Генный продукт — это биохимический материал, РНК или белок , образующийся в результате экспрессии гена . Измерение количества генного продукта иногда используется для определения активности гена. Аномальные количества генного продукта могут быть связаны с аллелями , вызывающими заболевания, такими как повышенная активность онкогенов, которая может вызывать рак. [1] [2] Ген определяется как « наследственная единица ДНК , необходимая для производства функционального продукта». [3] Регуляторные элементы включают:
Эти элементы работают в сочетании с открытой рамкой считывания для создания функционального продукта. Этот продукт может быть транскрибирован и быть функциональным как РНК или транслироваться из мРНК в белок, чтобы быть функциональным в клетке.
Молекулы РНК, которые не кодируют никаких белков, все равно выполняют функцию в клетке. Функция РНК зависит от ее классификации. Эти роли включают:
Синтезу белка способствуют функциональные молекулы РНК, такие как тРНК , которая помогает добавлять правильную аминокислоту к полипептидной цепи во время трансляции , рРНК , основной компонент рибосом (которые направляют синтез белка), а также мРНК , которые несут инструкции по созданию белкового продукта. [4]
Одним из типов функциональных РНК, участвующих в регуляции, является микроРНК ( miRNA ), которая работает путем подавления трансляции. [5] Эти miRNA работают путем связывания с комплементарной целевой последовательностью мРНК, чтобы предотвратить трансляцию. [4] [6] Короткоинтерферирующая РНК ( siRNA ) также работает путем отрицательной регуляции транскрипции. Эти молекулы siRNA работают в комплексе подавления, индуцированном РНК ( RISC ), во время РНК-интерференции , связываясь с целевой последовательностью ДНК, чтобы предотвратить транскрипцию определенной мРНК. [6]
Белки являются продуктом гена, который образуется в результате трансляции зрелой молекулы мРНК. Белки содержат 4 элемента в отношении своей структуры: первичный, вторичный, третичный и четвертичный. Линейная последовательность аминокислот также известна как первичная структура. Водородные связи между аминокислотами первичной структуры приводят к образованию альфа-спиралей или бета-слоев . [7] Эти стабильные складки являются вторичной структурой. Конкретное сочетание первичной и вторичной структур образует третичную структуру полипептида. [7] Четвертичная структура относится к способу, которым множественные цепи полипептидов сворачиваются вместе. [7]
Белки выполняют множество различных функций в клетке, и их функция может варьироваться в зависимости от полипептидов, с которыми они взаимодействуют, и их клеточной среды. Шаперонные белки работают над стабилизацией вновь синтезированных белков. Они обеспечивают сворачивание нового белка в его правильную функциональную конформацию, а также следят за тем, чтобы продукты не агрегировались в областях, где они не должны. [8] Белки также могут функционировать как ферменты , увеличивая скорость различных биохимических реакций и превращая субстраты в продукты. [7] [9] Продукты могут быть модифицированы путем присоединения групп, таких как фосфат, с помощью фермента к определенным аминокислотам в первичной последовательности. [9] Белки также могут использоваться для перемещения молекул в клетке туда, где они нужны, их называют моторными белками . [9] Форма клетки поддерживается белками. Такие белки, как актин , микротрубочки и промежуточные филаменты, обеспечивают структуру клетки. [7] Другой класс белков обнаружен в плазматических мембранах. Мембранные белки могут быть связаны с плазматической мембраной по-разному, в зависимости от их структуры. [9] Эти белки позволяют клетке импортировать или экспортировать клеточные продукты, питательные вещества или сигналы в и из внеклеточного пространства. [7] [9] Другие белки помогают клетке выполнять регуляторные функции. Например, факторы транскрипции связываются с ДНК, чтобы помочь транскрипции РНК. [10]
В 1941 году американский генетик Джордж Бидл и биохимик Эдвард Татум на основе своего исследования мутантов грибка Neurospora sitophila предположили , что гены контролируют определенные биохимические реакции. [11] Они предположили, что функционирование организма зависит от интегрированной системы химических реакций, контролируемых каким-то образом генами. Они также отметили, что «вполне разумно предположить, что эти гены, которые сами являются частью системы, контролируют или регулируют определенные реакции в системе, либо действуя непосредственно как ферменты , либо определяя специфичность ферментов». Эта линия рассуждений привела к « гипотезе один ген – один фермент ».
В ретроспективной статье Бидл обсудил статус гипотезы «один ген — один фермент» спустя 10 лет после ее выдвижения. Бидл прокомментировал встречу биологов на симпозиуме в Колд-Спринг-Харбор в 1951 году. Он отметил: «У меня сложилось впечатление, что число тех, чья вера в «один ген — один фермент» осталась непоколебимой, можно пересчитать по пальцам одной руки — с парой оставшихся пальцев». [12] Однако к началу 1960-х годов концепция о том, что последовательность оснований ДНК гена определяет последовательность аминокислот белка, стала общепризнанной на основе многочисленных экспериментов. Например, эксперимент Крика, Бреннера, Барнетта и Уоттса-Тобина в 1961 году продемонстрировал, что каждая аминокислота в белке кодируется соответствующей последовательностью из трех оснований в ДНК, называемой кодоном. [13] Вскоре после этого были определены конкретные назначения кодонов для каждой аминокислоты.
{{cite web}}: Отсутствует или пусто |url=( помощь )