- (հունարենից génos - սեռ, ծագում) ժառանգականության տարրական միավոր, որը ներկայացնում է դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթվի մոլեկուլի հատվածը (տե՛ս Դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթու) - ԴՆԹ (որոշ վիրուսներում՝ ռիբոնուկլեինաթթու (տե՛ս. Խորհրդային մեծ հանրագիտարան
Ժառանգականության սկզբունքներն առաջին անգամ բացահայտվեցին 1900-ականներին, երբ մշակվեցին բնական սկզբունքները և ներկայացվեցին (ամբողջական սահմանմամբ) մարդու գենոմի և մասնավորապես գենի հասկացությունները։ Նրանց ուսումնասիրությունը գիտնականներին հնարավորություն է տվել բացահայտել ժառանգականության գաղտնիքը և խթան է դարձել ուսումնասիրության համար ժառանգական հիվանդություններև դրանց բնույթը:
հետ շփման մեջ
Մարդու գենոմը. ընդհանուր հասկացություններ
Հասկանալու համար, թե ինչ են գեները և օրգանիզմի կողմից որոշակի հատկությունների ու որակների ժառանգման գործընթացները, պետք է իմանալ և հասկանալ տերմիններն ու հիմնական դրույթները: Հիմնական հասկացությունների համառոտ ամփոփումը հնարավորություն կտա ավելի խորանալ այս թեմայի մեջ:
Մարդու գեները շղթայի մասեր են (դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթու՝ մակրոմոլեկուլների տեսքով), որը սահմանում է որոշակի պոլիպեպտիդների (ամինաթթուների ընտանիքներ) և հաջորդականությունը։ կրում է հիմնական ժառանգական տեղեկատվությունծնողներից մինչև երեխաներ.
Պարզ ասած՝ որոշակի գեն պարունակում է տեղեկատվություն սպիտակուցի կառուցվածքի մասին և այն տեղափոխում է ծնող օրգանիզմից երեխային՝ կրկնելով պոլիպեպտիդների կառուցվածքը և փոխանցելով ժառանգականությունը։
մարդու գենոմըընդհանուր տերմին է, որը վերաբերում է որոշակի թվով գեների: Այն առաջին անգամ ներմուծվել է Հանս Ուինքլերի կողմից 1920 թվականին, սակայն որոշ ժամանակ անց դրա սկզբնական նշանակությունը որոշ չափով փոխվել է։
Սկզբում այն նշանակում էր որոշակի թվով քրոմոսոմներ (չզույգված և միայնակ), իսկ որոշ ժամանակ անց պարզվեց, որ գենոմում կա 23 զույգ քրոմոսոմ և միտոքոնդրիալ դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթու։
Գենետիկական ինֆորմացիան այն տվյալներն են, որոնք պարունակվում են ԴՆԹ-ում և կրում են նուկլեոտիդներից ծածկագրի տեսքով սպիտակուցների կառուցման կարգը: Հարկ է նշել նաև, որ նման տեղեկությունը գտնվում է սահմաններից դուրս և ներսում։
Մարդու գեները երկար տարիներ ուսումնասիրվել են, որոնց ընթացքում այն իրականացվել է բազմաթիվ փորձեր. Մինչ այժմ փորձեր են իրականացվում, որոնք գիտնականներին նոր տեղեկություններ են տալիս։
Վերջին հետազոտությունների շնորհիվ պարզ է դարձել, որ դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուներում ոչ միշտ է նկատվում հստակ և հետևողական կառուցվածք։
Կան այսպես կոչված ընդհատվող գեներ, որոնց կապերն ընդհատվում են, ինչը սխալ է դարձնում այս մասնիկների կայունության մասին նախկին բոլոր տեսությունները։ Դրանցում ժամանակ առ ժամանակ տեղի են ունենում փոփոխություններ, որոնք հանգեցնում են դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուների կառուցվածքի փոփոխություններին։
Հայտնաբերման պատմություն
Առաջին անգամ գիտական տերմինը նշանակվել է միայն 1909 թվականին գիտնական Վիլհելմ Յոհանսենի կողմից, որը Դանիայի ականավոր բուսաբան էր:
Կարևոր. 1912 թվականին հայտնվեց «գենետիկա» բառը, որը դարձավ մի ամբողջ բաժանմունքի անվանում։ Հենց նա է ուսումնասիրում մարդու գեները։
Մասնիկների հետազոտությունը սկսվել է 20-րդ դարից շատ առաջ(տվյալներ, որոնցում ստույգ տարին հասանելի չէ), և բաղկացած էր մի քանի փուլից.
- 1868 թվականին հայտնի գիտնական Դարվինը առաջ քաշեց պանգենեզի վարկածը։ Դրանում նա նկարագրել է գեմուլայի ճյուղը։ Դարվինը կարծում էր, որ գեմուլը բջիջի որոշակի մասն է, որից հետո ձևավորվում են սեռական բջիջները:
- Մի քանի տարի անց Հյու դե Վրիսը ձևավորեց իր սեփական տեսությունը, որը տարբերվում էր Դարվինի տեսությունից, որտեղ նա նկարագրում էր բջիջների ներսում պանգենեզի գործընթացը: Նա կարծում էր, որ յուրաքանչյուր բջիջ ունի մի մասնիկ, և այն պատասխանատու է տեսակների որոշ ժառանգական հատկությունների համար: Նա այդ մասնիկները անվանեց «պանգեններ»: Տարբերությունները երկու վարկածների միջևայն է, որ Դարվինը գեմուլները համարում էր հյուսվածքների և ներքին օրգանների մասեր՝ անկախ կենդանու տեսակից, իսկ դե Վրեյը իր պանգենները ներկայացնում էր որպես որոշակի տեսակի ժառանգության նշաններ:
- Վ. Յոհանսենը 1900 թվականին ժառանգական գործոնը սահմանեց որպես գեն՝ երկրորդ մասը վերցնելով դե Վրիսի օգտագործած տերմինից։ Նա օգտագործել է բառը՝ «ռուդիմենտ»՝ այդ մասնիկը, որը ժառանգական է սահմանելու համար։ Միաժամանակ գիտնականն ընդգծել է տերմինի անկախությունը նախկինում առաջ քաշված տեսություններից։
Կենսաբաններն ու կենդանաբանները երկար ժամանակ ուսումնասիրում են ժառանգական գործոնը, բայց միայն 20-րդ դարի սկզբից գենետիկան սկսեց զարգանալ հսկայական արագությամբ՝ մարդկանց բացահայտելով ժառանգականության գաղտնիքները։
Մարդու գենոմի վերծանում
Այն պահից, երբ գիտնականները հայտնաբերեցին գենի առկայությունը մարդու մարմնում, նրանք սկսեցին հետաքննել դրանում պարունակվող տեղեկատվության հարցը։ Ավելի քան 80 տարի գիտնականները փորձում են վերծանել այն։ Մինչ օրս այս հարցում նրանք զգալի հաջողությունների են հասել, ինչը տվել է ազդելու հնարավորությունժառանգական գործընթացների վրա և փոխել բջիջների կառուցվածքը հաջորդ սերնդում:
ԴՆԹ-ի վերծանման պատմությունը բաղկացած է մի քանի որոշիչ պահերից.
- 19-րդ դար - նուկլեինաթթուների ուսումնասիրության սկիզբ:
- 1868 - F. Miescher-ը առաջին անգամ մեկուսացրեց նուկլեինը կամ ԴՆԹ-ն բջիջներից:
- 20-րդ դարի կեսերին Օ. Էվերին և Ֆ. Գրիֆիթը մկների վրա անցկացված փորձի օգնությամբ պարզեցին, որ նուկլեինաթթուն պատասխանատու է բակտերիաների վերափոխման գործընթացի համար։
- Առաջին մարդը, ով աշխարհին ցույց տվեց ԴՆԹ, Ռ. Ֆրանկլինն էր: Նուկլեինաթթվի հայտնաբերումից մի քանի տարի անց նա լուսանկարում է ԴՆԹ-ը՝ ռենտգենյան ճառագայթների միջոցով պատահականորեն ուսումնասիրելով բյուրեղների կառուցվածքը։
- 1953 թվականին հստակ սահմանում տրվեց բոլոր տեսակների մեջ կյանքի վերարտադրության սկզբունքին։
Ուշադրություն! Քանի որ ԴՆԹ-ի կրկնակի պարույրն առաջին անգամ հասանելի է դարձել հանրությանը, բազմաթիվ հայտնագործություններ են եղել, որոնք հնարավորություն են տվել հասկանալ ԴՆԹ-ի բնույթը և այն, թե ինչպես է այն գործում:
մարդ, ով հայտնաբերել է գենը, համարվում է Գրեգոր Մենդելը, ով առաջինը հայտնաբերեց ժառանգական շղթայում որոշակի օրինաչափություններ։
Սակայն մարդու ԴՆԹ-ի վերծանումը տեղի է ունեցել մեկ այլ գիտնականի՝ Ֆրեդերիկ Սանգերի հայտնագործության հիման վրա, ով մշակել է սպիտակուցային ամինաթթուների հաջորդականությունների ընթերցման մեթոդներ և ինքնին ԴՆԹ-ի կառուցման հաջորդականությունը:
Անցած երեք դարերի ընթացքում բազմաթիվ գիտնականների աշխատանքի շնորհիվ պարզվել են ձևավորման գործընթացները, առանձնահատկությունները և քանի գեն կա մարդու գենոմում։
Սկսվեց 1990 թ միջազգային նախագիծՋեյմս Ուոթսոնի «Մարդու գենոմը». Նրա նպատակն էր պարզել, թե ինչ հաջորդականությամբ են նուկլեոտիդները շարվում ԴՆԹ-ում և բացահայտել մարդկանց մոտ 25000 գեն: Այս նախագծի շնորհիվ մարդը պետք է լիարժեք պատկերացում ստանար ԴՆԹ-ի առաջացման և դրա բոլոր բաղկացուցիչ մասերի գտնվելու վայրի, ինչպես նաև գենի կառուցման մեխանիզմի մասին։
Արժե պարզաբանել, որ ծրագիրը նպատակ չի ունեցել որոշել բջիջներում նուկլեինաթթվի ամբողջ հաջորդականությունը, այլ միայն որոշ տարածքներ։ Այն սկսվեց 1990 թվականին, բայց միայն 2000 թվականին հրապարակվեց աշխատանքի նախագիծը և ամբողջական ուսումնասիրությունը ավարտվել է - 2003 թ. Հաջորդականության հետազոտությունը շարունակվում է, և հետերոխրոմատիկ շրջանների 8%-ը դեռևս անհայտ է:
Նպատակներ և նպատակներ
Ինչպես ցանկացած գիտական նախագիծ, այնպես էլ «Մարդկային գենոմը» իր առջեւ դրեց կոնկրետ նպատակներ ու խնդիրներ։ Սկզբում գիտնականները պատրաստվում էին բացահայտել 3 միլիարդ նուկլեոտիդների կամ ավելի հաջորդականությունը: Այնուհետեւ հետազոտողների առանձին խմբեր ցանկություն են հայտնել միաժամանակ որոշել կենսապոլիմերների հաջորդականությունը, որը կարող է լինել ամինաթթու կամ նուկլեոտիդ։ Ի վերջո ծրագրի հիմնական նպատակներըայսպիսի տեսք ուներ.
- Ստեղծեք գենոմի քարտեզ;
- Ստեղծել մարդու քրոմոսոմների քարտեզ;
- Բացահայտել պոլիպեպտիդների առաջացման հաջորդականությունը;
- Ձևավորել հավաքագրված տեղեկատվության պահպանման և վերլուծության մեթոդաբանություն.
- Ստեղծեք տեխնոլոգիա, որը կօգնի հասնել վերը նշված բոլոր նպատակներին:
Առաջադրանքների այս ցանկը բաց է թողնում նմանատիպ հետազոտության էթիկական, իրավական և սոցիալական հետևանքների նույնքան կարևոր, բայց ոչ այնքան ակնհայտ ուսումնասիրությունը: Ժառանգականության հարցը կարող է մարդկանց միջև պառակտումներ առաջացնել և հանգեցնել լուրջ կոնֆլիկտների, ուստի գիտնականներն իրենց նպատակն են դարձրել լուծումներ գտնել այդ հակամարտությունների համար՝ նախքան դրանց ծագումը:
Ձեռքբերումներ
Ժառանգական հաջորդականություններն են յուրահատուկ երևույթ, որը նկատվում է յուրաքանչյուր մարդու մարմնում այս կամ այն ձևով։
Նախագիծն իր բոլոր նպատակներին հասավ ավելի վաղ, քան ակնկալում էին հետազոտողները։ Նախագծի ավարտին նրանք վերծանել էին ԴՆԹ-ի մոտ 99,99%-ը, թեև գիտնականներն իրենց առջեւ խնդիր էին դրել հաջորդականացնել տվյալների միայն 95%-ը։ . Այսօր, չնայած նախագծի հաջողությանը, դեռ կան չուսումնասիրված տարածքներդեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուներ.
Հետազոտական աշխատանքի արդյունքում պարզվել է, թե քանի գեն կա մարդու օրգանիզմում (գենոմում մոտ 20-25 հազար գեն), և բոլորը բնութագրվում են.
- գումար;
- գտնվելու վայրը;
- կառուցվածքային և ֆունկցիոնալ առանձնահատկություններ.
Մարդու գենոմը՝ հետազոտություն, վերծանում
Մարդու գենոմի վերծանում
Եզրակացություն
Բոլոր տվյալները մանրամասն կներկայացվեն մարդու մարմնի գենետիկ քարտեզում։ Նման բարդ գիտական նախագծի իրականացումը ոչ միայն վիթխարի տեսական գիտելիքներ տվեց հիմնարար գիտությունների համար, այլև անհավատալի ազդեցություն ունեցավ ժառանգականության ըմբռնման վրա: Սա իր հերթին չէր կարող չանդրադառնալ ժառանգական հիվանդությունների կանխարգելման ու բուժման գործընթացների վրա։
Գիտնականների ստացած տվյալները օգնել են արագացնել այլ մոլեկուլային հետազոտություններ և նպաստել դրանց գենետիկ հիմքի արդյունավետ որոնումժառանգական ճանապարհով փոխանցվող հիվանդությունների և դրանց նկատմամբ նախատրամադրվածության դեպքում. Արդյունքները կարող են ազդել բազմաթիվ հիվանդությունների կանխարգելման համար համապատասխան դեղամիջոցների հայտնաբերման վրա՝ աթերոսկլերոզ, սրտի իշեմիա, հոգեկան հիվանդություն և քաղցկեղ:
- ՌՆԹ), որը որոշում (կոդավորում է) ցանկացած հատկանիշի զարգացման հնարավորությունը։ Գենը ֆունկցիոնալ անբաժանելի միավոր է, այսինքն՝ մեկ գենը, որպես կանոն, պատասխանատու է մեկ տարրական հատկանիշի համար։ Նման նշան մոլեկուլային մակարդակում կարող է լինել սպիտակուցը կամ ՌՆԹ մոլեկուլը, իսկ օրգանիզմի մակարդակում, օրինակ՝ մարդու աչքերի գույնը կամ գույնը։ Միևնույն ժամանակ, գենի իրացման հնարավորությունը, հատկանիշի տեսքով դրսևորելը կախված է մի շարք գործոններից, առաջին հերթին շրջակա միջավայրը ձևավորող այլ գեների հետ փոխազդեցությունից (տես Գենոտիպ)։
Գենների կառուցվածքի, կազմակերպման, գործունեության սկզբունքների (կամ ավելի լայն իմաստով՝ գենետիկական նյութի) ուսումնասիրությունը գենետիկայի կենտրոնական խնդիրն է նրա զարգացման բոլոր փուլերում։ Միաժամանակ զգալիորեն փոխվել և լրացվել են պատկերացումները գենի մասին՝ որպես ժառանգական գործոնի՝ ֆունկցիայով, ֆիզիկական բնույթով, փոփոխվելու կարողությամբ և այլ հատկություններով։ 1865 թվականին Գ.Մենդելը բույսերի վրա կատարած իր փորձերի հիման վրա ապացուցեց դիսկրետ ժառանգական «հակումների» առկայությունը, որոնք դանիացի գենետիկ Վ.Յոհանսենը 1909 թվականին անվանեց գեներ։ Մենդելի աշխատությունները բացեցին ժառանգականության ճշգրիտ գենետիկ () վերլուծության հնարավորությունը և 1900 թվականին դրանց կրկնությունից հետո խթան հաղորդեցին գենետիկայի անսովոր արագ զարգացմանը: Արդեն 20-րդ դարի առաջին երրորդում։ Պարզվել է, որ գեները գծայինորեն տեղակայված են բջջի միջուկի քրոմոսոմներում (տես Ժառանգականության քրոմոսոմային տեսություն), որ դրանք կարող են ենթարկվել բնական կամ արհեստականորեն առաջացած ժառանգական փոփոխությունների՝ մուտացիաների, և երբ դրանք փոխանցվում են ծնողներից սերունդներին, դրանք վերաբաշխվում են։ - ռեկոմբինացիա. Պարզվեց, որ գենը որպես ֆունկցիայի միավոր և գենը՝ որպես մուտացիայի և ռեկոմբինացիայի միավոր, նույն բանը չէ։ Այսպես առաջացավ գենի բարդ կառուցվածքի գաղափարը, սակայն դրա քիմիական բնույթի հարցը մնաց չլուծված։ Վերջապես, 40-ական թթ. Միկրոօրգանիզմների վրա ցույց է տրվել, որ գեների նյութը դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթուն է (ԴՆԹ), և 1953 թվականին ստեղծվել է դրա տարածական մոդելը (այսպես կոչված կրկնակի պարույր), որը բացատրում է այս հսկա մոլեկուլի կենսաբանական գործառույթները նրա կառուցվածքով։ Սկսվեց գենի մոլեկուլային կենսաբանության արագ զարգացումը։ Շուտով հայտնաբերվեցին գենետիկական տեղեկատվության գրանցման մեթոդները (գենետիկ կոդը) և դրա փոխանցման մեխանիզմը վերարտադրման, արտագրման և թարգմանության գործընթացներում։ Դեռ 40-ական թթ. առաջ քաշվեց հայեցակարգը՝ «մեկ գեն՝ մեկ ֆերմենտ», ըստ որի՝ յուրաքանչյուր գեն որոշում է ֆերմենտի (սպիտակուցի) կառուցվածքը։ Այժմ այս դրույթը հստակեցվել է՝ եթե սպիտակուցը բաղկացած է մի քանի պոլիպեպտիդային շղթայից, ապա դրանցից յուրաքանչյուրը կոդավորված է առանձին գենով, այսինքն՝ բանաձևն ավելի ճիշտ է՝ «մեկ գեն՝ մեկ պոլիպեպտիդ շղթա»։ Բջիջներում գոյություն ունի մեկ կենսաբանական տեսակի օրգանիզմների համար հատուկ գեների մի շարք և դրանց գործունեությունը կարգավորող մեխանիզմներ։ Դրա շնորհիվ տեղի է ունենում ֆերմենտների և այլ սպիտակուցների կարգավորվող սինթեզ, որոնք ապահովում են բջիջների և հյուսվածքների մասնագիտացումը բեղմնավորված ձվից օրգանիզմի զարգացման գործընթացում և պահպանում տեսակին բնորոշ նյութափոխանակության տեսակը։
