3. Тонкая структура гена

Мы уже описали функцию по крайней мере большей час­ти генов, которую можно определить как матричную, поско­льку последовательность нуклеотидов гена служит матрицей для копирования разных видов РНК: мРНК, тРНК, рРНК и других видов РНК. В свою очередь мРНК служит матрицей для построения полипептидной цепи, колинеарно связывая последовательность кодонов гена с последовательностью аминокислот полипептидной цепи. Мы также привели неко­торые детали структуры гена, в том числе наличие у каждого гена промотора, содержащего сайт инициации транскрипции и непосредственно предшествующий этому сайту, так назы­ваемый ТАТА-бокс, который содержит остатки тимина и аде- нина. Гены человека, как и других высших организмов, включают экзоны и интроны. В то время как экзоны содер­жат кодирующие последовательности гена, функция интро- нов остается неизвестной, а интроны, как правило, составля­ют основную часть гена. Интроны были впервые выявлены в 1988 г. в гене р-глобина мыши. На границе экзонов и интро- нов располагается консенсусная, т.е. эволюционно консерва­тивная 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 (рис. 3.11). Для гена характерна так называемая открытая рамка считывания, т.е. наличие последовательно­сти триплетов, кодирующих аминокислоты, не перебиваемые стоп-кодонами или бессмысленными триплетами.

Иногда гены образуют группы, которые получили назва­ние мулътигенных семейств. Мультигенные семейства делятся на два основных типа. Первый тип — это классические се-

Терминация

транскрипции

Инициация

транскрипции

Экзон 1 Интрон 1 Экзон 2 Интрон 2 Экзон 3

Промотор 5'

ft ft ft

ЦАТ- ТАТА- АТГ- бокс бокс КОДОН

инициации

трансляции

ft ft

ТАА- Сигнал кодон полиаденили- терминации рования трансляции

Рис. 3.11. Организация гена у эукариот.

мейства генов, когда гены в семействе обнаруживают высо­кую степень сходства в структуре, т.е. в последовательности нуклеотидов. Примером такого рода семейств являются раз­личные рРНК, которые собраны в тандемные последователь­ности в ядрышковых организаторах акроцентрических хро­мосом, семейства генов тРНК, разбросанных по геному, пуч­ки генов а- и р-глобинов, кератинов и кристаллинов хруста­лика. При втором типе, так называемом суперсемействе ге­нов, гены обнаруживают не очень высокую гомологию в по­следовательностях нуклеотидов, но связаны между собой функционально. Наиболее яркими примерами этого типа мультигенных семейств являются гены комплекса гистосов­местимости (HLA) и гены иммуноглобулинов.

Необходимо также упомянуть о псевдогенах. Псевдогены по своей нуклеотидной последовательности очень похожи на структурные гены, но, как правило, не функциональны из-за разнообразных мутаций, накопленных такими генами.