Медична генетика - В. М. Запорожан 2005

Вступ до медичної генетики
Молекулярні основи спадковості
Будова гена еукаріотів

Під час транскрипції ланцюги ДНК принципово розрізняються за своєю функціональною роллю. Один із ланцюгів є кодуючим, або змістовим, другий — матричним. Інформаційна РНК синтезується за принципом комплементарності уздовж матричного ланцюга і, таким чином, відтворює нуклеотидну послідовність кодуючого ланцюга (рис. 1.5).

До складу структурного гена входять послідовність, що транскрибується, і регуляторні ділянки (рис. 1.6).

1. Послідовність, що транскрибується. Перший нуклеотид, що транскрибується (стартова точка транскрипції), позначається +1, всі наступні НУКЛЕОТИДИ під час транскрипції записуються із знаком «+». Нуклеотиди до точки початку транскрипції позначаються зі знаком «-».

Послідовність, що транскрибується, складається з лідерної ділянки, власне ділянки, що кодує поліпептид, і хвостової трейлерної ділянки. Лідер і трейлер необхідні для взаємодії іРНК з рибосомою, але самі не транслюються. Послідовність, яка кодує поліпептид, починається зі стартового кодону АТГ — універсального сигналу ініціації трансляції (синтезу поліпептиду) — і закінчується кодоном термінатором в ділянці 3' кінця гена — ТАА, ТАГ або ТГА. Послідовність гена, яка починається зі стартового кодону, кодує один поліпептид і не має усередині термінуючих кодонів, називають відкритою рамкою зчитування.

Таблиця 1.2. Класифікація генів

Рис. 1.5. Матричний і кодуючий ланцюги ДНК

Послідовність, що кодує поліпептид, у більшості еукаріотичних структурних генів (рис. 1.6) складається з кодуючих частин — екзонів (expressed) та некодуючих — інтронів (intervening), що чергуються. Екзони несуть інформацію про послідовність амінокислот, а інтрони вирізуються у процесі формування зрілої іРНК (сплайсинг). Кількість і розмір інтронів варіюють у різних генах і можуть перевищувати сумарну довжину екзонів у кілька разів. Інтрони розташовані в строго визначених ділянках гена, зазвичай поряд із ділянками, що кодують важливі функціональні домени білка. Можливо, така організація генів пов’язана з еволюційним об’єднанням кількох прокаріотичних генів, які не мають інтронів, в одну функціональну одиницю. Всі інтрони починаються з послідовності ГТ і закінчуються послідовністю АГ. Мутації в цих ділянках призводять до порушення сплайсингу і можуть бути причиною спадкових хвороб.

Типовий ген людини складається у середньому з 28 000 основ і має 8 екзонів. Він кодує поліпептид, який містить у середньому 447 амінокислот. Найдовший ген, знайдений у геномі людини, — це ген м’язового білка дистрофіну, що містить 2,4-10⁶ п. н.

2. Регуляторні ділянки гена. З боку 5' кінця кодуючого ланцюга попереду кількох десятків пар нуклеотидів перед послідовністю, що транскрибується, знаходиться промотор. Промотор — послідовність нуклеотидів ДНК, з якою зв’язується фермент РНК-полімераза для початку транскрипції структурного гена. У більшості генів у ділянці промотора знаходяться консервативні послідовності: ТАТА-бокс (-20), ЦААТ-бокс (-70-80). Перед промотором часто знаходиться ГЦ-мотив (-100). Консервативні ділянки, багаті на відповідні нуклеотидні пари, необхідні для правильної транскрипції і беруть участь в її регуляції. З 3' кінця гена знаходиться термінатор (ділянка, в якій завершується Транскрипція). В еукаріотів він може входити до послідовності, що транскрибується.