Құрастырушылар

АDРD-Альцгеймер ауруы/Паркинсон ауруы; DEAF-естудің нейросенсорлық кемістігі; LHON-Лебердің нейроофтальмопатиясы; LDYТ-LHON, МЕLAS-митохондриялық миопатия, энцефалопатия; NARP-нейропатия, атаксия, пигменттік ретинит; РЕМ-энцофаломиопатия.

Адамның сақиналы ДНҚ-сы толық зерттелмеген оның өлшемі 150 н.ж.-тан -20000 н.ж. дейін болады. Ядроның сақиналы ДНҚ-сы онкогендермен уларға төзімділік гендерінің амплификацияланған (көшірмеленген) учаскелері болып табылады. Адам геномының жалпы ұзындығы 3000-3500см тең.

Геномның гендік деңгейі
Ақуыздар және РНҚ молекулаларының құрылысы туралы ақпарат ДНҚ молекуласында гендер және цистрондар деп аталатын учаскелерде жазылған. Ген дегеніміз –бір ақуыз молекуласы туралы ақпаратты кодтайтын ДНҚ учаскесі.Цистрон дегеніміз- бір полипептид тізбегін кодтайтын ДНҚ учаскесі. Егер ақуыз молекуласы бірнеше полипептид тізбегінен құралған болса, онда оның гені бірнеше цистрондардан тұрады (бактерияларда), ал егер ақуыз молекуласы бір-ақ полипептид тізбегінен құрылған болса онда ген ұғымы цистрон ұғымына сәйкес болады, яғни генде бір ғана цистрон болады (эукариоттар).

Гендердің экспрессиялануы нәтижесінде ақуыздар (ферменттер) синтезделінеді, ал олар өзара және орта факторлармен әрекеттесіп нақтылы белгінің дамуын қадағалайды. 1945 жылы Д.Бидл және Э.Татум «бір ген-бір ақуыз (фермент)» деген гипотезаны қалыптастырды. Бұл гипотезаға сәйкес жасушада белгілі-бір алмасу өнімінің түзілуіне алып келетін метаболизм үдерісінің әрбір сатысы ақуыз-ферменттер арқылы катализденеді, ал соңғылары (ақуыз-ферменттер) гендер арқылы анықталады.

Прокариоттар гендері тек мағыналы (кодтаушы) нуклеотидтер бірізділігінен (кодондардан), ал эукариоттар гендері - мағыналы (экзондар) және мағынасыз (интрондар) учаскелерден тұрады. Гендердегі интрондар саны 2-ден 40-50-ге дейін жетеді, кейбір гендерде интрондар үлесіне геннің 90% көлемі тиесілі болады.

1954 жылға дейін ген –тұқым қуалаушылықтың ең ұсақ, әрі қарай бөлінбейтін құрылымдық, қызметтік бірлігі деп келінген. Бірақ, кейінгі кездегі зерттеулер, ген қызметтік тұрғыдан алғанда күрделі құрылым екендігін көрсетті: ол цистрон деп аталатын геннің негізгі, кодтаушы бөлімінен, мутациялануға қабілетті- мутон, рекомбинациялауға қабілетті - рекон деп аталатын учаскелерден тұратыны белгілі болды.

Мутон- мутациялық құбылыстың қарапайым өлшем бірлігі, оның өлшемі ДНҚ молекуласының 1 жұп нуклеотидіне тең. Кроссинговер кезінде ДНҚ молекулалары арасында өзара учаскелерімен алмасу орын алады. Егер осы кезде учаскелермен алмасу тепе-теңдігі бұзылса ол нуклеотидтердің қосылуы не түсіп қалуы сияқты гендік мутацияларға алып келеді. Осылайша ДНҚ молекулалары арасындағы рекомбинациялану құбылысы бұзылады. Рекомбинацияның бұзылуына себепші нуклеотидтердің ең аз (минимальды) саны-бір жұп нуклеотидке тең-оны рекон деп атайды. Рекон- рекомбинацияның ең кіші өлшем бірлігі. Әдетте ген-бір полипептид молекуласын кодтайды, бірақ кейде ген (ген, ДНҚ учаскесі) әртүрлі қызмет атқаратын бірнеше полипептид тізбегінің синтезделуін жүзеге асыруы мүмкін. Мысалы, ашытқы саңырауқұлағының митохондриясының цитохром В ферментін кодтайтын вох гені екі түрлі күйде болады: «ұзын» ген күйінде–ол 6 экзон, 5 интроннан тұрады. «Ұзын» геннің 3 интронының үзіліп түсіп қалуы нәтижесінде «қысқа» ген пайда болады, ол РНҚ- матураза ақуызын синтездейді. Бұл ақуыз осы геннің басқа да интрондарының үзіліп түсіп қалуына және цитохром В матрицасының (қалып) пайда болуына алып келеді. Бұл құбылысты балама сплайсинг деп атайды. Кенеттен, өздігінен пайда болған немесе орта факторларының әсерінен пайда болған тұқым қуалаушылық материалдың өзгерулері (мутациялар) бір геннің бірнеше варианттар күйінде кездесуіне алып келеді. Бұл ген нұсқаларында түрліше генетикалық ақпараттар болады және олар белгінің әртүрлі нұсқаларын дамытады, мыс. А, а гендері бұршақ тұқымының сары және жасыл түсті болуын анықтайды.

