Мы рассмотрели, что собой представляет ген, кодирующий полипептидную цепь и как осуществляется контроль за синтезом такой цепи. Надо, однако, заметить, что последовательность ДНК таких генов составляет менее 2 % всего генома (весь геном представлен более чем 3 млрд п.н.). Остальная часть генома представлена последовательностями ДНК, не кодирующими белки. Около 73 % составляют так называемые однокопийные ДНК (гены, кодирующие белки, также являются однокопийными, но они в данном случае не включены в 73 %). Как следует из их названия, однокопийные ДНК представлены в геноме однажды или в крайнем случае всего несколько раз. Однокопийные ДНК состоят в основном из ДНК-последовательностей интронов и последовательностей, расположенных между генами. Оставшиеся 25 % генома — это повторяющиеся последовательности, которые встречаются в геноме сотни или тысячи раз. Они делятся на диспергированные последовательности ДНК и сателлитные ДНК

Диспергированные последовательности ДНК (15 % всей ДНК) представлены SINE (короткие вставочные элементы) и LINE (длинные вставочные элементы) и некоторыми другими последовательностями. Отдельные SINE-последователь-ности имеют протяженность от 90 до 500 п.н., а отдельные LINE-последовательности могут включать до 7000 т.п.н. Один из типов SINE-последовательностей называется Alu-после-довательностями из-за того, что они разрезаются Alu-рест-риктазой. Всего в геноме содержится от 300 000 до 500 000 Alu-последовательностей. Особенностью этих последовательностей является то, что они могут копировать сами себя и копии могут вставляться в разные части геномной ДНК, в том числе в гены, нарушая их функцию.

Следовательно, Alu-последовательности могут быть одним из типов мутаций. Сателлитные повторы собраны в пучки в разных районах разных хромосом и состоят из одной и той же последовательности, повторяющейся много раз. Сателлитные повторы ДНК не имеют никакого отношения к спутникам хромосом, о которых пойдет речь в главе, посвященной хромосомам человека. Сателлитная ДНК составляет примерно 10 % последовательности генома и подразделяется на а-сателлитную ДНК, мини- и микросателлиты. а-Сателлитная ДНК обычно обнаруживается рядом с центромерами всех хромосом. Ее базовая последовательность состоит из 171 нуклеотида и она может тандемно, т.е. стык в стык, повторяться тысячи раз. Мини-сателлиты также представляют собой тандемно соединенные повторы. Базовая последовательность может состоять из 20—70 п.н., повторяться такая последовательность может десятки раз. Микросателлиты — еще один тип тандемно соединенных повторов. Их базовая последовательность короткая, всего 2—4 п.н., а общая длина не превышает нескольких сотен пар нуклеотидов. Как микро-, так и мини-сателлиты широко и успешно использовали для генетического картирования и всего генома человека и отдельных генов, так как они обнаруживают широкую вариабельность по числу повторов и вследствие этого могут рассматриваться как полиморфные локусы1.

Ген — это отрезок молекулы ДНК. Только эта макромолекула из огромного спектра макромолекул, существующих в каждой клетке каждого живого организма, способна самовоспроизводиться, а значит, передавать в поколениях клеток или организмов содержащуюся в ней информацию. Способность ДНК к самовоспроизведению обусловлена особенностями ее химической структуры.

В 1953 г. Дж.Уотсон и Ф.Крик опубликовали историческую статью о физической структуре ДНК. Согласно модели Уотсона и Крика, молекула ДНК представляет собой двойную спираль. Цепи этой спирали образуют дезоксирибоза и фосфатные группы. Через определенные промежутки к каждой цепи крепится азотистое основание, обращенное внутрь спирали. Каждое азотистое основание может соединиться только с другим строго определенным и комплементарным ему основанием, а именно: аденин с тимином, а гуанин с цитозином. Именно это свойство нуклеотидов комплементарно спариваться обеспечивает основу для точного воспроизведения последовательности нуклеотидов каждой цепи ДНК, или конвариантной редупликации.

Сохранение всей имеющейся в исходной молекуле ДНК информации в виде определенной последовательности нуклеотидов обеспечивается за счет особого процесса, предшествующего делению любой клетки организма, который называется репликацией ДНК. Это достаточно сложный процесс, в котором участвуют разнообразные ферменты, прежде всего ДНК-полимераза и другие белки.

Последовательность нуклеотидов ДНК является кодом для построения всех белков организма и некоторых типов РНК. Генетический код является триплетным (каждая аминокислота кодируется тройкой нуклеотидов), неперекрывающимся и вырожденным (одна аминокислота может кодироваться несколькими разными триплетами нуклеотидов). Наиболее важны первые два нуклеотида каждого кодона.

Для того чтобы информация о структуре белка, записанная на языке кодонов ДНК, попала в цитоплазму клетки, он сначала переписывается (транскрибируется) на молекулу мРНК. Транскрипция обеспечивается большим количеством ферментов и белков, особая роль принадлежит РНК-полимеразе. После окончания транскрипции мРНК происходит ее созревание, или процессинг, который заключается в том, что из первичного транскрипта мРНК вырезаются специальными ферментами интроны, а экзоны, представленные в мРНК, соединяются с помощью специальных ферментов вместе, образуя функционально зрелую мРНК.

В цитоплазме клеток происходят расшифровка информации, закодированной с помощью генетического кода, и построение на матрице мРНК полипептидной цепи определенного белка. В этом процессе участвуют еще два вида РНК — рибосомная (р) и транспортная (т). тРНК служат для переноса аминокислот. Комплементарность антикодо-на тРНК кодону мРНК является тем специфическим механизмом, который обеспечивает строгую трансляцию последовательности кодонов мРНК и соответственно гена в последовательность аминокислот кодируемой им поли-пептидной цепи. Образование полипептидной цепи из последовательно доставляемых к мРНК тРНК с соответствующими аминокислотами происходит на рибосомах.

Структура гена у высших организмов достаточно сложная. В нее входят промотор, содержащий сайт инициации транскрипции, экзоны и интроны. Экзоны содержат кодирующие последовательности гена, функция интронов остается неизвестной. На границе экзонов и интронов располагается консенсусная последовательность, которая распознается ферментами сплайсинга, т.е. ферментами для вырезания интронов из первичного транскрипта мРНК. На З'-конце гена уже в некодирующей части расположен сайт, обеспечивающий добавление 100—200 остатков аденина к мРНК для обеспечения ее стабильности. Для гена характерна так называемая открытая рамка считывания, т.е. наличие достаточно длинной последовательности триплетов, кодирующих аминокислоты, не перебиваемые стоп-кодонами или бессмысленными триплетами.

Последовательность генов, кодирующих белки, составляет менее 2 % всего генома (весь геном представлен более чем 3 млрд п.н.). Остальная часть генома представлена последовательностями ДНК, не кодирующими белки. Около 75 % составляют так называемые однокопийные ДНК. Оставшиеся 25 % генома — это повторяющиеся последовательности, которые встречаются в геноме сотни или тысячи раз. Они делятся на диспергированные последовательности ДНК и сателлитные ДНК.

- Вернуться в оглавление раздела "Генетика. Медицинская генетика."