка или РНК, которые, в свою очередь, могут иметь результатом общее или локальное изменённое или анормальное функционирование организма. Такие мутации в ряде случаев являются патогенными, так как их результатом является заболевание, или летальными на эмбриональном уровне. Однако, далеко не все изменения последовательности нуклеотидов приводят к изменению структуры белка (благодаря эффекту вырожденности генетического кода) или к существенному изменению последовательности и не являются патогенными. В частности, геном человека характеризуется однонуклеотидными полиморфизмами и вариациями числа копий (англ. copy number variations ), такими как делеции и дупликации, которые составляют около 1 % всей нуклеотидной последовательности человека [2] . Однонуклеотидные полиморфизмы, в частности, определяют различные аллели одного гена.

Мономеры, составляющие каждую из цепей ДНК, представляют собой сложные органические соединения, включающие в себя азотистые основания: аденин(А) или тимин(Т) или цитозин(Ц) или гуанин(Г), пятиатомный сахар-пентозу-дезоксирибозу, по имени которой и получила название сама ДНК, а также остаток фосфорной кислоты. Эти соединения носят название нуклеотидов.

Гены и мимы

Читайте также: