Класифікація генів - структурна та функціональна

ГМО, перинатальна діагностика, розшифровка ДНК, клонування – дуже багато технологій сьогодення та майбутнього пов'язано саме з цією наукою. Класифікація генів дала можливість вивчити їх функції та можливості зміни. Отже, що відомо про них сьогодні?

У кожній клітині будь-якого живого організму міститься вся інформація про нього. Теоретично цього має бути достатньо, щоб можна було відтворити його точну копію. І все завдяки ДНК, що фактично є генетичним паспортом. Маючи в своєму розпорядженні його зразки, можна вивести давно зниклі види тварин і рослин і зупинити вимирання тих, хто перебуває під загрозою.

Ген – це елементарна одиниця спадкового матеріалу. Вони складаються у деякі більші частини, а ті, своєю чергою, становлять молекули ДНК. По суті кожен її шматочок - це елемент коду у вигляді послідовності нуклеотидів, в якій і зашифрована вся інформація про організм. І наука, яка досліджує те, що це за відомості, якими є функції окремих одиниць, у чому полягає структурно-функціональна класифікація генів та інші суміжні питання, відносно молода, але вже встигла довести свою необхідність і показати величезний потенціал.

Про те, що діти успадковують деякі риси своїх батьків та далеких родичів, відомо давно. Однак протягом тривалого часу було абсолютно незрозуміло, який механізм передачі інформації про зовнішність, характер, хвороби від батьків дітям, онукам та подальшим нащадкам. На цьому етапі варто згадати знаменитого Менделя, який сформулював закони наслідування тих чи інших ознак, хоч і не знав, як це відбувається.

Прорив у сфері вивчення генів став питанням часу з появи мікроскопів. У клітин були виявлені ядра, в якілюдству вдалося заглянути через лічені десятки років. Найцікавіше, що відкриття протягом тривалого часу було у вчених буквально під носом, але вони наполегливо його не помічали.

Річ у тім, що ДНК вперше було виділено ще 1868 року. Але аж до початку XX століття багато біологів були впевнені, що ця речовина має функцію накопичення запасів фосфору в організмі, а не відіграє роль сховища повної закодованої інформації про нього. Приблизно в середині століття було проведено деякі експерименти, які довели, що саме є головним призначенням ДНК. Але спосіб передачі та структура речовини залишалися невідомими.

Розшифровка геному

На підставі досліджень Моріса Вілкінса і Розалінд Франклін у 1953 році Френсіс Крік і Джеймс Уотсон припустили, що ДНК є подвійною спіралью. Пізніше цю гіпотезу довели, за що вчені отримали Нобелівську премію.

Тепер перед наукою постало завдання розшифрування генетичного року, яке дозволило б відповісти на численні питання. І тут у справу вступили не лише біологи, а й фізики з математиками. Спосіб кодування протягом десятка років залишався загадкою, було зрозуміло лише те, що він триплетний, тобто включає три компоненти-нуклеотиди. У 1965 році нарешті став зрозумілим зміст усіх одиниць, названих кодонами. Шифр був зламаний.

Однак це не означає, що для вчених не лишилося загадок. Дослідження, як і раніше, продовжуються, але класифікація генів та їх вивчення дали більше розуміння природи деяких захворювань та способів їх лікування. Тепер люди, здавши кров, можуть з'ясувати, які їм загрожують недуги, чи ризик успадкувати ті чи інші проблеми зі здоров'ям від своїх батьків і передати їх дітям. Це сприялосерйозного просування у багатьох галузях медицини.

Функції гена

Коли призначення ДНК стало очевидним, вчених зацікавило питання про те, який сенс має кожна одиниця коду, за що вона відповідає, які процеси в організмі запускає. І ось уже кілька десятиліть пошуком відповідей займаються багато дослідників. За весь цей час стало зрозуміло, по-перше, що ген - це неподільна одиниця спадкової інформації, а по-друге, що понятійний апарат вчених дуже потребує доповнення.

Було запроваджено ще кілька термінів, які дозволили повніше відбивати словесно ті процеси, які спостерігаються практично. Але функції гена так і залишилися в досить туманному формулюванні - синтез білків і поліпептидів. Кожна ділянка ДНК відповідає за свою конкретну речовину, а як це відбивається на організмі, здебільшого сказати складно. Дослідникам ще доведеться попрацювати, щоб можна було сказати, що ті чи інші гени, наприклад, відповідають за колір очей, хорошу шкіру та деякі особливості у роботі серця. Все ускладнюється деякими властивостями ДНК.

класифікації

Очевидно, що кожна одиниця ДНК виконує якісь певні завдання, нехай вони поки що й невідомі людству. З цієї причини склалася сучасна структурно-функціональна класифікація генів. Вона використовується найчастіше, але є й інші, більш вузькоспеціалізовані та які враховують якісь конкретні властивості тих чи інших ділянок ДНК. Загалом і загалом мається на увазі така класифікація генів: структурні та регуляторні (функціональні). Кожен із цих різновидів, у свою чергу, може ділитися на групи. Наприклад, серед регуляторів розрізняють модифікатори, супресори, інгібітори тощо.

Також використовуєтьсярозподіл генів за критерієм впливу на життєздатність, що передбачає летальні, напівлетальні та нейтральні одиниці.

Принципові відмінності

Трохи вище було розглянуто загальноприйняту класифікацію генів. Структурні та функціональні частини ДНК, згідно з нею, протиставляються одна одній, але насправді все зовсім не так. Вони не можуть працювати окремо, і кожна з цих груп по-своєму важлива.

Структурні гени відповідають за безпосередній синтез основних білків та амінокислот. Регулятори впливають з їхньої роботу, контролюють їх включення і виключення у процесі розвитку організму, і навіть займаються створенням інших допоміжних речовин. За характером свого на структурну частину вони діляться на інгібітори, супресори, інтенсифікатори і модифікатори. Їхня активність дозволяє прискорити або загальмувати розвиток тих чи інших ознак.

Кожна одиниця ДНК має ряд характерних рис, які дозволяють у порівняно невеликій молекулі білка закодувати всю інформацію про організм:

Дискретність. Кожен ген діє як самостійна одиниця.
Стабільність. Якщо немає мутації, ті чи інші частини ДНК передаються майбутнім поколінням у незмінному вигляді.
Специфіка. Кожен ген діє в розвитку певного ознаки.
Дозування. Зміна кількості гена в організмі веде до порушень (наприклад, синдром Дауна – збільшення кількості хромосом).
Плейотропія. Можливість одного гена сприятиме розвитку кількох ознак.

Ще дуже багато доведеться дізнатися. Так, вчені досягли багато чого, прочитавши ДНК, розуміння покращало і тоді, коли була сформована класифікація генів. Структурна та регуляторна частини,працюючі разом, усвідомлення механізму кодування – останні сторіччя стало справжнім бумом розвитку біології. Але доведеться дізнатися ще дуже багато.

Перспективи розвитку науки

Незважаючи на те, що генетика є порівняно молодою наукою, вже зараз очевидно, що на неї чекає велике майбутнє. Лікування хвороб, які вважалися безнадійними, поліпшення властивостей рослин і тварин, що дозволяє розвивати сільське господарство, відновлення біологічного розмаїття - це можливо вже зараз. Основний фактор, що стримує подальше вивчення, експерименти та втілення у життя, - етика. Моральні проблеми, з якими зіткнеться людство, навчившись керувати інформацією, закодованою в ДНК, поки що не зовсім зрозумілі.