Бір белгінің нақтылы нұсқаларын анықтайтын геннің түрлерін аллельдер деп атайды. Аллель –геннің бір учаскесінде нуклеотид жұбының әртүрлі күйде болуы. ДНҚ молекуласының бір учаскесіндегі 1 жұп нуклеотид 4 түрлі күйде болуы мүмкін: АТ, ТА, ГЦ, ЦГ. Осы жұптардың тек біреуі ғана табиғи (жабайы) күйде болады да, қалған 3-еуі мутация негізінде қалыптасқан. Егер геннің әртүрлі нуклеотидтер жұптары мутацияланса, онда осы жолмен пайда болған бір геннің 2 формасын жалған аллельдер (псевдогендер) деп атайды. Бір геннің нағыз аллельдері мен псевдоаллельдерінің жалпы саны 4^п дәрежесіне тең, бұл жерде n –осы гендегі нуклеотидтер жұптарының саны. Ген аллельдері хромосоманың бір локусында (учсакесінде) орналасады және бір локуста аллельдердің тек біреуі ғана болады. Бұл ген аллельдерінің балама (альтернативті) күйінде болуына алып келеді. Егер түр генофондында бір ген бір мезгілде екі аллельден көп мөлшерде кездесетін болса, онда мұны көпшілікті аллелизм деп атайды. Мысалы, АВО қан топтарын анықтайтын İ геннің 3 аллелі белгілі: İ^А, İ^В, İ^О, сол сияқты гемоглобин (Нв) генінің 130-ден астам аллельдері белгілі, иммуноглобулин гені де көпшілікті аллелизмге ие.

Гендердің жіктелуі түрліше болып келеді, мыс. аллельді, аллельсіз гендер; летальды, жартылай летальды гендер; структуралық (құрылымдық) гендер, модуляторлық гендер, реттеуші гендер т.б.

Структуралық (құрылымдық) гендерге-ферменттерді, рибосома ақуыздарын, гистондық ақуыздарды, РНҚмолекулаларын анықтайтын гендер жатады. Модуляторлық гендерге ингибиторлар және супресорлар, интенсификаторлар және модификаторлар кіреді. Реттеуші гендерге структуралық гендердің экспрессиясын реттейтін гендер-энхансерлер, операторлар, промоторлар, аттенюаторлар, терминаторлар т.б. жатады.

Қызметтік белсенділігіне қарай гендерді-конститутивтік, реттелуші гендер, қозғалғыш генетикалық элементтер –транспозондар т.б. деп бөледі. Конститутивтік гендер дегеніміз- ағза онтогенезінің барлық сатыларында және барлық жасушаларда үнемі актив экспрессияланатын гендер. Бұл гендердің өнімдері (РНҚ, ақуыздар, рибосома ақуыздары, гистондар т.б.) жасушалардың негізгі тіршілігін қалыптастырады, сондықтан олар кез-келген жасушалардың тіршілігі үшін қажет, оларды кейде «тұрмыстық» гендер деп те атайды. Реттелуші гендер (көбінесе құрылымдық-структуралық гендер) жасушаның ерекше қызметтерін, құбылыстарын, қамтамасыз ететін арнайы ақуыздардың синтезделуін кодтайды және олардың экспрессиялануы әртүрлі реттеуші факторлар әсерлеріне байланысты болады.

Геннің алғашқы өнімдерінің қызметтеріне қарай гендерді бірнеше топқа бөледі: ферменттер гендері; ақуыз қызметтерінің модуляторлары; рецепторлар гендері; транскрипция факторларының гендері, жасушаішілік және жасуша сыртындағы матрикстің ақуыздарының гендері, трансмембраналық тасымалдаушылар гендері; иондық арналар құрылымының гендері; гормондар гендері; иммуноглобулин гендері.

Адам ағзасының жасушаларының негізгі құбылыстарына қатынасатын гендердің ара қатынасы төмендегідей: 22 %-РНҚ және ақуыз синтезін қадағалайтын гендер; 12%-жасуша бөлінуін реттейтін гендер; 12% жасуша сигналдарының гендері; 12%- жасушаны қорғауды қамтамасыз ететін гендер; 17%- зат алмасу гендері; 8%-жасуша құрылымдарының гендері; 17%-гендердің қызметтері белгісіз.