Հետագայում ուսումնասիրվել են գենետիկական նյութի կազմակերպման առանձնահատկությունները պրոկարիոտների, էուկարիոտների և վիրուսների, ինչպես նաև բջջային օրգանելներում՝ միտոքոնդրիումներում և քլորոպլաստներում, այսպես կոչված. շարժական գեները շարժվելով, վերծանվել է մի շարք օրգանիզմների, այդ թվում՝ մարդկանց գենոմների կառուցվածքը (նուկլեոտիդային հաջորդականությունը): Առանձին գեների (ԴՆԹ-ի հատվածների) մեկուսացման, կլոնավորման և հիբրիդացման մեթոդների մշակումը հանգեցրել է գենետիկական ինժեներիայի առաջացմանը, որը կարևոր է գործնական առումով, և կենսատեխնոլոգիայի մի շարք ոլորտների: Տես նաև Ալել, Գենոմ, Քրոմատին։
8.1. Գենը՝ որպես ժառանգականության դիսկրետ միավոր
Գենետիկայի հիմնարար հասկացություններից մեկը նրա զարգացման բոլոր փուլերում ժառանգականության միավորի հասկացությունն էր: 1865 թվականին գենետիկայի (ժառանգականության և փոփոխականության գիտություն) հիմնադիր Գ. Մենդելը, հիմնվելով ոլոռի վրա իր փորձերի արդյունքների վրա, եկել է այն եզրակացության, որ ժառանգական նյութը դիսկրետ է, այսինքն. ներկայացված է ժառանգականության առանձին միավորներով։ Ժառանգականության միավորները, որոնք պատասխանատու են անհատական հատկանիշների զարգացման համար, Գ.Մենդելը անվանել է «հակումներ»։ Մենդելը պնդում էր, որ մարմնում, ցանկացած հատկանիշի համար, կա զույգ ալելային հակումներ (ծնողներից յուրաքանչյուրից մեկը), որոնք չեն փոխազդում միմյանց հետ, չեն խառնվում և չեն փոխվում։ Ուստի օրգանիզմների սեռական վերարտադրության ժամանակ ժառանգական հակումներից միայն մեկն է «մաքուր» անփոփոխ ձևով մտնում գամետներ։
Հետագայում Գ.Մենդելի ենթադրությունները ժառանգականության միավորների վերաբերյալ ստացան ամբողջական բջջաբանական հաստատում։ 1909 թվականին դանիացի գենետիկ Վ.Յոհանսենը Մենդելի «ժառանգական հակումներ» անվանեց գեներ։
Դասական գենետիկայի շրջանակներում գենը համարվում է ժառանգական նյութի ֆունկցիոնալ անբաժանելի միավոր, որը որոշում է որոշ տարրական հատկանիշի ձևավորումը։
Որոշակի գենի վիճակի տարբեր տարբերակներ, որոնք առաջանում են փոփոխություններից (մուտացիաներից), կոչվում են «ալելներ» (ալելային գեներ): Պոպուլյացիայի մեջ գենի ալելների թիվը կարող է նշանակալից լինել, բայց որոշակի օրգանիզմում որոշակի գենի ալելների թիվը միշտ հավասար է երկուսի՝ ըստ հոմոլոգ քրոմոսոմների քանակի։ Եթե պոպուլյացիայի մեջ որեւէ գենի ալելների թիվը երկուսից ավելի է, ապա այս երեւույթը կոչվում է «բազմակի ալելիզմ»։
Գեները բնութագրվում են երկու կենսաբանորեն հակադիր հատկություններով՝ դրանց կառուցվածքային կազմակերպման բարձր կայունություն և ժառանգական փոփոխությունների (մուտացիաների) կարողություն։ Այս եզակի հատկությունների շնորհիվ ապահովվում է՝ մի կողմից կենսաբանական համակարգերի կայունությունը (անփոփոխելիությունը մի շարք սերունդների մոտ), իսկ մյուս կողմից՝ դրանց պատմական զարգացման գործընթացը, շրջակա միջավայրի պայմաններին հարմարվողականության ձևավորումը, այսինքն. էվոլյուցիա.
8.2. Գենը որպես գենետիկ տեղեկատվության միավոր: Գենետիկ կոդը.
Ավելի քան 2500 տարի առաջ Արիստոտելը առաջարկեց, որ գամետները ոչ մի կերպ ապագա օրգանիզմի մանրանկարչություն չեն, այլ սաղմերի զարգացման մասին տեղեկություններ պարունակող կառուցվածքներ (չնայած նա գիտակցում էր միայն ձվի բացառիկ կարևորությունը՝ ի վնաս սերմնահեղուկի): Այնուամենայնիվ, այս գաղափարի զարգացումը ժամանակակից հետազոտություններում հնարավոր դարձավ միայն 1953թ.-ից հետո, երբ Ջ. Այդ ժամանակվանից սկսվեց ժամանակակից մոլեկուլային գենետիկայի դարաշրջանը։
Մոլեկուլային գենետիկայի զարգացումը հանգեցրեց գենետիկական (ժառանգական) տեղեկատվության քիմիական բնույթի բացահայտմանը և կոնկրետ իմաստով լցրեց գենի գաղափարը որպես գենետիկ տեղեկատվության միավոր:
Գենետիկական տեղեկատվությունը կենդանի օրգանիզմների նշանների և հատկությունների մասին տեղեկատվություն է, որը ներկառուցված է ԴՆԹ-ի ժառանգական կառուցվածքներում, որն իրացվում է օնտոգենեզում՝ սպիտակուցի սինթեզի միջոցով: Յուրաքանչյուր նոր սերունդ ժառանգական տեղեկատվություն՝ որպես օրգանիզմի զարգացման ծրագիր, ստանում է իր նախնիներից՝ գենոմի մի շարք գեների տեսքով։ Ժառանգական տեղեկատվության միավորը գենն է, որը ԴՆԹ-ի ֆունկցիոնալ անբաժանելի հատված է հատուկ նուկլեոտիդային հաջորդականությամբ, որը որոշում է որոշակի պոլիպեպտիդի կամ ՌՆԹ նուկլեոտիդների ամինաթթուների հաջորդականությունը:
Սպիտակուցի առաջնային կառուցվածքի մասին ժառանգական տեղեկատվությունը գրանցվում է ԴՆԹ-ում՝ օգտագործելով գենետիկ կոդը:
Գենետիկ կոդը ԴՆԹ (ՌՆԹ) մոլեկուլում գենետիկական տեղեկատվության գրանցման համակարգ է՝ նուկլեոտիդների որոշակի հաջորդականության տեսքով։ Այս կոդը ծառայում է որպես բանալին mRNA-ում նուկլեոտիդային հաջորդականությունը սինթեզի ընթացքում պոլիպեպտիդային շղթայի ամինաթթուների հաջորդականության մեջ թարգմանելու համար։
Գենետիկ կոդի հատկությունները.
