Концепция «один ген — один фермент» или «один ген — один белок»

Обновлено: 26.04.2024

Материальным носителем наследственности является молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Молекула ДНК состоит из двух нитей, закрученных друг относительно друга. Каждая из цепочек образована отдельными блоками - нуклеотидами, в последовательности которых закодирована генетическая информация. Информация считывается лишь с одной нити, вторая способствует более компактной упаковке огромной молекулы в клетке.

Клетка обладает способностью на основе ДНК строить молекулы белков. Генетический код универсален - у всех организмов, от простейших до самых высоко организованных определенная последовательность нуклеотидов воплощается в идентичную структуру белка. Функции белков в организме необыкновенно разнообразны, их специфика прямо или опосредованно влияет на любое свойство индивидуума.

Один ген-один полипептид гипотеза, предполагающая существование большого класса генов, каждый из которых контролирует синтез одного полипептида . Полипептид может функционировать независимо, а также как единица более сложного белка. Заменила ранее существовавшую гипотезу один ген - один фермент после того, как были открыты гетерополимерные ферменты: напр., гексоаминидаза кодируется двумя генами (см. Два гена - одна полипептидная цепь). В 80-е гг. были открыты системы два гена - один полипептид, при этом не исключено и существование системы один ген - два полипептида, существуют также перекрывающиеся гены.

Биохимическая генетика — раздел генетики, изучающий механизмы генетического контроля биохимических процессов в живых организмах. Развитие произошло в 1940-х-1950-х годах, после выяснения того, что в генах содержится информация о точном строении ферментов, которые управляют всеми процессами в организме, т.е наследственная программа реализуется совокупностью биохимических процессов, содержание и скорость течения которых определяются генами. Реализация генетической информации заключается в обеспечении как организма в целом, так и каждой отдельной клетки сведениями о времени и порядке осуществления определённых реакций. Этот факт высказывался ещё в XIX веке американским биологом Э. Б. Уилсоном, который отмечал, что наследственность — это повторение в последовательных поколениях одинаковых форм обмена. Доказательство стало возможным благодаря развитию биохимии и изучении биохимических основ жизнедеятельности животных, растений и микроорганизмов. Одним из основных методов исследования в 1940-х-1960-х годах являлось изучения изменённых форм различных микроорганизмов, которые нуждались в дополнительном поступлении каких-либо питательных веществ. Особенно важное значение исследования в области биохимической генетики имеют для изучения наследственности человека, в частности для развития медицинской генетики.

Для молекулярного генетика существование разных вариантов последовательности ДНК в генах организма уже является признаком. Именно эти признаки (элементарные) находятся первыми в цепочке последующих событий, которые приводят к формированию индивидуального организма. Их практически невозможно рассматривать как совокупность более простых признаков. Образующаяся в процессе транскрипции специфическая мРНК и транслируемый с нее белок тоже могут рассматриваться как элементарные признаки конкретной клетки живого организма, кодируемые соответствующим геном.

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 21

Понятие о внутрипопуляционном генетическом полиморфизме и генетическом грузе. Естественный отбор как направляющий фактор эволюции популяций. Понятие о приспособленности и коэффициенте отбора. Формы отбора: движущий, стабилизирующий, дизруптивный. Роль генетических факторов в эволюции.

Внутрипопуляционный полиморфизм: внутри единой популяции существуют резко различимые, наследственно обусловленные фенотипы. Виды полиморфизма:

а) половой – различие полов по внешним признакам, обусловленное генетическими факторами

в) гетерозиготный Пр: серповидно-клеточная анемия

Насыщенность природных популяций рецессивными мутациями называется генетическим грузом и имеет большое значение для выживания вида. Например, при применении первых антибиотиков часть болезнетворных бактерий уже имела мутантные формы, нечувствительные к ним, благодаря чему они выжили в изменившихся условиях среды. Генетическим грузом в человеческих популяциях объясняется появление до 5% потомков с генетическими дефектами.

Папиллярные узоры пальцев рук - маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

гипотеза один ген - один полипептид (белок)

гипотеза один ген - один полипептид (белок) one gene - one polypeptide hypothesis - теория (гипотеза) “один ген - один полипептид (белок)”.

