1. Строение гена

2. ГЕН
• 1909г Иогансен
Ген - определенные условия, основы и детерминанты,
присутствующие в гаметах, являющиеся уникальными и
самостоятельными, и поэтому независимыми путями
определяющие многие характеристики организма

3. • 1900-е
Ген – дискретная единица наследственности (законы
Менделя)
Один ген = один признак
НО!
Плейотропия – множественное действие гена
Взаимодействие генов

4. • 1910-е
Ген – отдельный локус
Хромосомная теория наследственности
Ген = единица рекомбинации

5. Ген = единица рекомбинации
(Рекон)
НО!

6. • 1940-е
Ген – чертеж белка
Один ген = один фермент → один ген = один полипептид

7. • 1950-е
Ген - физическая молекула
ДНК – носитель генетической информации
Цистрон - участок ДНК, отвечающий за единичную функцию (Benzer 1955)

8. • 1960-е
Ген – транскрибируемый код
Центральная догма молекулярной биологии
(F.Crick, 1958, 1970)
DNA
RNA Protein
Ген = единица транскрипции

9. • 1970-1980-е
Ген – открытая рамка считывания (open reading
frame – ORF) части последовательности.
Возможность предсказания генов
• 1990-2000-е
Ген – аннотированная структурная единица
генома, зарегистрированная в одной из баз
данных

10. Гены прокариот

11. Транскрипция прокариот

12. Бактериальный промотор

13. Регуляторные элементы

14. Регуляторные элементы

15. Регуляция инициации транскрипции у прокариот

16. гашение
Регуляторные элементы

17. Опероны бактерий
1. Промотор
2. Оператор
3. Структурные гены
4. Терминатор транскрипции
+ Ген-регулятор

18. Триптофановый оперон
х 70

19. Аттенюация trp оперона

20. Лактозный оперон
• lacZ кодирует фермент β-галактозидазу, которая расщепляет дисахарид
лактозу на глюкозу и галактозу.
• lacY кодирует β-галактозид пермеазу, мембранный транспортный белок,
который переносит лактозу внутрь клетки.
• lacA кодирует β-галактозид трансацетилазу, фермент, переносящий
ацетильную группу от ацетил-КoA на бета-галактозиды.
• lacI – репрессор
CAP (Catabolite Activator Protein) – активатор

21. Лактозный оперон

22. Геном бактерии Escherichia coli

23. Гены эукариот

24. Эукариотический ген и этапы экспрессии

25. Интрон-экзонная структура

26. Интроны
• В более развитых организмах встречаются чаще
• Чем более развит организм, тем:
– больше генов с интронами
– интроны больше по размеру
• Практически все гены человека содержат интроны
(гены гистонов без интронов)

27. Пример экспрессии гена

28. Размеры генов человека

29. Ген инсулина
- один из самых маленьких генов человека

30. Ген дистрофина
- самый большой ген человека

31. Один ген – более чем один белок
• ENCODE pilot project – 2608 транскриптов в 487
локусах
Механизмы
• Альтернативные промоторы
• Альтернативный сплайсинг
• Редактирование РНК
• Комплексные перестройки ДНК (созревание В
лимфоцитов)
• Посттрансляционные модификации белков

32. Альтернативный промотор
Как минимум половина генов млекопитающих имеют более одного промотора
ENCODE pilot project – 273 гена с альтернативными промоторами в 399 генах

33. Альтернативный промотры гена
дистрофина
С – cortical
M – muscle
P – Purkinje cells
R – retinal
CNS – central nervous system
S – Schwann cells
G - general

34. Альтернативный сплайсинг

35. Типы альтернативного сплайсинга
А – пропуск интрона
В – альтернативный донорный
сайт
С – альтернативный
акцепторный сайт
D – пропуск экзона
Е – альтернативный экзон

36. Альтернативный сплайсинг гена
NRXN3
2 альтернативных промотора
24 экзона
Экзоны:
3, 4, 5, 12 – могут быть включены в мРНК или пропущены
7 – два альтернативных акцепторных сайта, может быть пропущен
22 – два альтернативных донорных сайта
23 – два альтернативных акцепторных сайта с разными рамками считывания, в
одной из которых стоп-кодон
24 – три альтернативных акцепторных сайта
Более 1000 разных белков

37. Транссплайсинг

38. RNA editing
• C → U
• A → I
• U → C
ADAR
Инозин образует связь с тимином

39. Созревание В лимфоцитов
• VDJ рекомбинация (65 генов V, 27 генов D, 6 генов J)
• Переключение классов антител

40. Созревание
В лимфоцитов

41. Созревание В лимфоцитов

42. Посттрансляционные
модификации белков

43. Регуляторные элементы генов
эукариот

44. Cis-regulatory elements (CRE)
• CRE отвечают за экспрессию генов в определенных тканях и/или в
определенное время
• Новые CRE → новые функции гена

45. Промотор эукариот
Регуляторный
элемент
Последовательность
Общий
транскрипционный
фактор
BRE G/C G/C G/A C G C C TFIIB
TATA T A T A A/T A A/T TBP
INR C/T C/T A N T/A C/T C/T TFIID
DPE A/G G A/T C G T G TFIID
BRE - B recognition element
INR - initiator element
DPE - downstream promoter element

46. Энхансеры и сайленсеры
- участки связывания активаторов и репрессоров
•Энхансер + активатор = ативация транскрипции
Сайленсер + репрессор = подавление транскрипции
• Не зависят от ориентации
• Могут находиться на значительном расстоянии от
промотора

47. Регуляторная область гена

48. Инсуляторы
- ограничивают влияние энхансеров и сайленсеров на экспрессию
других генов

49. Петлевая модель
LCR – locus control region
MAR – matrix-attachment
region = инсулятор

50. Регуляция рецептора трансферрина

51. Ген эукариот

53. Некодирующая РНК (ncRNA)
• tRNA
• rRNA
• small RNA: snoRNA, miRNA, siRNA, snRNA,
piRNA…
• long ncRNA

54. Доля некодирующей ДНК в геноме

56. Гены вирусов

57. ГЕН
• 1900-е Ген – дискретная единица наследственности
(законы Менделя)
Один ген = один признак
1910-е Ген – отдельный локус (Хромосомная теория
наследственности)
• 1940-е Ген – чертеж белка
Один ген = один фермент → один ген = один полипептид
• 1950-е Ген – физическая молекула
1960-е Ген – транскрибируемый код
Центральная догма молекулярной биологии
• 1970-1980-е Ген – открытая рамка считывания (open
reading frame – ORF) части последовательности
• 1990-2000-е Ген – аннотированная структурная единица
генома, зарегистрированная в одной из баз данных

58. Ген – это совокупность геномных последовательностей,
кодирующих сцепленный набор потенциально
перекрывающихся функциональных продуктов