1. Եռակիություն - յուրաքանչյուր ամինաթթու կոդավորված է երեք նուկլեոտիդների հաջորդականությամբ (եռյակ կամ կոդոն)
2. Դեգեներացիա - ամինաթթուների մեծ մասը կոդավորված է մեկից ավելի կոդոններով (2-ից 6): ԴՆԹ-ում կամ ՌՆԹ-ում կան 4 տարբեր նուկլեոտիդներ, որոնք տեսականորեն կարող են ձևավորել 64 տարբեր եռյակներ (4 3 = 64)՝ սպիտակուցներ կազմող 20 ամինաթթուների կոդավորման համար։ Սա բացատրում է գենետիկ կոդի այլասերվածությունը:
3. Ոչ համընկնող - նույն նուկլեոտիդը չի կարող միաժամանակ երկու հարակից եռյակի մաս լինել:
4. Հատուկություն (եզակիություն) - յուրաքանչյուր եռյակ կոդավորում է միայն մեկ ամինաթթու:
5. Կոդը կետադրական նշաններ չունի։ Սպիտակուցների սինթեզի ժամանակ mRNA-ից տեղեկատվության ընթերցումը միշտ գնում է 5, - 3 ուղղությամբ՝ համաձայն mRNA կոդոնների հաջորդականության: Եթե մեկ նուկլեոտիդ ընկնի, ապա այն կարդալիս նրա տեղը կզբաղեցնի հարևան կոդից մոտակա նուկլեոտիդը, որը կփոխի ամինաթթուների բաղադրությունը սպիտակուցի մոլեկուլում։
6. Կոդը համընդհանուր է բոլոր կենդանի օրգանիզմների և վիրուսների համար. նույն եռյակները կոդավորում են նույն ամինաթթուները:
Գենետիկ կոդի ունիվերսալությունը ցույց է տալիս բոլոր կենդանի օրգանիզմների ծագման միասնությունը
Այնուամենայնիվ, գենետիկ կոդի ունիվերսալությունը բացարձակ չէ: Միտոքոնդրիայում կոդոնների թիվը այլ նշանակություն ունի։ Ուստի երբեմն խոսում են գենետիկ կոդի գրեթե համընդհանուր լինելու մասին։ Միտոքոնդրիաների գենետիկ կոդի առանձնահատկությունները ցույց են տալիս կենդանի բնության պատմական զարգացման գործընթացում դրա էվոլյուցիայի հնարավորությունը:
Համընդհանուր գենետիկ կոդի եռյակներից երեք կոդոններ չեն կոդավորում ամինաթթուները և որոշում են տվյալ պոլիպեպտիդային մոլեկուլի սինթեզի ավարտը։ Սրանք այսպես կոչված «անհեթեթ» կոդոններն են (stop codons կամ terminators): Դրանք ներառում են՝ ԴՆԹ-ում՝ ATT, ACT, ATC; ՌՆԹ-ում՝ UAA, UGA, UAG:
ԴՆԹ-ի մոլեկուլում նուկլեոտիդների համապատասխանությունը պոլիպեպտիդային մոլեկուլում ամինաթթուների կարգին կոչվում է կոլինայնություն: Ժառանգական տեղեկատվության իրացման մեխանիզմի վերծանման գործում որոշիչ դեր է խաղացել համակողմանիության փորձարարական հաստատումը։
Գենետիկ կոդի կոդոնների նշանակությունը տրված է աղյուսակ 8.1-ում:
Աղյուսակ 8.1. Գենետիկական ծածկագիր (mRNA կոդոններ ամինաթթուների համար)
Օգտագործելով այս աղյուսակը, mRNA կոդոնները կարող են օգտագործվել ամինաթթուները որոշելու համար: Առաջին և երրորդ նուկլեոտիդները վերցված են աջ և ձախ կողմում գտնվող ուղղահայաց սյուներից, իսկ երկրորդը՝ հորիզոնականից։ Պայմանական գծերի հատման վայրը պարունակում է տեղեկատվություն համապատասխան ամինաթթվի մասին։ Նկատի ունեցեք, որ աղյուսակում թվարկված են mRNA եռյակներ, այլ ոչ թե ԴՆԹ եռյակներ:
Գենի կառուցվածքային - ֆունկցիոնալ կազմակերպում
Գենի մոլեկուլային կենսաբանություն
Գենի կառուցվածքի և ֆունկցիայի ժամանակակից ըմբռնումը ձևավորվել է նոր ուղղության համաձայն, որը Ջ. Ուոթսոնն անվանել է գենի մոլեկուլային կենսաբանություն (1978 թ.)
Գենի կառուցվածքային և ֆունկցիոնալ կազմակերպման ուսումնասիրության կարևոր փուլը 1950-ականների վերջին Ս.Բենցերի աշխատանքն էր։ Նրանք ապացուցեցին, որ գենը նուկլեոտիդային հաջորդականություն է, որը կարող է փոխվել ռեկոմբինացիաների և մուտացիաների արդյունքում։ Ս.Բենզերը ռեկոմբինացիայի միավորն անվանել է ռեկոն, իսկ մուտացիայի միավորը՝ մուտոն։ Փորձնականորեն հաստատվել է, որ մուտոնն ու ռեկոնը համապատասխանում են մեկ զույգ նուկլեոտիդների։ Ս. Բենզերը գենետիկ ֆունկցիայի միավորն անվանել է ցիստրոն։
Վերջին տարիներին հայտնի է դարձել, որ գենն ունի բարդ ներքին կառուցվածք, և նրա առանձին մասերը տարբեր գործառույթներ ունեն։ Գենի մեջ կարելի է առանձնացնել գենի նուկլեոտիդային հաջորդականությունը, որը որոշում է պոլիպեպտիդի կառուցվածքը։ Այս հաջորդականությունը կոչվում է ցիստրոն։
Ցիստրոնը ԴՆԹ նուկլեոտիդների հաջորդականություն է, որը որոշում է պոլիպեպտիդային շղթայի որոշակի գենետիկական ֆունկցիա։ Գենը կարող է ներկայացված լինել մեկ կամ մի քանի ցիստրոններով: Մի քանի ցիստրոն պարունակող բարդ գեներ կոչվում են պոլիցիստրոնիկ.
Գենի տեսության հետագա զարգացումը կապված է գենետիկական նյութի կազմակերպման տարբերությունների նույնականացման հետ միմյանցից տաքսոնոմիկորեն հեռու գտնվող օրգանիզմներում, որոնք պրո- և էուկարիոտներ են:
Պրոկարիոտների գենային կառուցվածքը
Պրոկարիոտներում, որոնց բնորոշ ներկայացուցիչներն են բակտերիաները, գեների մեծ մասը ներկայացված է շարունակական տեղեկատվական ԴՆԹ բաժիններով, որոնց ամբողջ տեղեկատվությունը օգտագործվում է պոլիպեպտիդի սինթեզում: Բակտերիաներում գեները զբաղեցնում են ԴՆԹ-ի 80-90%-ը։ Պրոկարիոտ գեների հիմնական առանձնահատկությունը նրանց միավորումն է խմբերի կամ օպերոնների:
Օպերոնը հաջորդական կառուցվածքային գեների խումբ է, որը վերահսկվում է ԴՆԹ-ի մեկ կարգավորող շրջանով: Բոլոր կապված օպերոնի գեները կոդավորում են նույն նյութափոխանակության ուղու ֆերմենտները (օրինակ՝ լակտոզայի մարսողություն): Նման սովորական mRNA մոլեկուլը կոչվում է պոլիցիստրոնիկ: Պրոկարիոտների միայն մի քանի գեներ են անհատապես տառադարձվում: Նրանց ՌՆԹ-ն կոչվում է միացիստրոնիկ.
Օպերոնի տիպի կազմակերպությունը բակտերիաներին թույլ է տալիս արագորեն փոխել նյութափոխանակությունը մի սուբստրատից մյուսը: Բակտերիաները չեն սինթեզում որոշակի նյութափոխանակության ուղու ֆերմենտներ՝ անհրաժեշտ սուբստրատի բացակայության դեպքում, բայց կարող են սկսել դրանք սինթեզել, երբ առկա է սուբստրատ:
Էուկարիոտ գեների կառուցվածքը
Էուկարիոտիկ գեների մեծ մասը (ի տարբերություն պրոկարիոտային գեների) ունի բնորոշ առանձնահատկություն՝ դրանք պարունակում են ոչ միայն պոլիպեպտիդի կառուցվածքը կոդավորող շրջաններ՝ էկզոններ, այլև ոչ կոդավորող շրջաններ՝ ինտրոններ։ Ինտրոններն ու էկզոնները հերթափոխվում են միմյանց հետ, ինչը գենին տալիս է ընդհատվող (խճանկար) կառուցվածք։ Գեններում ինտրոնների թիվը տատանվում է 2-ից մինչև տասնյակ: Ինտրոնների դերը լիովին պարզ չէ։ Ենթադրվում է, որ նրանք ներգրավված են գենետիկական նյութի ռեկոմբինացիայի գործընթացներում, ինչպես նաև գենի արտահայտման (գենետիկ տեղեկատվության ներդրման) կարգավորման գործընթացում։
Գենների էկզոն-ինտրոնային կազմակերպման շնորհիվ ստեղծվում են այլընտրանքային զուգավորման նախադրյալներ։ Այլընտրանքային միացումն առաջնային ՌՆԹ-ի տրանսկրիպտից տարբեր ինտրոնների «կտրման» գործընթացն է, որի արդյունքում մեկ գենի հիման վրա կարող են սինթեզվել տարբեր սպիտակուցներ։ Այլընտրանքային զուգավորման երեւույթը կաթնասունների մոտ առաջանում է իմունոգոլոբուլինի գեների վրա հիմնված տարբեր հակամարմինների սինթեզի ժամանակ։
Գենետիկական նյութի նուրբ կառուցվածքի հետագա ուսումնասիրությունն էլ ավելի է բարդացրել «գեն» հասկացության սահմանման հստակությունը։ Էուկարիոտների գենոմում հայտնաբերվել են ընդարձակ կարգավորիչ շրջաններ՝ տարբեր շրջաններով, որոնք կարող են տեղակայվել տառադարձման միավորներից դուրս՝ տասնյակ հազարավոր բազային զույգերի հեռավորության վրա: Էուկարիոտիկ գենի կառուցվածքը, ներառյալ տառադարձված և կարգավորող շրջանները, կարող են ներկայացվել հետևյալ կերպ.