Концепция, возникшая на базе теории “один ген - один фермент”, предполагающая, что каждый ген может кодировать только одну полипептидную цепь, которая, в свою очередь, может входить как субъединица в более сложный белковый комплекс; теория выдвинута Г.Бидлом и Э.Татумом в 1941 на основании генетико-биохимического анализа нейроспоры, они обнаружили выключение в экспериментальных условиях под действием различных мутаций каждый раз только одной какой-либо цепи биохимических реакций (в 1958 Г.Бидл и Э.Татум были удостоены за эти работы Нобелевской премии); в 80-х гг. появились работы, в которых высказывались сомнения в абсолютной справедливости данной теории в связи с открытием системы “два гена - один полипептид” < one enzyme - two genes theory >(не исключается и система “один ген - два полипептида”), а также с существованием перекрывающихся генов < overlapping genes >; с функциональных позиций данная теория условна в связи с нахождением многофункциональных белков < multifunctional protein >.

(Источник: «Англо-русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд-во ВНИРО, 1995 г.)

Смотреть что такое "гипотеза один ген - один полипептид (белок)" в других словарях:

теория (гипотеза) «один ген - один полипептид (белок)» — теория (гипотеза) «один ген один полипептид (белок)» Концепция, возникшая на базе теории «один ген один фермент», предполагающая, что каждый ген может кодировать только одну полипептидную цепь, которая, в свою очередь,… … Справочник технического переводчика

теория один ген - один полипептид — теория “один ген один полипептид”. См. гипотеза “один ген один полипептид (белок)”. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

теория один ген - один белок — теория “один ген один белок”. См. гипотеза “один ген один полипептид (белок)”. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

one gene — one gene. См. гипотеза “один ген один полипептид (белок)”. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

one polypeptide hypothesis — one polypeptide hypothesis. См. гипотеза “один ген один полипептид (белок)”. (Источник: «Англо русский толковый словарь генетических терминов». Арефьев В.А., Лисовенко Л.А., Москва: Изд во ВНИРО, 1995 г.) … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

гипосиндез — * гіпасіндэз * hyposyndesis образование в мейозе у гибрида меньшего числа бивалентов, чем у родителя с меньшим числом хромосом. Гипостаз * гіпастаз * hypostasis один из видов взаимодействия генов (см. ), при котором подавляется проявление гена в… … Генетика. Энциклопедический словарь

генетика — [нэ], и; ж. [от греч. genētikos относящийся к рождению, происхождению]. Наука о законах наследственности и изменчивости организмов. Г. человека. Г. растений. Медицинская г. Космическая г. * * * генетика (от греч. génesis происхождение), наука о… … Энциклопедический словарь

Гипотеза «один ген – один фермент», ее современная трактовка..

В 1902 году Арчибальд Гаррод, изучая наследственные болезни, связанные с дефектом обмена веществ, предположил, что за синтез определённого фермента отвечает один ген (гипотеза один ген – один фермент). Позднее Бидл и Татум экспериментально доказали это положение.

В конце 40-х годов ученые установили, что синтез всех белков (а не только ферментов) находится под контролем генов. Гипотеза приобрела вид: один ген – один белок.

Однако с открытием мультимерных белков (молекула таких белков состоит из нескольких полипептидных цепей) встал вопрос: один ген кодирует синтез всех цепей или каждая полипептидная цепь кодируется своим геном?

В 1957г Ингрэм установил, что причина серповидно-клеточной анемии – генная мутация, приводящая к замене в молекуле гемоглобина в 6 положении глутаминовой кислоты на валин.

Белок гемоглобина человека (глобин) состоит из двух α-цепей и двух β- цепей. Замена аминокислоты всегда наблюдается только в β-цепи, а α-цепь остаётся нормальной. Следовательно, мутировавший ген кодирует только одну цепь, а вторая цепь кодируется другим геном. Позже выяснили, что гены, кодирующие α-цепь находятся в 16 хромосоме, а гены, кодирующие β-цепь находятся в 11 хромосоме.

Гипотеза приобрела вид: один ген – одна полипептидная цепь.

5. Регуляция экспрессии генов у прокариот и эукариот.

Впервые регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции была изучена у прокариот в 1961 году французскими учеными Ф. Жакобом и Ж. Моно. Они предложили модель оперона. Оперон состоит из гена регулятора, гена оператора и структурных генов, в которых записана информация и первичной структуре белка. Перед структурными генами находится особая последовательность нуклеотидов, которая называется оператор. Известно, что последовательности нуклеотидов оператора и промотора перекрываются.

Ген регулятор кодирует синтез белка репрессора. Этот белок взаимодействует с оператором и блокирует его. Если заблокирован оператор, то блокируется и часть промотора. РНК-полимераза не может присоединиться к промотору, поэтому транскрипция не происходит и синтез белка не идёт. Это не активное состояние оперона.

