Gene: Types en Functies van Gene
Lees dit artikel om meer te weten te komen over het gen: soorten en functies van gen!
De term gen werd geïntroduceerd door Johanssen in 1909. Vóór hem gebruikte Mendel de woordfactor voor een specifieke, afzonderlijke, deeltjesvormige eenheid van overerving die deel uitmaakt van de expressie van een eigenschap. Johanssen heeft gedefinieerd gen als een elementaire eenheid van overerving die kan worden toegewezen aan een bepaald kenmerk.
Morgan's werk suggereerde dat het gen het kortste segment van het chromosoom is dat kan worden afgescheiden door oversteken, een mutatie kan ondergaan en de expressie van een of meer eigenschappen kan beïnvloeden. Momenteel wordt een gen gedefinieerd als een eenheid van overerving bestaande uit een segment van DNA of chromosoom gesitueerd op een specifieke locus (genlocus) die gecodeerde informatie draagt die is geassocieerd met een specifieke functie en zowel kruising als mutatie kan ondergaan.
Een gen is:
(i) Een eenheid van genetisch materiaal die kan repliceren,
(ii) het is een eenheid van recombinatie, dat wil zeggen in staat om over te steken,
(iii) Een eenheid van genetisch materiaal die een mutatie kan ondergaan,
(iv) Een eenheid van erfelijkheid verbonden met somatische structuur of functie die tot een fenotypische uitdrukking leidt. Lewin (2000) heeft een gen gedefinieerd als een DNA-sequentie die codeert voor een diffundeerbaar product.
Van hun werk aan Neurospora-auxotropen stelden Beadle en Tatum (1948) een-genen één-enzymhypothese en gedefinieerd gen voor als een eenheid van erfelijk materiaal dat een enkel enzym specificeert. Yanofsky et al (1965) hebben waargenomen dat bepaalde enzymen kunnen worden samengesteld uit meer dan één polypeptide.
Ze vervingen één-gen één-enzymhypothese door één gen-polypeptide-hypothese (gen is een eenheid van erfelijk materiaal dat de synthese van een enkel polypeptide specificeert). Tegen die tijd was het duidelijk geworden dat erfelijk materiaal van chromosoom DNA is en dat een gen een lineair segment van DNA is dat cistron wordt genoemd.
Daarom is de term cistron synoniem geworden met gen. Verder kan een gen of cistron niet alleen een polypeptide synthetiseren, maar ook ribosomaal of transfer-RNA. Cistron (of gen) is een DNA-segment dat bestaat uit een reeks basesequenties die coderen voor één polypeptide, één transfer-RNA (tRNA) of één ribosomaal RNA (rRNA) -molecuul. Momenteel wordt een dergelijk gen een structureel gen genoemd.
Het genetische systeem bevat ook een aantal regulerende genen die het functioneren van structurele genen regelen. Er zijn echter verschillende uitzonderingen, zoals overlappende genen, poly-eiwitgenen, gespleten genen, etc.
Een gen of cistron heeft veel posities of plaatsen waar mutaties kunnen voorkomen. Een verandering in een enkel nucleotide kan aanleiding geven tot een mutant fenotype, bijvoorbeeld sikkelcelanemie. Evenzo kunnen twee defecte cistrons recombineren om een wild type cistron te vormen. Ondanks de bovenstaande veranderingen in de concepten van structurele mutationele en recombinante kenmerken van het gen, blijft het functionele concept hetzelfde - het is een eenheid van erfelijkheid.
Soorten genen:
1. House Keeping Genes (Constitutive Genes):
Het zijn die genen die zichzelf constant in een cel uitdrukken omdat hun producten nodig zijn voor de normale cellulaire activiteiten, bijv. Genen voor glycolyse, ATP-ase
2. Niet-constitutieve genen (luxegenen):
De genen komen niet altijd tot expressie in een cel. Ze worden in- of uitgeschakeld volgens de vereiste van cellulaire activiteiten, bijvoorbeeld gen voor nitraatreductase in planten, lactose-systeem in Escherichia coli. Niet-constitutieve genen zijn van verder twee typen, induceerbaar en onderdrukbaar.
3. Induceerbare genen:
De genen worden ingeschakeld als reactie op de aanwezigheid van een chemische stof of inductor die nodig is voor het functioneren van het product van genactiviteit, bijvoorbeeld nitraat voor nitraatreductase.
4. Repressibele genen:
Het zijn die genen die zich blijven uiten tot een chemische stof (vaak een eindproduct) hun activiteit remt of onderdrukt. Remming door een eindproduct staat bekend als feedbackrepressie.
5. Multigenes (Multiple Gene Family):
Het is een groep van vergelijkbare of bijna vergelijkbare genen om te voldoen aan de vereiste van tijd- en weefselspecifieke producten, bijvoorbeeld de globine genfamilie (e, 5, (3, op chromosoom 11, oc en 8 op chromosoom 16).
6. Herhaalde genen:
De genen komen in meerdere kopieën voor omdat hun producten in grotere hoeveelheden nodig zijn, bijvoorbeeld histon-genen, tRNA-genen, rRNA-genen, actine-genen.
7. Enige kopie Genen:
De genen zijn aanwezig in enkele kopieën (af en toe 2-3 maal), bijv. Eiwit-coderende genen. Ze vormen 60-70% van de functionele genen. Duplicaties, mutaties en exon-herschikking kunnen nieuwe genen vormen.
8. Pseudogenes:
Het zijn genen die homologie hebben met functionele genen maar niet in staat zijn om functionele producten te produceren als gevolg van interveniërende onzincodons, inserties, deleties en inactivatie van promotergebieden, bijvoorbeeld verschillende snRNA-genen.
9. Verwerkte genen:
Het zijn eukaryotische genen die geen introns hebben. Verwerkte genen zijn gevormd waarschijnlijk vanwege reverse transcriptie of retrovirussen. Verwerkte genen zijn in het algemeen niet-functioneel omdat ze promoters missen.
10. Gespleten genen:
Ze werden in 1977 door veel arbeiders ontdekt, maar er wordt een beroep gedaan op Sharp en Roberts (1977). Gesplitste genen zijn die genen die extra of niet-essentiële gebieden bezitten afgewisseld met essentiële of coderende delen. De niet-essentiële delen worden introns, spacer-DNA of tussenliggende sequenties (IVS) genoemd. Essentiële of coderende delen worden exons genoemd. Getranscribeerde intronische gebieden worden verwijderd voordat RNA overgaat in cytoplasma. Gesplitste genen zijn kenmerkend voor eukaryoten.
Bepaalde eukaryote genen zijn echter volledig exonisch of niet-gesplitst, bijv. Histon-genen, interferon-genen. Gesplitste genen zijn ook geregistreerd in prokaryoten, thymidylaatsynthase-gen en ribonucleotide-reductasegen in T4. Een gen dat calcitonine produceert in de schildklier vormt een neuropeptide in de hypothalamus door een exon te verwijderen. Adenovirus heeft ook een mechanisme om 15-20 verschillende eiwitten van een enkele transcriptionele eenheid te produceren door differentiële splicing.
11. Transposons (Jumping Genes; Hedges en Jacob, 1974):
Het zijn DNA-segmenten die van de ene plek in het genoom naar de andere kunnen springen of verplaatsen. Transposons werden voor het eerst ontdekt door Me Clintock (1951) in het geval van maïs, toen ze ontdekte dat een segment van DNA in het gen codeerde voor gepigmenteerde korrels en lichtgekleurde korrels produceerde.
Transposons bezitten repetitief DNA, ofwel vergelijkbaar of geïnverteerd, aan hun uiteinden, ongeveer 5, 7 of 9 nucleotide lang. Enzymtransposase scheidt het segment van zijn origineel door de repetitieve sequenties aan zijn uiteinden te splitsen.
Er zijn veel soorten transposons. Bij de mens behoren de meest voorkomende soorten transposons tot de Alu-familie (met een knipplaats door restrictie-enzym Alu I). Het aantal nucleotiden per transposon is ongeveer 300 met ongeveer 300.000 kopieën in het genoom. Passage van transposons van de ene plaats naar de andere zorgt voor het herschikken van nucleotide-sequenties in genen. Herschikken in introns verandert vaak de expressie van genen, bijvoorbeeld proto-oncogenen → oncogenen. Nieuwe genen kunnen zich ontwikkelen door exon-shuffelen. Andere veranderingen die worden veroorzaakt door transposons zijn mutaties, door inserties, deleties en translocaties.
12. Overlappende genen:
In ф x 174 overlappen de genen E en К andere genen.
13. Structurele genen:
Structurele genen zijn die genen die informatie hebben gecodeerd voor de synthese van chemische stoffen die nodig zijn voor cellulaire machines.
De chemische stoffen kunnen zijn:
(a) Polypeptiden voor de vorming van structurele eiwitten (bijv. colloïdaal complex van protoplasma, celmembranen, elastine van ligamenten, collageen van pezen of kraakbeen, actine van spieren, tubuline van microtubuli, enz.). (b) Polypeptiden voor de synthese van enzymen,
(c) Transporteiwitten zoals hemoglobine van erythrocyten, lipide transporterende eiwitten, dragereiwitten van celmembranen, enz.
(d) eiwitachtige hormonen, bijv. insuline, groeihormoon, parathyroïde hormoon,
(e) Antilichamen, antigenen, bepaalde toxines, bloedstollingsfactoren, enz.
(f) Niet-getranslateerde RNA's zoals tRNA's, rRNA. Globaal genomen produceren structurele genen ofwel mRNA's voor synthese van polypeptiden / eiwitten / enzymen of niet-coderende RNA's.
14. Regulerende genen (regelgevingssequenties):
Regulerende genen transcriberen RNA's niet voor het regelen van de structuur en het functioneren van de cellen. In plaats daarvan controleren ze de functies van structurele genen. De belangrijke regulerende genen zijn promoters, terminators, operators en repressor producerende of regulatorgenen. Repressor neemt niet deel aan cellulaire activiteit. In plaats daarvan regelt het de activiteit van andere genen. Daarom is het repressorproducerende gen van gemiddelde aard.
15. Weefsel specifieke genen:
Het zijn genen die alleen in bepaalde specifieke weefsels tot expressie worden gebracht en niet in andere.
Gene Functies:
(i) Genen zijn componenten van genetisch materiaal en zijn dus eenheden van overerving,
(ii) Ze regelen de morfologie of het fenotype van individuen,
(iii) Replicatie van genen is essentieel voor celdeling,
(iv) Genen dragen de erfelijke informatie van de ene generatie naar de volgende,
(v) Ze regelen de structuur en het metabolisme van het lichaam,
(vi) Herschikking van genen op het moment van seksuele reproductie produceert variaties,
(vii) Verschillende koppelingen worden geproduceerd als gevolg van overschrijding,
(viii) Genen ondergaan mutaties en veranderen hun expressie,
(ix) Nieuwe genen en bijgevolg nieuwe kenmerken ontwikkelen zich door het herschikken van exons en introns.
(x) Genen veranderen hun expressie als gevolg van positie-effect en transposons.
(xi) Differentiatie of vorming van verschillende soorten cellen, weefsels en organen in verschillende delen van het lichaam wordt gecontroleerd door expressie van bepaalde genen en niet-expressie van anderen,
(xii) Ontwikkeling of productie van verschillende stadia in de levensgeschiedenis wordt beheerst door genen.
