Классификация генов - структурная и функциональная

Видео: Строение и структуры белка

ГМО, перинатальная диагностика, расшифровка ДНК, клонирование - очень много технологий настоящего и будущего связано именно с этой наукой. Классификация генов дала возможность изучить их функции и возможности изменения. Итак, что известно о них сегодня?

Гены

В каждой клетке любого живого организма содержится вся информация о нем. В теории этого должно быть достаточно, чтобы можно было воспроизвести его точную копию. И все благодаря ДНК, фактически являющемуся генетическим паспортом. Располагая его образцами, можно вывести давно исчезнувшие виды животных и растений и остановить вымирание тех, кто находится под угрозой.

Ген - это элементарная единица наследственного материала. Они складываются в некие более крупные части, а те, в свою очередь, составляют молекулы ДНК. В сущности, каждый ее кусочек - это элемент кода в виде последовательности нуклеотидов, в которой и зашифрована вся информация об организме. И наука, исследующая то, что это за сведения, каковы функции отдельных единиц, в чем состоит структурно-функциональная классификация генов и прочие смежные вопросы, относительно молода, но уже успела доказать свою необходимость и показать огромный потенциал.

Изучение

О том, что дети наследуют некоторые черты своих родителей и более дальних родственников, известно давно. Однако на протяжении длительного времени было абсолютно непонятно, каков механизм передачи информации о внешности, характере, болезнях от родителей детям, внукам и дальнейшим потомкам. На этом этапе стоит упомянуть знаменитого Менделя, сформулировавшего законы наследования тех или иных признаков, хоть и не знавшего, каким образом это происходит.

Прорыв в области изучения генов стал вопросом времени с момента появления микроскопов. У клеток были обнаружены ядра, в которые человечеству удалось заглянуть через считанные десятки лет. Самое интересное, что открытие на протяжении длительного времени находилось у ученых буквально под носом, но они упорно его не замечали.

Дело в том, что ДНК впервые было выделена еще в 1868 году. Но вплоть до начала XX века многие биологи были уверены, что это вещество имеет функцию накопления запасов фосфора в организме, а не играет роль хранилища полной закодированной информации о нем. Примерно в середине столетия были проведены некоторые эксперименты, доказавшие, что именно является главным назначением ДНК. Но способ передачи и структура вещества оставались неизвестными.

Расшифровка генома

На основании исследований Мориса Уилкинса и Розалинд Франклин в 1953 году Френсис Крик и Джеймс Уотсон предположили, что ДНК представляет собой двойную спираль. Позднее эта гипотеза была доказана, за что ученые получили Нобелевскую премию.

Теперь перед наукой встала задача расшифровки генетического года, которая позволила бы ответить на многочисленные вопросы. И здесь в дело вступили не только биологи, но и физики с математиками. Способ кодирования на протяжении десятка лет оставался загадкой, было ясно лишь то, что он триплетный, то есть включает три компонента-нуклеотида. В 1965 году наконец стал понятен смысл всех единиц, названных кодонами. Шифр был взломан.

Однако это не значит, что для ученых не осталось загадок. Исследования по-прежнему продолжаются, но классификация генов и их изучение дали больше понимания природы некоторых заболеваний и способов их лечения. Теперь люди, сдав кровь, могут выяснить, какие им грозят недуги, высок ли риск унаследовать те или другие проблемы со здоровьем от своих родителей и передать их детям. Это способствовало серьезному продвижению во многих областях медицины.

Функции гена

Когда назначение ДНК стало очевидно, ученых заинтересовал вопрос о том, какой же смысл имеет каждая единица кода, за что она отвечает, какие процессы в организме запускает. И вот уже несколько десятилетий поиском ответов занимаются многие исследователи. За все это время стало понятно, во-первых, что ген - это не неделимая единица наследственной информации, а во-вторых, что понятийный аппарат ученых очень нуждается в дополнении.

Было введено еще несколько терминов, которые позволили более полно отражать словесно те процессы, которые наблюдаются на практике. Но функции гена все так и остались в достаточно туманной формулировке - синтез белков и полипептидов. Каждый участок ДНК отвечает за свое конкретное вещество, а как это отражается на организме, в большинстве случаев сказать сложно. Исследователям еще предстоит потрудиться, чтобы можно было сказать, что те или иные гены, например, отвечают за цвет глаз, хорошую кожу и некоторые особенности в работе сердца. Все усложняется некоторыми свойствами ДНК.

Классификации

Очевидно, что каждая единица ДНК выполняет какие-то определенные задачи, пусть они пока и неизвестны человечеству. Исходя из этой предпосылки сложилась современная структурно-функциональная классификация генов. Она используется чаще всего, но есть и другие, более узкоспециализированные и учитывающие какие-то конкретные свойства тех или иных участков ДНК. В общем и целом подразумевается такая классификация генов: структурные и регуляторные (функциональные). Каждая из этих разновидностей, в свою очередь, может делиться на группы. Например, среди регуляторов различают модификаторы, супрессоры, ингибиторы и т.д.

Также используется деление генов по критерию влияния на жизнеспособность, подразумевающее летальные, полулетальные и нейтральные единицы.

Принципиальные различия

Чуть выше была рассмотрена общепринятая классификация генов. Структурные и функциональные части ДНК, согласно ей, противопоставляются друг другу, но на самом деле все совсем не так. Они не могут работать по отдельности, и каждая из этих групп по-своему важна.

Структурные гены отвечают за непосредственный синтез основных белков и аминокислот. Регуляторы же влияют на их работу, контролируют их включение и выключение в процессе развития организма, а также занимаются созданием других вспомогательных веществ. По характеру своего воздействия на структурную часть они делятся на ингибиторы, супрессоры, интенсификаторы и модификаторы. Их активность позволяет ускорить или затормозить развитие тех или иных признаков.

Свойства

Каждая единица ДНК обладает рядом характерных черт, которые позволяют в сравнительно небольшой молекуле белка закодировать всю информацию об организме:

1. Дискретность. Каждый ген действует как самостоятельная единица.
2. Стабильность. Если не присутствуют мутации, те или иные части ДНК передаются будущим поколениям в неизменном виде.
3. Специфичность. Каждый ген действует на развитие определенного признака.
4. Дозированность. Изменение количества гена в организме ведет к нарушениям (например, синдром Дауна - увеличение количества хромосом).
5. Плейотропия. Возможность одного гена способствовать развитию нескольких признаков.

Еще очень многое предстоит узнать. Да, ученые добились многого, прочитав ДНК, понимание улучшилось и тогда, когда была сформирована классификация генов. Структурная и регуляторная части, работающие вместе, осознание механизма кодирования - последние столетие стало настоящим бумом развития биологии. Но предстоит узнать еще очень много.

Перспективы развития науки

Несмотря на то что генетика является сравнительно молодой наукой, уже сейчас очевидно, что ее ждет великое будущее. Лечение болезней, считавшихся безнадежными, улучшение свойств растений и животных, позволяющее развивать сельское хозяйство, восстановление биологического разнообразия - все это возможно уже сейчас. Основной фактор, сдерживающий дальнейшее изучение, эксперименты и воплощение в жизнь, - этика. Моральные проблемы, с которыми столкнется человечество, научившись управлять информацией, закодированной в ДНК, пока не совсем понятны.