При связывании белка репрессора ген оператор и промотор открыты, РНК-полимераза начинает процесс транскрипции, и происходит синтез белка.

Что же связывает белок репрессор?

-- вещества, которые могут находиться в клетке или поступающие в неё извне.

Эти вещества называются индукторами (индукция – наведение, запуск). Они связываются с белком репрессором и блокируют его. Теперь ген оператор освобождается от белка репрессора и запускает процесс синтеза белка. Такое состояние оперона называется активным.

У эукариот выделяют несколько уровней регуляции экспрессии генов.

– на уровне транскрипции

– на уровне процессинга иРНК

– на уровне выхода зрелой иРНК из ядра в цитоплазму.

– на уровне трансляции с помощью веществ, которые блокируют взаимодействие зрелой иРНК с рибосомами (антибиотики, химиопрепараты).

6. Классификация генов: структурные и регуляторные.

Все гены клетки в организме можно разделить на 2 группы, это:

– структурные гены, которые отвечают за все белки организма, за рРНК, и тРНК.

– регуляторные гены, которые соответственно регулируют работу структурных генов.

7. Цитоплазматическая наследственность.

Главная роль в передаче наследственных свойства принадлежит хромосомам. С ними связаны закономерности, открытые Г. Менделем. Но ряд органоидов, расположенных в цитоплазме содержит ДНК (митохондрии, пластиды). Их ДНК способна к репликации, и с ней может быть связана передача цитоплазматической наследственности. Существуют сорта львиного зева, ночной красавицы и некоторых других растений, у которых наряду с зелёными листьями встречаются пёстрые, с белыми пятнами – участкам, лишёнными хлорофилла. В связи с тем, что организм, образуемый вследствие оплодотворения, получает цитоплазматические структуры главным образом от яйцеклетки, цитоплазматическое наследование признаков осуществляется по материнской линии.

В клетках прокариот и эукариот обнаруживаются плазмиды – отрезки ДНК, имеющие кольцевую или линейную форму и способные к самостоятельной (независимо от ядра) репликации.

У бактерии наблюдается передача плазмид от клетки к клетке при их непосредственном контакте, а распределение их по дочерним клеткам при делении происходит случайно. Наличие плазмид может обеспечивать устойчивость бактерий к определённым антибиотикам. У растений и животных плазмиды могут существенно влиять на свойства многоклеточного организма.

Концепция «один ген — один фермент» или «один ген — один белок»

Генетика — наука отнюдь не молодая, исследования в ней ведутся на протяжении нескольких столетий, начиная с Менделя в 1865 г. и до наших дней. Термин «ген» для обозначения единицы наследственной характеристики впервые предложил Johannsen в 1911 г., а в 1940-е годы был уточнен концепцией «один ген — один фермент», которую предложили Tatum и Beadle.

Это положение определено в экспериментах на мухах-дрозофилах, но в равной степени распространяется и па человека; в конечном итоге жизнь всех существ определяется их ДНК. Молекула ДНК у человека больше, чем у всех остальных организмов, и она устроена сложнее, но суть ее функций одинакова у всех живых существ.

Концепция «один ген — один фермент», возникшая на основе идей Tatum и Beadle, может быть сформулирована следующим образом:
1. Все биологические процессы находятся под генетическим контролем.
2. Все биохимические процессы происходят в виде поэтапных реакций.
3. Каждая биохимическая реакция в конечном счете находится под контролем различных отдельных генов.
4. Мутация в определенном гене ведет к изменению способности клетки к осуществлению определенной химической реакции.

С тех пор концепция «один ген — один фермент» несколько расширилась, и звучит теперь как «один ген — один белок». Кроме того, последние исследования свидетельствуют, что некоторые гены действуют в содружестве с другими, в результате чего образуются уникальные белки, т. е. некоторые гены могут кодировать более одного белка.

Геном человека содержит около 3 млрд нуклеотидных пар; полагают, что в нем содержится от 50 000 до 100 000 генов. После расшифровки генома выяснилось, что генов всего около 30 000. Взаимодействие этих генов гораздо сложнее, чем предполагалось. Гены зашифрованы в нитях ДНК, которые в комплексе с определенными ядерными белками формируют хромосомы.

Гены — не просто отрезки ДНК: их образуют кодирующие последовательности — экзоны, перемежающиеся с некодирующими последовательностями — нитронами. Экзоны как экспрессирующаяся часть ДНК составляют лишь малую часть самой главной молекулы организма; большая часть ее не экспрессируется, образована нитронами и часто называется «молчащей» ДНК.

Примерные размер и структура человеческого генома представлены на рисунке ниже. Функциональная длина человеческой хромосомы выражается в сантиморганидах. Сантиморганида (сМ) — расстояние, на протяжении которого вероятность кроссинговера в течение мейоза составляет 1 %. Анализ сцепления генов показал, что продолжительность человеческого генома около 3000 сМ.

Средняя хромосома содержит примерно 1500 генов, зашифрованных в 130 млн пар нуклеотидных оснований. На рисунке ниже схематически представлены физический и функциональный размеры генома: первый рассчитан в нуклеотидных парах, а второй — в сМ. Большая часть человеческого генома представлена «молчащей» ДНК и не экспрессируется.

На матрице ДНК в результате процесса транскрипции синтезируется РНК, а затем — белок. Следовательно, последовательность ДНК полностью определяет последовательность функциональных белков клетки. Все белки синтезируются следующим образом:
ДНК => РНК => белок

Генетический аппарат человека и других млекопитающих устроен сложнее, чем у остальных живых организмов, т. к. участки некоторых генов у млекопитающих могут объединяться с частями других генов, в результате чего синтезируется совершенно новый белок или контролируется отдельная клеточная функция.

Следовательно, у человека возможно повышение числа экспрессирующихся генов без действительного увеличения объема экспрессирующейся ДНК или абсолютного числа генов.
В целом около 70 % всего генетического материала не экспрессируются.

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Ген может кодировать более одного белка

Ранее общепризнанным научным мнением было то, что каждый ген имеет один уникальную стартовую позицию и отвечает за создание только одного белка. Однако новое исследование показывает, что некоторые гены имеют более одного стартового сайта и могут продуцировать более одного функционального белка.

Новый метод идентификации стартовых сайтов генов основан на общем рецептурном препарате под названием ретапамулин - местный антибиотик. Ретапамулин, как ученые впервые показали, работает, заставляя рибосому, которая читает генетический код, застопориться на этих стартовых сайтах, подавляя трансляцию - ключевую часть процесса, с помощью которого генетический код в ДНК используется для создания белков.

Александр Мэнкин из Университета Иллинойса и Нора Васкес-Ласлоп (профессор исследований в области химической химии и фармакогнозии в Фармацевтическом колледже и Центре биомолекулярных наук) провели исследование, в котором рассматривались клетки E. coli в ответ на ретапамулин в экспериментах in vitro и in vivo.

«Сначала мы поняли механизм действия антибиотика, а затем применили эти знания для определения специальных «стартовых» сигналов гена, которые клетка использует для регуляции синтеза белка, - сказал Манкин. - В прошлом эти старт-кодоны идентифицировались довольно сложным способом - белки часто нужно было выделять и изучать, чтобы обнаружить, где стартовые сайты их генов расположены в бактериальном геноме. Теперь, в одном эксперименте, мы можем профилировать начало всех тысяч бактериальных генов более прогрессивным образом».

Манкин и Васкес-Ласлоп говорят, что использование ретапамулина для помощи в профилировании трансляции бактериальных генов открывает много новых возможностей для исследований.

Используя антибиотик, исследователи смогли определить «загадочные» или альтернативные стартовые сайты некоторых бактериальных генов.

«Мы увидели, что многие ранее скрытые белки были инициированы в сайтах в середине гена, и что эти белки были функциональными, а инициация в альтернативных стартовых сайтах широко распространена в бактериях», - сказал Васкес-Ласлоп.

Исследователи обнаружили более 100 генов кишечной палочки из примерно 4000, которые могут инициировать синтез белка в нескольких местах.

«Белки, инициированные в этих неизвестных сайтах, могут составлять ранее скрытую часть протеома - весь набор белков, которые могут быть экспрессированы - в бактериях, и их инициация в этих сайтах может играть роль в жизни клетки, - сказал он. Мэнкин, который также является директором Центра биомолекулярных наук. - Лучше понимая клетки и механизмы действия антибиотиков, мы можем применить эти знания, чтобы узнать больше о том, что делает бактерии патогенными».

«Мы также можем применить эти знания, чтобы лучше понять, как предотвратить вред, наносимый бактериями», - сказал Васкес-Ласлоп.

Читайте также: