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).

Ге́ны алле́льные — см. Аллели.

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

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

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

Ген гла́вный — см. Олигоген.

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

Ге́ны гомодинами́ческие — Г., контролирующие одновременно одни и те же процессы развития.

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

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

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

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

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

Ген идиомо́рфный (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 изоляцио́нный — Г., в гетерозиготном состоянии обусловливающий снижение жизнеспособности или плодовитости особи.

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

Ге́ны компенсацио́нные — как правило, рецессивные Г., взаимно изменяющие фенотипическое проявление друг друга.

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

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

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

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

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

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

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

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

Ген ма́лый — см. Полиген.

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

Ге́ны мно́жественные — см. Гены полимерные.

Ген, модифици́рованный по́лом — см. Ген, контролируемый полом.

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

Ге́ны неалле́льные — Г., занимающие неидентичные локусы хромосом.

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

Ген нехромосо́мный — см. Ген внехромосомный.

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

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

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

Ге́ны полиме́рные (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.

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

Ген регулято́рный — Г., осуществляющий контроль активности оперона.

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

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

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

Ген, стаби́льный в разви́тии — Г., характеризующийся регулярным и не варьирующим по силе проявлением.

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

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

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

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

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