Сайт учителя биологии и географии Лотоцкой Е. Г.

Рис. 3. Сплайсинг — удаление интронов из молекулы РНК перед её выходом из ядра

Вирусные ДНК содержат несколько десятков генов, бактериальные — сотни, иногда тысячи, ДНК эукариот — тысячи и десятки тысяч.
Некоторые гены повторяются в ДНК во множестве копий. Таковыми, например, являются гены, ответственные за синтез кератина перьев у птиц. Для быстрого роста птенцов необходима большая скорость производства «строительного материала», и единичный ген с такой работой не справляется.
Часть генов работает при определенных условиях. Так, ген, регулирующий синтез инсулина, способен выполнять свои функции только в специальных клетках поджелудочной железы, а гемоглобин вырабатывается только в том случае, если гены, ответственные за его синтез, находятся в клетках молодых эритроцитов.
Согласно хромосомной теории наследования каждый ген представлен несколькими формами, или аллелями (например, P и p), расположенными в одинаковых участках гомологичных хромосом. Аллели определяют варианты развития одного и того же признака. В нормальной диплоидной клетке одновременно присутствует не более двух аллелей одного гена. Если один из аллелей проявляется только в гомозиготном состоянии (то есть оба присутствующих в клетке варианта гена идентичны — pp), то говорят о его рецессивности. Напротив, если аллель проявляется как в гомозиготном (PP), так и в гетерозиготном (Pp) состоянии, то говорят о его доминантности.

Рис. 4. Аллельные гены

Однако доказать, что проявление определенного признака, унаследованного организмом, является результатом действия конкретного гена, достаточно трудно.
Для некоторых генов характерно явление множественного аллелизма, когда признак определяется не парой, а тремя или четырьмя различными аллелями. Такая ситуация наблюдается при наследовании групп крови у человека.
Нередко один ген влияет на характер проявления другого неаллельного ему гена или на саму возможность его проявления. В этом случае говорят о взаимодействии неаллельных генов. Иногда встречается ситуация, когда один признак определяется сразу многими генами, действие которых при его проявлении суммируется. Это явление получило название полимерии.
Совокупность всех генов организма, т. е. его генетическая конституция, называется генотип. Совокупность же всех генов, содержащихся в гаплоидном наборе хромосом данного организма, называется геном. Следует помнить, что диплоидные организмы содержат 2 генома — материнский и отцовский.
Каждой из 20 аминокислот, входящих в состав белковых молекул, соответствует комбинация из трех нуклеотидов в молекуле ДНК. Зависимость между расположением нуклеотидов в молекуле ДНК и аминокислотных остатков в полипептидной цепи получила название генетического кода. Именно в нем закодирована вся информация о первичной структуре белковых молекул.

Генетический код обладает рядом особенностей:
• Генетический код является универсальным для всех живых организмов. Все кодоны аминокислот одинаковы у всех изученных организмов: от вирусов до человека.
• В генетическом коде отсутствуют знаки препинания, или сигналы, указывающие на начало и конец кодонов. В нем содержатся особые стоп-кодоны (триплеты нуклеотидов УАГ, УАА и УГА), не кодирующие ни одной из 20 аминокислот, являющиеся своеобразными стоп-сигналами. Триплет АУГ, если он располагается в начале цепи, инициирует ее синтез, то есть является инициирующим кодоном.
• Генетический код не перекрывается, т. е. соседние триплеты не имеют общих оснований.
• Генетический код является избыточным, или вырожденным, поскольку одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами нуклеотидов. Это многократно повышает надежность синтеза полипептидной цепи. Вместе с тем, нет ни одного триплета, который кодировал бы сразу две аминокислоты.
• Все кодоны аминокислот одинаковы у всех изученных организмов: от вирусов до человека. При этом генетический код явственно однозначен, то есть одному триплету соответствует одна и только одна аминокислота.
Эти особенности генетического кода позволяют считать, что способ кодирования не претерпевал глобальных изменений на протяжении эволюции живых организмов, а все живые организмы на Земле происходят от единого генетического предка.

Рис. 2. Генетический код (по матрице молекулы и-РНК). Розовым цветом выделен инициирующий кодон, зелёным — стоп-кодоны

Одной из важнейших задач генов является синтез белковых молекул. Этот процесс контролируют так называемые гены-операторы, которые в совокупности со структурными генами образуют так называемые опероны. Работу оперонов контролируют особые гены-регуляторы. Свой контроль они осуществляют при помощи специальных веществ, которые синтезируются по мере необходимости. Если эти вещества реагируют с геном-оператором, оперон перестает функционировать. В том случае, когда вещества, вырабатываемые генами-регуляторами, вступают во взаимодействие с особыми молекулами—индукторами, работа оперона возобновляется.