Նկար 8.1. Էուկարիոտիկ գենի կառուցվածքը
1 - ուժեղացուցիչներ; 2 - խլացուցիչներ; 3 - խթանող; 4 - էկզոններ; 5 - ինտրոններ; 6, էկզոնային շրջաններ, որոնք կոդավորում են չթարգմանված շրջանները:
Պրոմոտորը ԴՆԹ-ի մի հատված է ՌՆԹ պոլիմերազի հետ կապվելու և ԴՆԹ-ՌՆԹ պոլիմերազային համալիրի ձևավորման համար՝ ՌՆԹ սինթեզ սկսելու համար:
Ընդլայնիչները տառադարձման ուժեղացուցիչներ են:
Խլացուցիչները տառադարձման թուլացուցիչներ են:
Ներկայումս գենը (ցիստրոնը) համարվում է ժառանգական տիրապետման ֆունկցիոնալ անբաժանելի միավոր, որը որոշում է օրգանիզմի ցանկացած հատկանիշի կամ հատկության զարգացումը։ Մոլեկուլային գենետիկայի տեսանկյունից գենը ԴՆԹ-ի մի հատված է (որոշ վիրուսներում՝ ՌՆԹ), որը տեղեկատվություն է կրում պոլիպեպտիդի, փոխադրման մոլեկուլի և ռիբոսոմային ՌՆԹ-ի առաջնային կառուցվածքի մասին։
Մարդու դիպլոիդ բջիջներն ունեն մոտավորապես 32000 գենային զույգ։ Յուրաքանչյուր բջջի գեների մեծ մասը լուռ է: Ակտիվ գեների հավաքածուն կախված է հյուսվածքի տեսակից, օրգանիզմի զարգացման շրջանից, ստացված արտաքին կամ ներքին ազդակներից։ Կարելի է ասել, որ յուրաքանչյուր բջջում «հնչում է» գեների իր ակորդը՝ որոշելով սինթեզված ՌՆԹ-ի, սպիտակուցների սպեկտրը և, համապատասխանաբար, բջջի հատկությունները։
Վիրուսների գենային կառուցվածքը
Վիրուսներն ունեն գենային կառուցվածք, որն արտացոլում է ընդունող բջջի գենետիկական կառուցվածքը:Այսպիսով, բակտերիոֆագի գեները հավաքվում են օպերոնների մեջ և չունեն ինտրոններ, մինչդեռ էուկարիոտիկ վիրուսներն ունեն ինտրոններ։
Վիրուսային գենոմների բնորոշ առանձնահատկությունը գեների «համընկնող» երեւույթն է («գենը գենի մեջ»):«Համընկնող» գեներում յուրաքանչյուր նուկլեոտիդ պատկանում է մեկ կոդոնին, սակայն կան տարբեր շրջանակներ՝ նույն նուկլեոտիդային հաջորդականությունից գենետիկական տեղեկատվության ընթերցման համար։ Այսպիսով, φ X 174 ֆագը ունի ԴՆԹ մոլեկուլի մի հատված, որը միանգամից երեք գեների մասն է։ Բայց այս գեներին համապատասխանող նուկլեոտիդային հաջորդականությունները կարդացվում են յուրաքանչյուրն իր հղման շրջանակում: Ուստի հնարավոր չէ խոսել կոդի «համընկնման» մասին։
Գենետիկական նյութի նման կազմակերպումը («գենը գենի մեջ») ընդլայնում է համեմատաբար փոքր վիրուսի գենոմի տեղեկատվական հնարավորությունները։ Վիրուսների գենետիկական նյութի աշխատանքը տեղի է ունենում տարբեր ձևերով՝ կախված վիրուսի կառուցվածքից, բայց միշտ հյուրընկալող բջջի ֆերմենտային համակարգի օգնությամբ։ Վիրուսներում, պրո- և էուկարիոտներում գեների կազմակերպման տարբեր ձևերը ներկայացված են Նկար 8.2-ում:
Ֆունկցիոնալ - գեների գենետիկական դասակարգում
Գեների մի քանի դասակարգում կա. Այսպես, օրինակ, առանձնացված են ալելային և ոչ ալելային գեները, մահացու և կիսամահաբեր, «տնային տնտեսության» գեները, «շքեղության գեները» և այլն։
Տնային տնտեսության գեներ- ակտիվ գեների մի շարք, որոնք անհրաժեշտ են մարմնի բոլոր բջիջների գործունեության համար՝ անկախ հյուսվածքի տեսակից, մարմնի զարգացման ժամանակաշրջանից։ Այս գեները կոդավորում են տրանսկրիպցիայի, ATP-ի սինթեզի, վերարտադրության, ԴՆԹ-ի վերականգնման և այլնի ֆերմենտները:
«շքեղ» գեներընտրովի են. Նրանց գործունեությունը սպեցիֆիկ է և կախված է հյուսվածքի տեսակից, օրգանիզմի զարգացման շրջանից և ստացվող արտաքին կամ ներքին ազդանշաններից։
Հիմնվելով գենի` որպես ժառանգական նյութի ֆունկցիոնալ անբաժանելի միավորի և գենոտիպի համակարգային կազմակերպման մասին ժամանակակից պատկերացումների վրա, բոլոր գեները կարելի է հիմնովին բաժանել երկու խմբի՝ կառուցվածքային և կարգավորող:
Կարգավորող գեներ- կոդավորում է հատուկ սպիտակուցների սինթեզը, որոնք ազդում են կառուցվածքային գեների աշխատանքի վրա այնպես, որ անհրաժեշտ սպիտակուցները սինթեզվեն տարբեր հյուսվածքային պատկանելության բջիջներում և պահանջվող քանակությամբ:
Կառուցվածքայինկոչվում են գեներ, որոնք տեղեկատվություն են կրում սպիտակուցի առաջնային կառուցվածքի մասին՝ rRNA կամ tRNA: Սպիտակուցներ կոդավորող գեները տեղեկատվություն են կրում որոշակի պոլիպեպտիդների ամինաթթուների հաջորդականության մասին։ ԴՆԹ-ի այս շրջաններից տառադարձվում է mRNA-ն, որը ծառայում է որպես սպիտակուցի առաջնային կառուցվածքի սինթեզի ձևանմուշ։
rRNA գեներ(առանձնացվում են 4 սորտեր) պարունակում են տեղեկատվություն ռիբոսոմային ՌՆԹ-ի նուկլեոտիդային հաջորդականության մասին և որոշում դրանց սինթեզը։
tRNA գեներ(ավելի քան 30 սորտեր) տեղեկություններ են կրում փոխանցման ՌՆԹ-ների կառուցվածքի մասին։
Կառուցվածքային գեներ, որոնց գործունեությունը սերտորեն կապված է ԴՆԹ-ի մոլեկուլի հատուկ հաջորդականությունների հետ, որոնք կոչվում են կարգավորող շրջաններ, բաժանվում են.
անկախ գեներ;
Կրկնվող գեներ
գենային կլաստերներ.
Անկախ գեներգեներ են, որոնց տրանսկրիպցիան կապված չէ տրանսկրիպցիոն միավորի ներսում այլ գեների արտագրման հետ: Նրանց գործունեությունը կարող է կարգավորվել էկզոգեն նյութերով, ինչպիսիք են հորմոնները։
Կրկնվող գեներառկա է քրոմոսոմում որպես նույն գենի կրկնություններ: Ռիբոսոմային 5-S-ՌՆԹ գենը կրկնվում է հարյուրավոր անգամներ, և կրկնությունները դասավորված են իրար հետ, այսինքն՝ հետևելով իրար հետևից՝ առանց բացերի:
Գենային կլաստերները տարբեր կառուցվածքային գեների խմբեր են, որոնք ունեն հարակից գործառույթներ, որոնք տեղայնացված են քրոմոսոմի որոշակի շրջաններում (loci):Կլաստերները հաճախ առկա են նաև քրոմոսոմում կրկնությունների տեսքով: Օրինակ՝ հիստոնային գեների կլաստերը մարդու գենոմում կրկնվում է 10-20 անգամ՝ կազմելով կրկնությունների տանդեմ խումբ (նկ. 8.3.):
Նկ.8.3. Հիստոնային գեների կլաստեր
Հազվագյուտ բացառություններով, կլաստերները տառադարձվում են որպես ամբողջություն, որպես մեկ երկար նախամՌՆԹ: Այսպիսով, հիստոնային գեների կլաստերի նախնական mRNA-ն պարունակում է տեղեկատվություն բոլոր հինգ հիստոնային սպիտակուցների մասին: Սա արագացնում է հիստոնային սպիտակուցների սինթեզը, որոնք մասնակցում են քրոմատինի նուկլեոսոմային կառուցվածքի ձևավորմանը։
Կան նաև բարդ գենային կլաստերներ, որոնք կարող են կոդավորել երկարատև պոլիպեպտիդներ՝ բազմաթիվ ֆերմենտային ակտիվությամբ: Օրինակ, NeuraSpora grassa գեներից մեկը կոդավորում է 150000 դալտոն մոլեկուլային քաշ ունեցող պոլիպեպտիդ, որը պատասխանատու է արոմատիկ ամինաթթուների կենսասինթեզի 5 հաջորդական քայլերի համար։ Ենթադրվում է, որ բազմաֆունկցիոնալ սպիտակուցներն ունեն մի քանի տիրույթներ - կոնֆորմացիոն սահմանափակ կիսաինքնավար գոյացություններ պոլիպեպտիդային շղթայում, որոնք կատարում են հատուկ գործառույթներ:Կիսաֆունկցիոնալ սպիտակուցների հայտնաբերումը հիմք տվեց ենթադրելու, որ դրանք հանդիսանում են մեկ գենի պլեյոտրոպ ազդեցության մեխանիզմներից մեկը մի քանի հատկանիշների ձևավորման վրա։
Այս գեների կոդավորման հաջորդականության մեջ ոչ կոդավորվողները, որոնք կոչվում են ինտրոններ, կարող են սեպվել: Բացի այդ, գեների միջև կարող են լինել միջակայքի և արբանյակային ԴՆԹ-ի հատվածներ (նկ. 8.4):
Նկ.8.4. Նուկլեոտիդային հաջորդականությունների (գեների) կառուցվածքային կազմակերպումը ԴՆԹ-ում.
Spacer DNAգտնվում է գեների միջև և միշտ չէ, որ արտագրվում է: Երբեմն նման ԴՆԹ-ի շրջանը գեների միջև (այսպես կոչված՝ spacer) պարունակում է որոշ տեղեկություններ՝ կապված տրանսկրիպցիայի կարգավորման հետ, բայց դա կարող է լինել նաև պարզապես ավելորդ ԴՆԹ-ի կարճ կրկնվող հաջորդականություններ, որոնց դերը մնում է անհասկանալի:
Արբանյակային ԴՆԹպարունակում է մեծ թվով կրկնվող նուկլեոտիդների խմբեր, որոնք իմաստ չունեն և չեն տառադարձվում։ Այս ԴՆԹ-ն հաճախ գտնվում է միտոտիկ քրոմոսոմների ցենտրոմերների հետերոքրոմատինային շրջանում։ Արբանյակային ԴՆԹ-ի առանձին գեները կարգավորող և ամրապնդող ազդեցություն ունեն կառուցվածքային գեների վրա:
Միկրո և մինի արբանյակային ԴՆԹ-ն մեծ տեսական և գործնական հետաքրքրություն է ներկայացնում մոլեկուլային կենսաբանության և բժշկական գենետիկայի համար:
միկրոարբանյակային ԴՆԹ- 2-6 (սովորաբար 2-4) նուկլեոտիդների կարճ տանդեմ կրկնություններ, որոնք կոչվում են STR: Ամենատարածվածը նուկլեոտիդային CA կրկնություններն են: Կրկնումների քանակը կարող է զգալիորեն տարբերվել անձից անձից: Միկրոարբանյակները հիմնականում հայտնաբերված են ԴՆԹ-ի որոշակի հատվածներում և ժառանգվում են Մենդելի օրենքների համաձայն: Երեխաները ստանում են մեկ քրոմոսոմ իրենց մորից՝ որոշակի թվով կրկնություններով, մյուսը՝ հորից՝ այլ թվով կրկնություններով։ Եթե միկրոարբանյակների նման կլաստերը գտնվում է մոնոգեն հիվանդության համար պատասխանատու գենի կողքին կամ գենի ներսում, ապա կլաստերի երկարությամբ կրկնությունների որոշակի քանակ կարող է լինել պաթոլոգիական գենի մարկեր: Այս հատկանիշն օգտագործվում է գենային հիվանդությունների անուղղակի ախտորոշման ժամանակ։
Մինիարբանյակային ԴՆԹ- 15-100 նուկլեոտիդների տանդեմ կրկնություններ: Նրանք կոչվում էին VNTR - թվով փոփոխական տանդեմ կրկնողներ: Այս տեղանքների երկարությունը նույնպես զգալիորեն փոփոխական է տարբեր մարդկանց մոտ և կարող է լինել պաթոլոգիական գենի մարկեր (պիտակ):
Միկրո և մակրոարբանյակային ԴՆԹ-ի օգտագործումը.
1. Գենային հիվանդությունների ախտորոշման համար;
2. Դատաբժշկական փորձաքննության՝ անձը հաստատելու համար.
3. Հաստատել հայրություն և այլ իրավիճակներում:
Կառուցվածքային և կարգավորիչ կրկնվող հաջորդականությունների հետ մեկտեղ, որոնց գործառույթներն անհայտ են, հայտնաբերվել են միգրացիոն նուկլեոտիդային հաջորդականություններ (տրանսպոզոններ, շարժական գեներ), ինչպես նաև էուկարիոտներում այսպես կոչված կեղծոգեններ։
Կեղծոգենները ԴՆԹ-ի չգործող հաջորդականություններ են, որոնք նման են գործող գեներին:
Դրանք, հավանաբար, առաջացել են կրկնօրինակմամբ, և պատճեններն անգործուն են դարձել մուտացիաների արդյունքում, որոնք խախտում են արտահայտման ցանկացած փուլ։
Վարկածներից մեկի համաձայն՝ կեղծոգենները «էվոլյուցիոն պահուստ» են. մեկ այլ կերպ նրանք ներկայացնում են «էվոլյուցիայի փակուղիներ»՝ երբեմնի գործող գեների վերադասավորումների կողմնակի ազդեցություն:
Տրանսպոզոնները կառուցվածքային և գենետիկորեն դիսկրետ ԴՆԹ-ի բեկորներ են, որոնք կարող են տեղափոխվել ԴՆԹ-ի մի մոլեկուլից մյուսը: Առաջին անգամ կանխատեսել է Բ. ՄաքՔլինտոքը (նկ. 8) 20-րդ դարի 40-ականների վերջին՝ եգիպտացորենի վրա գենետիկական փորձերի հիման վրա: Ուսումնասիրելով եգիպտացորենի հատիկների գույնի բնույթը՝ նա ենթադրություն արեց, որ կան այսպես կոչված շարժական («ցատկոտող») գեներ, որոնք կարող են շարժվել բջջի գենոմի շուրջ։ Լինելով եգիպտացորենի հատիկների պիգմենտացիայի համար պատասխանատու գենի կողքին՝ շարժական գեները արգելափակում են նրա աշխատանքը։ Հետագայում բակտերիաների մեջ հայտնաբերվել են տրանսպոզոններ և պարզվել է, որ դրանք պատասխանատու են տարբեր թունավոր միացությունների նկատմամբ բակտերիաների դիմադրության համար:
Բրինձ. 8.5. Բարբարա ՄաքՔլինթոքն առաջինն էր, ով կանխատեսեց բջջային («ցատկող») գեների առկայությունը, որոնք ունակ են շարժվել բջիջների գենոմի շուրջը։
Շարժական գենետիկ տարրերը կատարում են հետևյալ գործառույթները.
1. կոդավորում են դրանց շարժման և վերարտադրության համար պատասխանատու սպիտակուցները:
2. առաջացնել բազմաթիվ ժառանգական փոփոխություններ բջիջներում, որոնց արդյունքում առաջանում է նոր գենետիկ նյութ։
3. հանգեցնում է քաղցկեղի բջիջների առաջացմանը.
4. ինտեգրվելով քրոմոսոմների տարբեր մասերին՝ դրանք ապաակտիվացնում կամ ուժեղացնում են բջջային գեների արտահայտումը,
5. կենսաբանական էվոլյուցիայի կարևոր գործոն է։
Գենի տեսության ներկա վիճակը
Գենի ժամանակակից տեսությունը ձևավորվել է գենետիկայի վերլուծության մոլեկուլային մակարդակին անցնելու շնորհիվ և արտացոլում է ժառանգականության միավորների կառուցվածքային և ֆունկցիոնալ կազմակերպումը: Այս տեսության հիմնական դրույթները հետևյալն են.
1) գեն (ցիստրոն)՝ ժառանգական նյութի ֆունկցիոնալ անբաժանելի միավոր (օրգանիզմների ԴՆԹ և որոշ վիրուսների մոտ՝ ՌՆԹ), որը որոշում է օրգանիզմի ժառանգական հատկանիշի կամ հատկության դրսևորումը։
2) Գեների մեծ մասը գոյություն ունի ալելների երկու կամ ավելի այլընտրանքային (փոխադարձ բացառող) տարբերակների տեսքով: Տվյալ գենի բոլոր ալելները տեղայնացված են միևնույն քրոմոսոմի վրա՝ նրա որոշակի հատվածում, որը կոչվում է լոկուս։
3) գենի ներսում կարող են տեղի ունենալ փոփոխություններ մուտացիաների և ռեկոմբինացիաների տեսքով. մուտոնի և ռեկոնի նվազագույն չափերը հավասար են մեկ զույգ նուկլեոտիդների։
4) Կան կառուցվածքային և կարգավորող գեներ.
5) Կառուցվածքային գեները տեղեկատվություն են կրում որոշակի պոլիպեպտիդում ամինաթթուների հաջորդականության և rRNA-ի, tRNA-ի նուկլեոտիդների մասին.
6) Կարգավորող գեները կառավարում և ուղղորդում են կառուցվածքային գեների ռոբոտը.
7) Գենը ուղղակիորեն չի մասնակցում սպիտակուցի սինթեզին, այն տարբեր տեսակի ՌՆԹ-ների սինթեզի կաղապար է, որոնք անմիջականորեն մասնակցում են սպիտակուցի սինթեզին:
8) Կառուցվածքային գեներում նուկլեոտիդների եռյակների դասավորության և պոլիպեպտիդային մոլեկուլում ամինաթթուների կարգի միջև կա համապատասխանություն (կոլինայնություն):
9) Գենային մուտացիաների մեծ մասը չի դրսևորվում ֆենոտիպում, քանի որ ԴՆԹ-ի մոլեկուլները կարող են վերականգնվել (վերականգնել իրենց բնածին կառուցվածքը)
10) Գենոտիպը համակարգ է, որը բաղկացած է դիսկրետ միավորներից՝ գեներից։
11) Գենի ֆենոտիպային դրսևորումը կախված է գենոտիպային միջավայրից, որտեղ գտնվում է գենը, արտաքին և ներքին միջավայրի գործոնների ազդեցությունից.
«Գեն», «գենոմ», «քրոմոսոմ» բառեր են, որոնք ծանոթ են յուրաքանչյուր դպրոցականի։ Բայց այս հարցի գաղափարը բավականին ընդհանրացված է, քանի որ կենսաքիմիական ջունգլիներում խորանալը պահանջում է հատուկ գիտելիքներ և այս ամենը հասկանալու ցանկություն։ Իսկ դա, եթե առկա է հետաքրքրասիրության մակարդակում, ապա արագ անհետանում է նյութի ներկայացման ծանրության տակ։ Փորձենք հասկանալ ժառանգական տեղեկատվության բարդությունը գիտական բևեռային ձևով:
Ի՞նչ է գենը:
Գենը կենդանի օրգանիզմների ժառանգականության մասին ամենափոքր կառուցվածքային և ֆունկցիոնալ տեղեկատվությունն է: Իրականում, դա ԴՆԹ-ի մի փոքր հատված է, որը պարունակում է գիտելիքներ սպիտակուցի կամ ֆունկցիոնալ ՌՆԹ-ի կառուցման համար հատուկ ամինաթթուների հաջորդականության մասին (որից կսինթեզվի նաև սպիտակուցը): Գենը որոշում է այն հատկանիշները, որոնք կժառանգվեն և կփոխանցվեն սերունդներին հետագա ծագումնաբանական շղթայի երկայնքով: Որոշ միաբջիջ օրգանիզմներ ունեն գենային փոխանցում, որը կապված չէ իրենց տեսակի վերարտադրության հետ, այն կոչվում է հորիզոնական։
Գեների «ուսերին» մեծ պատասխանատվություն է դրված յուրաքանչյուր բջիջի և ամբողջ օրգանիզմի տեսքի և աշխատանքի համար: Նրանք ղեկավարում են մեր կյանքը բեղմնավորումից մինչև մեր վերջին շունչը:
Ժառանգականության ուսումնասիրության առաջին գիտական առաջընթացը կատարեց ավստրիացի վանական Գրեգոր Մենդելը, ով 1866 թվականին հրապարակեց իր դիտարկումները ոլոռի հատման արդյունքների վերաբերյալ։ Ժառանգական նյութը, որը նա օգտագործում էր, հստակ ցույց էր տալիս հատկությունների փոխանցման օրինաչափությունները, ինչպիսիք են ոլոռի գույնն ու ձևը, ինչպես նաև ծաղիկները։ Այս վանականը ձևակերպեց այն օրենքները, որոնք ձևավորեցին գենետիկայի սկիզբը՝ որպես գիտություն։ Գեների ժառանգությունը տեղի է ունենում այն պատճառով, որ ծնողները երեխային տալիս են իրենց բոլոր քրոմոսոմների կեսը: Այսպիսով, մայրիկի և հայրիկի նշանները, խառնվելով, կազմում են արդեն գոյություն ունեցող նշանների նոր համադրություն: Բարեբախտաբար, մոլորակի վրա ավելի շատ տարբերակներ կան, քան կենդանի արարածները, և անհնար է գտնել երկու բացարձակապես նույնական արարածներ:
Մենդելը ցույց տվեց, որ ժառանգական հակումները չեն խառնվում, այլ փոխանցվում են ծնողներից ժառանգներին՝ դիսկրետ (մեկուսացված) միավորների տեսքով։ Այս միավորները, որոնք անհատների մոտ ներկայացված են զույգերով (ալելներով), մնում են դիսկրետ և փոխանցվում են հաջորդ սերունդներին արու և էգ գամետներում, որոնցից յուրաքանչյուրը պարունակում է մեկ միավոր յուրաքանչյուր զույգից: 1909 թվականին դանիացի բուսաբան Յոհանսենն այս միավորներն անվանեց գեներ։ 1912 թվականին Ամերիկայի Միացյալ Նահանգներից գենետիկ Մորգանը ցույց տվեց, որ նրանք գտնվում են քրոմոսոմներում։
Այդ ժամանակից ի վեր, անցել է ավելի քան մեկուկես դար, և հետազոտություններն ավելի առաջ են գնացել, քան Մենդելը կարող էր պատկերացնել: Այս պահին գիտնականները հանգել են այն կարծիքին, որ գեներում պարունակվող տեղեկատվությունը որոշում է կենդանի օրգանիզմների աճը, զարգացումը և գործառույթները։ Կամ գուցե նույնիսկ նրանց մահը:
Ի՞նչ է քրոմոսոմը: սեռական քրոմոսոմներ
Անհատի գեների ամբողջությունը կոչվում է գենոմ: Բնականաբար, ամբողջ գենոմը չի կարող փաթեթավորվել մեկ ԴՆԹ-ում: Գենոմը բաժանված է ԴՆԹ-ի 46 զույգ մոլեկուլների։ ԴՆԹ-ի մեկ զույգ մոլեկուլները կոչվում են քրոմոսոմ: Այսպիսով, հենց այս քրոմոսոմներն են, որ մարդն ունի 46 կտոր: Յուրաքանչյուր քրոմոսոմ կրում է գեների խիստ սահմանված շարք, օրինակ՝ 18-րդ քրոմոսոմը պարունակում է աչքի գույնը կոդավորող գեներ և այլն։ Քրոմոսոմները տարբերվում են միմյանցից երկարությամբ և ձևով։ Ամենատարածված ձևերը X կամ Y ձևերն են, բայց կան նաև ուրիշներ: Մարդն ունի նույն ձևի երկու քրոմոսոմ, որոնք կոչվում են զույգ (զույգ): Նման տարբերությունների հետ կապված բոլոր զուգակցված քրոմոսոմները համարակալված են՝ կա 23 զույգ։ Սա նշանակում է, որ կան զույգ քրոմոսոմներ #1, զույգ #2, #3 և այլն։ Յուրաքանչյուր գեն, որը պատասխանատու է որոշակի հատկանիշի համար, գտնվում է նույն քրոմոսոմում: Մասնագետների համար նախատեսված ժամանակակից ձեռնարկներում գենի տեղայնացումը կարող է նշվել, օրինակ, հետևյալ կերպ՝ քրոմոսոմ 22, երկար թեւ։
Որո՞նք են տարբերությունները քրոմոսոմների միջև:
Ուրիշ ինչո՞վ են տարբերվում քրոմոսոմները միմյանցից: Ի՞նչ է նշանակում երկար ձեռք տերմինը: Վերցնենք X-աձև քրոմոսոմներ ԴՆԹ-ի շղթաների հատումը կարող է տեղի ունենալ խիստ մեջտեղում (X), կամ կարող է առաջանալ ոչ կենտրոնական մասում: Երբ ԴՆԹ-ի շղթաների նման հատումը կենտրոնական մասում տեղի չի ունենում, ապա հատման կետի համեմատ որոշ ծայրեր ավելի երկար են, մյուսները, համապատասխանաբար, ավելի կարճ: Նման երկար ծայրերը սովորաբար կոչվում են քրոմոսոմի երկար թեւ, իսկ կարճ ծայրերը, համապատասխանաբար, կարճ թեւ: Y-աձեւ քրոմոսոմները հիմնականում զբաղեցնում են երկար թեւերը, իսկ կարճները շատ փոքր են (նույնիսկ սխեմատիկ պատկերի վրա նշված չեն)։
Քրոմոսոմների չափերը տատանվում են՝ ամենամեծը թիվ 1 և թիվ 3 զույգերի քրոմոսոմներն են, թիվ 17, թիվ 19 զույգերի ամենափոքր քրոմոսոմները։
Բացի ձևերից և չափերից, քրոմոսոմները տարբերվում են իրենց գործառույթներով: 23 զույգից 22 զույգը սոմատիկ է, 1 զույգը՝ սեռական։ Ինչ է դա նշանակում? Սոմատիկ քրոմոսոմները որոշում են անհատի բոլոր արտաքին նշանները, նրա վարքագծային ռեակցիաների առանձնահատկությունները, ժառանգական հոգետիպը, այսինքն՝ յուրաքանչյուր անհատի բոլոր հատկանիշներն ու առանձնահատկությունները։ Սեռական զույգ քրոմոսոմները որոշում են մարդու սեռը՝ արու կամ իգական: Գոյություն ունեն մարդու սեռական քրոմոսոմների երկու տեսակ՝ X (X) և Y (Y): Եթե դրանք համակցված են որպես XX (X - X) - սա կին է, իսկ եթե XY (X - Y) - մեր առջև տղամարդ է:
Ժառանգական հիվանդություններ և քրոմոսոմային վնաս
Սակայն լինում են գենոմի «խաթարումներ», հետո մարդկանց մոտ հայտնաբերվում են գենետիկ հիվանդություններ։ Օրինակ, երբ 21 զույգ քրոմոսոմներում երկուսի փոխարեն երեք քրոմոսոմ կա, մարդը ծնվում է Դաունի համախտանիշով։
Կան գենետիկական նյութի շատ ավելի փոքր «խափանումներ», որոնք չեն հանգեցնում հիվանդության առաջացման, այլ ընդհակառակը, լավ հատկություններ են հաղորդում։ Գենետիկական նյութի բոլոր «խափանումները» կոչվում են մուտացիաներ։ Բացասական են համարվում այն մուտացիաները, որոնք հանգեցնում են հիվանդության կամ օրգանիզմի հատկությունների վատթարացման, իսկ դրական են համարվում նոր օգտակար հատկությունների առաջացմանը։
Այնուամենայնիվ, ինչ վերաբերում է հիվանդությունների մեծ մասի հետ կապված այսօր մարդկանց, դա ոչ թե ժառանգական հիվանդություն է, այլ միայն նախատրամադրվածություն։ Օրինակ՝ երեխայի հոր մոտ շաքարավազը դանդաղ է ներծծվում։ Սա չի նշանակում, որ երեխան ծնվելու է շաքարային դիաբետով, բայց երեխան նախատրամադրվածություն կունենա։ Սա նշանակում է, որ եթե երեխան չարաշահում է քաղցրավենիքը և ալյուրի մթերքները, ապա նրա մոտ շաքարախտ է զարգանում։
Այսօր զարգանում է այսպես կոչված կանխատեսող բժշկությունը։ Որպես այս բժշկական պրակտիկայի մի մաս, մարդու մոտ բացահայտվում են նախատրամադրվածությունները (համապատասխան գեների նույնականացման հիման վրա), այնուհետև նրան տրվում են առաջարկություններ՝ ինչ դիետա հետևել, ինչպես ճիշտ փոխել աշխատանքի և հանգստի ռեժիմը, որպեսզի չլինի: հիվանդանալ.
Մարդկային բազմազանության աղբյուրները
Գեները կրում են ինչպես բոլոր մարդկանց բնորոշ ընդհանուր հատկանիշների, այնպես էլ բազմաթիվ անհատական տարբերությունների պլաններ (կամ «գծագրեր»): Նրանք որոշում են այն առանձնահատուկ հատկանիշները, որոնք մարդուն տարբերում են այլ կենդանի էակներից այնպիսի ոլորտներում, ինչպիսիք են մարմնի չափն ու ձևը, վարքը և ծերացումը, միևնույն ժամանակ որոշելով մեզ միմյանցից տարբերող եզակի հատկանիշները: Ելնելով դրանից՝ 80 կիլոգրամ քաշ ունեցող կապուտաչյա շիկահերը, որը փոքր-ինչ դուրս ցցված ականջներով և վարակիչ ժպիտով, վարպետորեն ջազ է նվագում տրոմբոնին, կարելի է համարել իր տեսակի մեջ:
Մարդու կյանքը սկսվում է մեկ բեղմնավորված բջջից՝ զիգոտից: Այն բանից հետո, երբ սերմնահեղուկը մտնում է ձվաբջիջ, ձվի պրոնուկլեուսը, որը պարունակում է 23 քրոմոսոմ (բառացի՝ «ներկված մարմիններ»), մի քանի ժամից տեղափոխվում է իր կենտրոն։ Այստեղ այն միաձուլվում է սերմի պրոնուկլեուսի հետ, որը նույնպես պարունակում է 23 քրոմոսոմ։ Այսպիսով, ձևավորված զիգոտը պարունակում է 23 զույգ քրոմոսոմ (ընդհանուր 46 քրոմոսոմ), յուրաքանչյուր ծնողից կեսը, նորմալ երեխայի ծնվելու համար անհրաժեշտ քանակություն։
Զիգոտ- բեղմնավորման արդյունքում առաջացող մարդու առաջին բջիջը.
Զիգոտի ձևավորումից հետո սկսվում է բջիջների բաժանման գործընթացը։ Առաջին ջախջախման արդյունքում հայտնվում են երկու դուստր բջիջներ, որոնք իրենց կազմակերպվածությամբ նույնական են սկզբնական zygote-ին: Բջիջների հետագա բաժանման և տարբերակման ընթացքում յուրաքանչյուր նոր ձևավորված բջիջ պարունակում է ճիշտ նույն թվով քրոմոսոմներ, ինչ մյուսները, այսինքն՝ 46: Յուրաքանչյուր քրոմոսոմ բաղկացած է բազմաթիվ գեներից, որոնք դասավորված են շղթայի մեջ: Մասնագետների կարծիքով, մեկ քրոմոսոմում գեների թիվը հասնում է տասնյակ հազարի, ինչը նշանակում է, որ բոլոր 16 քրոմոսոմներում կա մոտ մեկ միլիոն (Kelly, 1986): Բեղմնավորումից ինն ամիս հետո զիգոտը վերածվում է նորածին երեխայի՝ տասը տրիլիոն բջիջներով, որոնք կազմված են օրգանների և համակարգերի մեջ: Չափահաս դառնալուց հետո նրա մարմնում արդեն կա ավելի քան 300 տրիլիոն բջիջ։ Դրանցից յուրաքանչյուր 13-ը պարունակում է անհատի ամբողջական գենետիկ կոդը։
Գեները կառուցված են ԴՆԹ-ից (դեզօքսիռիբոնուկլեինաթթու)՝ հսկայական մոլեկուլ, որը բաղկացած է ածխածնի, ջրածնի, թթվածնի, ազոտի և ֆոսֆորի ատոմներից: «Մարդու մարմնում այնքան շատ ԴՆԹ մոլեկուլներ կան, որ եթե դրանք գծով ձգես, նրա երկարությունը 20 հազար անգամ կգերազանցի Երկրից Լուսին հեռավորությունը երկու անգամ» (Rugh & Shettles, 1971, էջ 199): ԴՆԹ-ի կառուցվածքը հիշեցնում է երկար պարուրաձև սանդուղք, որի կողային բազրիքները պատրաստված են փոփոխվող ֆոսֆատներից և շաքարներից, իսկ աստիճանները՝ չորս տեսակի ազոտային հիմքերից՝ զույգերով միացված կանոնավոր կերպով։ Այս զուգակցված հիմքերի հերթականությունը փոխվում է, և հենց այս տատանումներն են առաջացնում մեկ գենի տարբերվում մյուսից։ Մեկ գենը այս ԴՆԹ-ի սանդուղքի մի մասն է, որը կարող է ունենալ մինչև 2000 քայլ իր պարույրով (Kelly, 1986):
Watson-ը և Crick-ը (1953) առաջարկեցին, որ այն պահին, երբ բջիջը պատրաստ է բաժանվել, ԴՆԹ-ի պարույրը արձակվում է, և երկու երկար շղթաները շեղվում են տարբեր ուղղություններով՝ բաժանվելով միմյանցից զույգ ազոտային հիմքերի միջև կապերի խզման պատճառով: Այնուհետև յուրաքանչյուր շղթա, բջջից ներգրավելով նոր նյութ, սինթեզում է երկրորդ շղթան և ձևավորում նոր մոլեկուլ՝ փոխելով ԴՆԹ-ի քանակությունը կամ կառուցվածքը։ Նուկլեինաթթվի այս երկար թելերում ժամանակ առ ժամանակ կարող են տեղի ունենալ մուտացիաներ կամ վերադասավորումներ։ Շատ դեպքերում նման վերադասավորումները հանգեցնում են սպիտակուցի (և, հետևաբար, բջջի) մահվան, սակայն մուտանտների մի փոքր մասը գոյատևում է և հետագայում ազդում մարմնի վրա։
Մուտացիա- ԴՆԹ-ի քանակի կամ կառուցվածքի, հետևաբար՝ գենետիկ կոդի փոփոխություն։
ԴՆԹ-ն պարունակում է գենետիկական ծածկագիր կամ նախագիծ, որը կարգավորում է օրգանիզմի գործունեությունը և զարգացումը։ Այնուամենայնիվ, այս պլանը, որը թվարկում է բոլոր առարկաները և դրանց կառուցման ճշգրիտ ժամկետները, փակված է բջջի միջուկում և անհասանելի է նրա այն տարրերի համար, որոնք նշանակված են մարմինը կառուցելու համար: ՌՆԹ (ռիբոնուկլեինաթթու) - ԴՆԹ-ից ձևավորված և նման մի նյութ - գործում է որպես միջուկի և բջջի մնացած մասերի միջև հաղորդիչ: Եթե ԴՆԹ-ն «ինչ» է և «երբ», ապա ՌՆԹ-ն զարգացման «ինչպես» է: ՌՆԹ-ի ավելի կարճ շղթաները, որոնք ԴՆԹ-ի մոլեկուլի հատվածների հայելային պատկերներ են, ազատորեն շարժվում են բջջի ներսում և ծառայում են որպես նոր հյուսվածքի ձևավորման կատալիզատոր:
Վիրուսներ
Մարդու գենոմի մոտ 1%-ը զբաղեցնում են ներկառուցված ռետրովիրուսային գեները (էնդոգեն ռետրովիրուսներ)։ Այս գեները սովորաբար օգուտ չեն բերում տանտիրոջը, սակայն կան բացառություններ: Այսպիսով, մոտ 43 միլիոն տարի առաջ ռետրովիրուսային գեները, որոնք ծառայում էին վիրուսի ծածկույթի ստեղծմանը, հայտնվեցին կապիկների և մարդկանց նախնիների գենոմում: Մարդկանց և կապիկների մոտ այս գեները ներգրավված են պլասենցայի աշխատանքի մեջ:
Ռետրովիրուսների մեծ մասը ինտեգրվել է մարդու նախնիների գենոմում ավելի քան 25 միլիոն տարի առաջ: Մարդկանց երիտասարդ էնդոգեն ռետրովիրուսների շարքում մինչ այժմ ոչ մի օգտակար չի հայտնաբերվել:
