Ген

I

(греч. genos род, происхождение)

структурно-функциональная единица генетического материала, наследственный фактор, который можно условно представить как отрезок молекулы ДНК (у некоторых вирусов — молекулы РНК), включающий нуклеотидную последовательность, в которой закодирована первичная структура полипептида (белка) либо молекулы транспортной или рибосомной РНК, синтез которых контролируется этим геном. Обусловливая первичную структуру конкретного белка, ген тем самым определяет формирование отдельного признака организма или клетки.

Предположение о существовании наследственных факторов впервые было высказано Менделем (G.J. Mendel) в 1865 г., который пришел к заключению, что передача признака от родителей потомству обусловлена передачей через половые клетки этих наследственных факторов, каждый из которых передается как нечто целое и независимое. В 1909 г. Иоганнсен (W. Johannsen) предложил обозначать менделевские наследственные факторы термином «гены». В 1911 г. Морганом (Th.Н. Morgan) и его сотрудниками было показано, что ген является участком хромосомы и что отдельная хромосома состоит из генов, последовательно расположенных по ее длине (см. Хромосомы). Каждый ген занимает свое определенное место (локус) на хромосоме. Позднее Морганом и его сотрудниками были созданы первые хромосомные карты, на которых они показали расположение отдельных генов на хромосомах. Совокупность хромосомных (или ядерных) генов, составляющих так называемый геном, и генов, локализованных в цитоплазматических структурах — митохондриях, пластидах, плазмидах, определяет генотип клетки или организма.

Ген может непосредственно определять наличие какого-либо признака (фена) организма или принимать участие в формировании нескольких признаков (явление плейотропии). Однако основная масса признаков у человека формируется в результате взаимодействия многих генов (явление полигении). Утрата гена или его изменение (см. Мутагенез) приводят к изменению признака, контролируемого этим геном. Степень проявления признака, контролируемого конкретным геном (экспрессивность гена), зависит также от условий окружающей среды. В то же время даже в пределах родственной группы особей, находящихся в сходных условиях существования, проявление одного и того же гена может варьировать по степени выраженности. Все это свидетельствует о том, что при формировании признаков генотип выступает как целостная система, функционирующая в строгой зависимости от внутриорганизменной и окружающей среды. Т.о., отдельный признак или совокупность всех признаков организма, т.е. его фенотип, являются результатом взаимодействия генотипа с окружающей средой; способность гена фенотипически проявлять себя тем или иным образом называют пенетрантностью гена.

У диплоидных организмов, т.е. у организмов, соматические клетки которых имеют двойной набор хромосом, гены представлены парой аллелей. Аллель — это одно из возможных состояний или один из возможных вариантов гена; теоретически число аллелей каждого гена неисчислимо, но не все они прошли эволюционный отбор. В гомологичных хромосомах аллельные гены расположены в гомологичных локусах. Аллельная пара генов может быть составлена из идентичных (явление гомозиготности) или различных (явление гетерозиготности) аллелей. У гетерозигот (организмов, аллельные гены которых различны) проявление одного аллеля на уровне признака организма (фенотипическое проявление) может полностью подавлять проявление другого аллеля. Подавляющий аллель называют доминантным, а подавляемый — рецессивным. Соответственно и контролируемые ими признаки носят название доминантных или рецессивных. Фенотипическое проявление рецессивных генов можно наблюдать только у тех организмов, которые оказываются гомозиготными в отношении такого рецессивного гена, т.е. оба аллельных гена у них рецессивны, или в случае, когда ген не имеет аллельной пары, например некоторые гены, расположенные на одной из половых хромосом при их XY-сочетании. У гетерозиготных организмов возможно и совместное (кодоминантное) проявление аллелей. Т.о., понятия «доминантный» и «рецессивный» отражают вклад данного гена в формирование конкретного признака. Свойство гена подавлять или быть подавленным в значительной мере зависит также от генного окружения — генотипической среды, в которой находится этот ген. Перенос гена в другое место хромосомы, влекущий за собой изменение его генного окружения, ведет к утрате этим геном своих свойств, в т.ч. даже такого свойства, выработанного в процессе длительной эволюции, как способность доминировать. Это явление называют эффектом положения гена. При возвращении гена в прежнее положение на хромосоме его способность доминировать восстанавливается.

Изучая механизмы регуляции функции гена, французские генетики Жакоб (F. Jacob) и Моно (J.L. Monod) пришли к заключению, что существуют структурные и регуляторные гены. К структурным генам относятся гены, которые контролируют (кодируют) первичную структуру матричных, или информационных, РНК, а через них последовательность аминокислот в синтезируемых полипептидах (см. Белки). Другую группу структурных генов составляют гены, определяющие последовательность нуклеотидов в полинуклеотидных цепях рибосомной РНК и транспортной РНК (см. Нуклеиновые кислоты).

Регуляторные гены контролируют синтез специфических веществ, так называемых ДНК-связывающих белков, которые регулируют активность структурных генов.

Используя способность некоторых Бактериофагов переносить фрагменты бактериальной хромосомы в другие бактериальные клетки (явление трансдукции), Беквит (J.R. Beckwith) и его сотрудники в 1969 г. впервые выделили, точно определили размер индивидуального гена кишечной палочки и получили его электронограмму. В 1967—1970 гг. Корана (Н.G. Khorana) осуществил химический синтез индивидуального гена.

По мере увеличения возможностей генетического анализа (см. Генетика) были получены все новые доказательства того, что ген, являясь функциональной единицей, вместе с тем имеет весьма сложное строение. Первые доказательства сложности организации гена получили в 1929 г. советские ученые А.С. Серебровский, Н.П. Дубинин и И.И. Агол.

Наряду со структурными и регуляторными генами в молекулах ДНК были обнаружены участки повторяющихся нуклеотидных последовательностей, функции которых не известны, а также мигрирующие нуклеотидные последовательности — так называемые мобильные гены. Найдены также псевдогены, представляющие собой неактивные копии известных генов, но расположенные в других частях генома.

В 1953 г. английский биохимик Крик (F. Н.С. Crick) и американский биохимик Уотсон (J.D. Watson) предложили модель строения молекулы ДНК и высказали предположение, вскоре полностью подтвердившееся, что последовательность нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК является кодом, в соответствии с которым осуществляется соединение аминокислотных остатков в полипептидной цепи белковых молекул, строящихся под контролем соответствующих генов. В дальнейшем этот генетический код был изучен более подробно. Было установлено, что включение одного аминокислотного остатка в строящуюся полипептидную цепь определяется сочетанием трех последовательно расположенных нуклеотидов, так называемых триплетов, причем включение одной и той же аминокислоты могут кодировать несколько различных триплетов Доказано, что генетический код универсален, т.е. он един для всех живых организмов. Реализация информации, «записанной» в гене, осуществляется с помощью посредника, которым является одна из разновидностей РНК — матричная, или информационная, РНК (мРНК). Синтез мРНК происходит на молекуле ДНК как на матрице. Такой матричный синтез обеспечивает точность «переписывания» (транскрипции) особенностей нуклеотидной последовательности гена на молекулу мРНК. Синтезированная мРНК из ядра клетки поступает в цитоплазму, где на рибосомах (см. Клетка) происходит реализация генетической информации (процесс трансляции), которая воплощается в последовательность аминокислот, соединяющихся в полипептидную цепь белка.

Средняя по размерам молекула белка содержит около 300 аминокислотных остатков. Следовательно, средний ген должен содержать не менее 1000—1500 нуклеотидов. Однако количество нуклеотидных пар в обычной молекуле ДНК по крайней мере в 10 раз превышает количество генов. Такая «избыточность» ДНК объясняется тем, что, например, у человека только 6—10% всей ДНК составляют кодирующие специфические нуклеотидные последовательности, остальные нуклеотиды в генетическом кодировании непосредственно не участвуют.

Большинство генов эукариот имеет прерывистую структуру: участок ДНК, кодирующий аминокислотную последовательность полипептидной цепи белка, разделен некодирующими вставками на несколько частей. Кроме того, некоторые некодирующие нуклеотидные последовательности обрамляют транскрибируемую единицу с концов. При транскрипции и те, и другие участки ДНК «считываются» в виде единой молекулы-предшественницы мРНК. Затем некодирующие участки выщепляются, а кодирующие участки соединяются друг с другом, образуя молекулу «зрелой» мРНК, способной транслироваться в молекулу белка. Другие некодирующие нуклеотидные последовательности могут играть роль сигнальных последовательностей, ответственных за начало определенных процессов в клетке. К ним относятся так называемые промоторы транскрипции, точки начала репликации ДНК, участки скручивания хромосом и др. Некодирующие последовательности состоят из множества семейств, характеризующихся разной степенью повторяемости нуклеотидов и различной организацией. Однако только немногие из этих последовательностей изучены настолько, чтобы определенной последовательности могла быть приписана определенная функция.

Т.о., ген представляет собой сложную микросистему, обеспечивающую жизнедеятельность клетки и организма в целом. Теория гена, постоянно углубляющаяся и развивающаяся, является основой генетической инженерии (Генетическая инженерия), конечной целью которой служит создание организмов с новыми наследственными свойствами, а также разработка способов лечения генетически обусловленных заболеваний (см. Наследственные болезни).

Библиогр.: Бочков Н.П. Генетика человека, М., 1978; Бочков Н.П., Захаров А.ф. и Иванов В.И. Медицинская генетика, М., 1984; Дубинин Н.П. Ген. БМЭ, 3-е изд., т. 5, с. 237, М., 1977; Льюин Б. Гены, пер. с англ., М., 1987.

II

(-ы) (греч. genos род, рождение, происхождение)

структурная и функциональная единица наследственности, контролирующая образование какого-либо признака, представляющая собой отрезок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (у некоторых вирусов — рибонуклеиновой кислоты).

Гены аллельные — см. Аллели.

Ген амбивалентный (лат. приставка ambi- вокруг, с обеих сторон + valens, valentis сильный) — Г., оказывающий как полезное, так и вредное действие на его носителя.

Ген аутосомный — Г., локализованный в любой хромосоме, за исключением половых.

Ген внехромосомный (син. Г. нехромосомный) — Г., локализованный вне хромосом в той или иной цитоплазматической структуре.

Ген главный — см. Олигоген.

Ген голандрический (греч. holos весь, полностью + anēr, andros мужчина) — Г., локализованный в участке Y-хромосомы, не имеющем гомологии в X-хромосоме, и поэтому абсолютно сцепленный с Y-хромосомой.

Ген гомеотический (греч. homoios подобный) — Г., действие которого обусловливает трансформацию эмбрионального зачатка одного органа в другой, возникающий обычно в несвойственном ему месте.

Гены гомодинамические — Г., контролирующие одновременно одни и те же процессы развития.

Гены гомологичные — Г. особей одного и того же биологического вида или разных видов с одинаковой функцией и локализацией относительно других генов.

Ген диагинический (греч. dia через + gynē женщина) — Г. X-хромосомы, переданной от матери к сыну.

Ген диандрический (греч. dia через + anēr, andros мужчина) — Г. X-хромосомы, переданной от отца к дочери.

Ген доминантный (лат. dominans, dominantis господствующий) — Г., сходно проявляющийся в гетеро- и гомозиготном состоянии и подавляющий проявление других аллелей этого гена.

Ген зависимый (син. Г. криптомерный — устар.) — Г., контролирующий при полигении образование специфического признака лишь во взаимодействии с другими неаллельными генами.

Ген идиоморфный (греч. idios своеобразный, необычный + morphē вид, форма) — Г., у которого один аллель заполняет всю популяцию, а все другие аллели вместе встречаются с частотой, не превышающей 1%.

Ген изоляционный — Г., в гетерозиготном состоянии обусловливающий снижение жизнеспособности или плодовитости особи.

Гены комбинационные — Г., детерминирующие различные процессы развития особи и образующие вторичный признак только путем комбинированного действия.

Гены компенсационные — как правило, рецессивные Г., взаимно изменяющие фенотипическое проявление друг друга.

Ген комплексный — Г., состоящий из частей, контролирующих один и тот же признак, не могущих быть разделенными при кроссинговере.

Гены комплементарные (лат. complementum дополнение) — неаллельные Г., каждый из которых может по-разному изменять один и тот же признак.

Ген, контролируемый полом (син. Г., модифицированный полом) — Г., присутствующий в генотипе обоих полов, но проявляющийся по-разному у особей мужского и женского пола.

Ген криптомерный (устар.; греч. kryptos скрытый + meros часть) — см. Ген зависимый.

Ген лабильный — Г., переходящий из одного стабильного состояния в другое через ряд мелких мутационных изменений.

Ген лабильный в развитии — Г., проявление которого сильно варьирует или отмечается не у всех особей.

Ген лабильный к среде — Г., проявление которого в значительной степени зависит от условий окружающей и внутренней среды.

Ген летальный — Г., обусловливающий гибель особи обычно до достижения ею половой зрелости.

Ген малый — см. Полиген.

Ген «межвидовой» — Г., детерминирующий межвидовые барьеры и не передающийся при межвидовом скрещивании.

Гены множественные — см. Гены полимерные.

Ген, модифицированный полом — см. Ген, контролируемый полом.

Ген мутабельный (лат. mutabilis изменчивый) — Г., отличающийся высокой частотой спонтанного мутирования.

Гены неаллельные — Г., занимающие неидентичные локусы хромосом.

Ген независимый — Г., в случае полигении способный самостоятельно детерминировать образование признака без участия других генов, контролирующих этот признак.

Ген нехромосомный — см. Ген внехромосомный.

Ген, ограниченный полом — Г., присутствующий у особей обоих полов, но фенотипически проявляющийся только у особей одного пола.

Ген плазмочувствительный — локализованный в хромосоме Г., проявление которого зависит от действия внехромосомных Г.

Ген плейотропный (греч. pleiōn более многочисленный + tropos направление) — Г., принимающий участие в формировании одновременно нескольких признаков.

Гены полимерные (греч. polymerēs состоящий из многих частей, множественный; син.: аддитивные факторы, Г. множественные, множественные факторы) — неаллельные Г., принимающие участие в формировании одного и того же признака.

Гены полипликатные (греч. poly- много + лат. plico, plicatum складывать) — идентичные пары Г. с одинаковым фенотипическим проявлением, но локализованные в разных хромосомах; различают дупликатные, трипликатные, квадрипликатные Г. и т.д., соответственно числу таких пар.

Ген полиургический (греч. poly- много + греч. ergon действие) — Г., вызывающий неодинаковый эффект в различных частях организма соответственно специфическим свойствам протоплазмы.

Ген регуляторный — Г., осуществляющий контроль активности оперона.

Ген рецессивный — Г., проявляющийся только в гомозиготном состоянии.

Ген сигнальный (син. ген-маркер) — Г. с известной локализацией и проявлением, используемый для картирования данной хромосомы.

Ген сложный — Г., состоящий из частей, не разделяемых кроссинговером, но обладающих независимой мутабельностью и частично независимых друг от друга.

Ген, стабильный в развитии — Г., характеризующийся регулярным и не варьирующим по силе проявлением.

Ген структурный (син. цистрон структурный) — Г., определяющий последовательность аминокислот в полипептидной цепи.

Ген, сцепленный с полом — Г., локализованный в половой хромосоме; различают Г., абсолютно и неполностью сцепленные с полом.

Гены цепные — группа Г., каждый из которых контролирует прохождение отдельного этапа в цепи реакций, обусловливающих в итоге образование признака.

Гены эквилокальные (лат. aequus равный, одинаковый + locus место, положение) — Г., занимающие идентичные участки гомологичных хромосом.

Ген эпистатический (греч. epistasis остановка, задержка) — см. Ген-ингибитор.