Гендердің өлшемі түрліше болып келеді. Көптеген гендердің өлшемі 50 000 н.ж. тең, ал олардың орташа ұзындығы- 27 000 н.ж. тең. Гендердің өлшемдеріне қарай-шағын гендер -өлшемі 800-4000 н.ж. аралығында, оларға α, β-глобин, инсулин (1500 н.ж.) гендері жатады; орташа гендер -өлшемі 11000-45000 нж. аралығында, бұларға коллаген (18000 н.ж.), альбумин (25 000 н.ж.) т.б. гендері жатады; үлкен гендер-өлшемі 50000-90000 н.ж. аралығында-фенилаланингидроксилаза гені; алып гендер- өлшемі 100000 н.ж. артық, мыс. қан ұюының VІІІ факторының гені- 186 000 н.ж., супер алып гендер-өлшемі миллиондаған н.ж.-дистрофин гені 2 млн. н.ж. көп.

Қозғалғыш генетикалық элементтер–автономдық генетикалық бірліктер, олардың нуклеотидтер бірізділігінде осы элементтерді ДНҚ-ның бір жерінен екінші жеріне ауысуын, орын алмастыруын, қамтамасыз ететін ақуыздар туралы ақпарат болады. Геннің мұндай орын алмастыруын транспозиция деп атайды (оларды кейде секіруші гендер деп те атайды). Транспозиция–орын алмастырушы (көшетін, секіретін) элементтің (ген) аяқ жағында орналасқан нуклеотидтер бірізділігімен арнайы ақуыз молекуласының әрекеттесуі нәтижесінде жүзеге асады. Ол екі кезең арқылы жүреді: 1) қозғалғыш элементтер (гендер) молекуласының аяқ жағындағы нуклеотидтер бірізділігі тізбектері ажырасқан ДНҚ-нысанамен қосылады; 2)қозғалғыш элемент (ген) репликацияланады, ал ДНҚ-нысана репликацияланбайды. Осылайша қозғалғыш элементтердің бір көшірмесі ДНҚ-нысана молекуласына жалғанады, ал екіншісі өз орнында қалып қояды.

Қозғалғыш элементтердің 2 түрі белгілі: 1) кішкентай инсерциялық бірізділіктер (İS) және 2) үлкен, ірі (мың нуклеотидтерден де көп) транспозондар (Тп).

Транспозондарда (Тп) транспозицияны қаматамасыз ететін гендермен қатар жасушаның маңызды қасиеттерін қалыптастыратын гендер де болады, мыс. Тп-3, оның өлшемі 4957 н.ж. және онда ампицилинге төзімділікті қалыптастыратын β-лактамаза ферментін кодтайтын ген болады.

Тп және İS-лардың негізгі қызметтері-өздерінің қыстырылып орналасқан жерлеріне жақын орналасқан гендердің экспрессиялануын реттеу, яғни кейбір гендердің экспрессиялануын активтендірсе, кейбіреулерін керісінше- активсіздендіреді. Сонымен қатар, олар ДНҚ-нысана молекуласын бірнеше бөлшектерге нақтылы, дәл кесу немесе қалпына келтіру қабілеттеріне де ие. Тп-дар инверсия немесе делеция типті мутациялардың пайда болуының себебі де болуы мүмкін.

Ген әрекеті дискретті болады, яғни әрбір ген ағзаның нақтылы белгісінің дамуын анықтайды.

Ген әрекеті нақтылы болады, яғни әрбір ген белгілі бір полипептид молекуласы туралы ақпаратты кодтайды. Бірақ кейде, бір ген бірнеше полипептид молекуласының синтезделуіне қатынасуы мүмкін. мыс. балама сплайсинг кезінде.

Ген әрекеті плейотропты болуы мүмкін, яғни бір ген бірнеше белгінің дамуын қадағалайды, себебі оның өнімі- полипептид, әртүрлі биохимиялық құбылыстарды катализдейді.

Ген әрекеті дозалық сипатқа ие болады, яғни бір геннің экспрессиялануы оның аллельдерінің дозасына байланысты болады. Мыс. НвS гені. Ол гемоглобин молекуласында құрылысы өзгерген β-глобиннің синтезделуіне алып келеді, бұл эритроциттер формасын өзгертіп-орақ пішінді анемия (қан аздылық) ауруының себебі болып табылады. Егер ағзада осы геннің екі данасы (дозасы) кездессе НвS/ НвS онда орақ жасушалы анемияның өте ауыр, қатал түрі дамып ағзаның өліп қалуына алып келеді, ал егер осы аллель бір дана (доза) күйінде кездессе НвS/ НвА, онда эритроцит формасы шамалы ғана өзгереді де анемияның жеңіл түрі дамиды.