Gen: Arten und Funktionen des Gens

Lesen Sie diesen Artikel, um mehr über das Gen zu erfahren: Arten und Funktionen des Gens!

Der Begriff Gen wurde 1909 von Johanssen eingeführt. Vor ihm hatte Mendel den Wortfaktor für eine bestimmte, unterschiedliche, partikuläre Vererbungseinheit verwendet, die an der Expression eines Merkmals beteiligt ist. Johanssen hat Gen als elementare Vererbungseinheit definiert, die einem bestimmten Merkmal zugeordnet werden kann.

Morgans Arbeit schlug das Gen als das kürzeste Segment des Chromosoms vor, das durch Kreuzung getrennt werden kann, eine Mutation durchlaufen kann und die Expression eines oder mehrerer Merkmale beeinflussen kann. Gegenwärtig ist ein Gen als Vererbungseinheit definiert, die aus einem DNA- oder Chromosomensegment besteht, das sich an einem bestimmten Ort (Genort) befindet, der codierte Informationen enthält, die mit einer bestimmten Funktion assoziiert sind und eine Kreuzung sowie eine Mutation durchmachen können.

Ein Gen ist:

(i) eine Einheit von genetischem Material, das replizieren kann,

(ii) es ist eine Einheit der Rekombination, dh sie kann sich überschreiten,

(iii) eine Einheit von genetischem Material, das eine Mutation durchlaufen kann,

(iv) Eine mit der somatischen Struktur oder Funktion verbundene Einheit der Vererbung, die zu einem phänotypischen Ausdruck führt. Lewin (2000) hat Gen als eine Sequenz von DNA definiert, die für ein diffusionsfähiges Produkt kodiert.

Beadle und Tatum (1948) schlugen aus ihrer Arbeit über Neurospora auxotrophs eine Ein-Gen-Hypothese vor und definierten das Gen als eine Einheit des Erbmaterials, die ein einzelnes Enzym spezifiziert. Yanofsky et al. (1965) beobachteten, dass bestimmte Enzyme aus mehr als einem Polypeptid bestehen könnten.

Sie ersetzten die One-Gen-One-Enzym-Hypothese durch eine One-Polypeptid-Hypothese (das Gen ist eine Einheit aus Erbmaterial, das die Synthese eines einzelnen Polypeptids spezifiziert). Zu diesem Zeitpunkt war klar geworden, dass Erbmaterial des Chromosoms DNA ist und dass ein Gen ein lineares DNA-Segment ist, das als Cistron bezeichnet wird.

Daher ist der Begriff Cistron zu einem Synonym für Gen geworden. Ferner kann ein Gen oder Cistron nicht nur ein Polypeptid, sondern auch Ribosomen- oder Transfer-RNA synthetisieren. Cistron (oder Gen) ist ein DNA-Segment, das aus einem Abschnitt von Basensequenzen besteht, die für ein Polypeptid, eine Transfer-RNA (tRNA) oder ein ribosomales RNA (rRNA) -Molekül kodieren. Derzeit wird ein solches Gen als strukturelles Gen bezeichnet.

Das genetische System enthält auch eine Reihe regulatorischer Gene, die die Funktion von Strukturgenen steuern. Es gibt jedoch einige Ausnahmen, z. B. überlappende Gene, Polyprotein-Gene, Split-Gene usw.

Ein Gen oder Cistron hat viele Positionen oder Stellen, an denen Mutationen auftreten können. Eine Änderung eines einzelnen Nukleotids kann zu einem mutierten Phänotyp führen, z. B. Sichelzellenanämie. In ähnlicher Weise können zwei defekte Cistrons rekombinieren, um ein Wildtyp-Cistron zu bilden. Trotz der obigen Änderungen in den Konzepten der strukturellen Mutations- und Rekombinationsmerkmale des Gens bleibt das funktionale Konzept dasselbe - es ist eine Einheit der Vererbung.

Arten von Genen:

1. Haushalte-Gene (konstitutive Gene):

Es sind jene Gene, die sich ständig in einer Zelle exprimieren, weil ihre Produkte für die normalen Zellaktivitäten benötigt werden, z. B. Gene für die Glykolyse, ATP-ase

2. Nicht-konstitutive Gene (Luxusgene):

Die Gene drücken sich nicht immer in einer Zelle aus. Sie werden je nach Anforderung zellulärer Aktivitäten ein- oder ausgeschaltet, z. B. Gen für Nitratreduktase in Pflanzen, Laktosesystem in Escherichia coli. Nicht-konstitutive Gene sind zwei weitere Arten, induzierbar und unterdrückbar.

3. Induzierbare Gene:

Die Gene werden als Reaktion auf das Vorhandensein einer chemischen Substanz oder eines Induktors eingeschaltet, die für das Funktionieren des Produkts der Genaktivität erforderlich ist, z. B. Nitrat für Nitratreduktase.

4. Repressible Gene:

Es sind die Gene, die sich weiter ausdrücken, bis eine Chemikalie (oft ein Endprodukt) ihre Aktivität hemmt oder unterdrückt. Die Hemmung durch ein Endprodukt wird als Feedback-Repression bezeichnet.

5. Multigene (Multiple Gene Family):

Es handelt sich um eine Gruppe ähnlicher oder nahezu ähnlicher Gene, um die Anforderungen an zeit- und gewebespezifische Produkte zu erfüllen, z. B. die Globin-Genfamilie (z. B. 5, (3, auf Chromosom 11, oc und 8 auf Chromosom 16).

6. Wiederholte Gene:

Die Gene kommen in mehreren Kopien vor, da ihre Produkte in größerer Menge benötigt werden, z. B. Histon-Gene, tRNA-Gene, rRNA-Gene, Actin-Gene.

7. Einzelexemplare:

Die Gene sind in Einzelexemplaren vorhanden (gelegentlich 2-3 mal), z. B. Protein kodierende Gene. Sie bilden 60–70% der funktionellen Gene. Duplikationen, Mutationen und die Ummischung von Exons können neue Gene bilden.

8. Pseudogene:

Sie sind Gene, die eine Homologie zu funktionellen Genen aufweisen, jedoch aufgrund von dazwischenliegenden Nonsense-Codons, Insertionen, Deletionen und Inaktivierung von Promotorregionen, z. B. mehrerer snRNA-Gene, keine funktionellen Produkte produzieren können.

9. Verarbeitete Gene:

Es sind eukaryotische Gene, denen Introns fehlen. Verarbeitete Gene wurden wahrscheinlich aufgrund reverser Transkription oder Retroviren gebildet. Verarbeitete Gene sind im Allgemeinen nicht funktionell, da ihnen Promotoren fehlen.

10. Geteilte Gene:

Sie wurden 1977 von vielen Arbeitern entdeckt, aber Sharp und Roberts (1977) haben Anerkennung zugesprochen. Split-Gene sind solche Gene, die zusätzliche oder nicht essentielle Bereiche aufweisen, die mit wesentlichen oder kodierenden Teilen durchsetzt sind. Die nicht wesentlichen Teile werden als Introns, Spacer-DNA oder intervenierende Sequenzen (IVS) bezeichnet. Wesentliche oder kodierende Teile werden Exons genannt. Transkribierte intronische Regionen werden entfernt, bevor RNA in das Zytoplasma gelangt. Split-Gene sind charakteristisch für Eukaryoten.

Bestimmte eukaryotische Gene sind jedoch vollständig exonisch oder nicht gespalten, z. B. Histon-Gene, Interferon-Gene. Split-Gene wurden auch in Prokaryoten, Thymidylat-Synthase-Gen und Ribonukleotid-Reduktase-Gen in T ₄ aufgezeichnet. Ein Gen, das Calcitonin in der Schilddrüse produziert, bildet im Hypothalamus ein Neuropeptid, indem es ein Exon entfernt. Adenovirus hat auch einen Mechanismus, um 15-20 verschiedene Proteine aus einer einzigen Transkriptionseinheit durch differentielles Spleißen herzustellen.

11. Transposons (springende Gene; Hedges und Jacob, 1974):

Dies sind DNA-Segmente, die von einem Ort im Genom zum anderen springen oder sich bewegen können. Transposons wurden erstmals von Me Clintock (1951) im Falle von Mais entdeckt, als sie feststellte, dass ein DNA-Abschnitt in ein Gen gelangt, das für pigmentierte Kerne kodiert, und hell gefärbte Kerne produziert.

Transposons besitzen an ihren Enden repetitive DNA, entweder ähnlich oder invertiert, etwa 5, 7 oder 9 Nukleotide lang. Enzymtransposase trennt das Segment von seinem Original, indem die repetitiven Sequenzen an ihren Enden gespalten werden.

Es gibt viele Arten von Transposons. Beim Menschen gehören die häufigsten Transposontypen zur Alu-Familie (mit einer Schnittstelle für das Restriktionsenzym Alu I). Die Anzahl der Nukleotide pro Transposon beträgt etwa 300 mit etwa 300.000 Kopien im Genom. Die Übertragung von Transposons von einem Ort zum anderen bewirkt eine Ummischung der Nukleotidsequenzen in Genen. Die Ummischung in Introns verändert häufig die Expression von Genen, z. B. Protoonkogene → Onkogene. Durch Exon-Shuffling können neue Gene entstehen. Andere durch Transposons verursachte Veränderungen sind Mutationen durch Insertionen, Deletionen und Translokationen.

12. Überlappende Gene:

In x x 174 überlappen die Gene E und C andere Gene.

13. Strukturgene:

Strukturgene sind solche Gene, die Informationen für die Synthese chemischer Substanzen kodiert haben, die für die Zellmaschinerie benötigt werden.

Die chemischen Substanzen können sein:

(a) Polypeptide zur Bildung von Strukturproteinen (z. B. kolloidaler Komplex von Protoplasma, Zellmembranen, Elastin von Bändern, Kollagen von Sehnen oder Knorpel, Aktin von Muskeln, Tubulin von Mikrotubuli usw.). (b) Polypeptide zur Synthese von Enzymen

(d) Proteinhaltige Hormone, zB Insulin, Wachstumshormon, Parathyroidhormon,

(e) Antikörper, Antigene, bestimmte Toxine, Blutgerinnungsfaktoren usw.

(f) Nicht-translatierte RNAs wie tRNAs, rRNA. Grob gesagt, produzieren Strukturgene entweder mRNAs zur Synthese von Polypeptiden / Proteinen / Enzymen oder nichtkodierenden RNAs.

14. Regulierungsgene (Regulierungssequenzen):

Regulierungsgene transkribieren keine RNAs zur Kontrolle der Struktur und Funktion der Zellen. Sie steuern stattdessen die Funktionen von Strukturgenen. Die wichtigen regulatorischen Gene sind Promotoren, Terminatoren, Operatoren und Repressor produzierende oder regulatorische Gene. Repressor nimmt nicht an der Zellaktivität teil. Stattdessen reguliert es die Aktivität anderer Gene. Daher ist das repressorproduzierende Gen intermediärer Natur.

15. Gewebespezifische Gene:

Es sind Gene, die nur in bestimmten Geweben und nicht in anderen exprimiert werden.

Genfunktionen:

(i) Gene sind Bestandteile von genetischem Material und somit Vererbungseinheiten,

(ii) sie kontrollieren die Morphologie oder den Phänotyp von Individuen,

(iii) die Replikation von Genen ist wesentlich für die Zellteilung,

(iv) Gene tragen die Erbinformation von Generation zu Generation,

(v) Sie kontrollieren die Struktur und den Stoffwechsel des Körpers.

(vi) Die Ummischung von Genen zum Zeitpunkt der sexuellen Fortpflanzung führt zu Variationen,

(vii) unterschiedliche Verbindungen werden durch Überschreiten erzeugt,

(viii) Gene unterliegen Mutationen und verändern ihre Expression,

(ix) Neue Gene und folglich neue Merkmale entwickeln sich durch die Umverteilung von Exons und Introns.

(x) Gene verändern ihren Ausdruck aufgrund von Positionseffekt und Transposons.

(xi) Die Differenzierung oder Bildung verschiedener Arten von Zellen, Geweben und Organen in verschiedenen Körperteilen wird durch die Expression bestimmter Gene und die Nichtexpression anderer Gene kontrolliert.

(xii) Die Entwicklung oder Produktion verschiedener Stadien der Lebensgeschichte wird durch Gene gesteuert.