Ген

Ген ( — нәсел) — классик генетикада — организмның билгеле бер үзенчәлеге яки функциясе турында мәгълүмат алып торган, һәм нәселдәнлекнең структура һәм функция берәмлеге булган нәсел факторы. Бу сыйфатта «ген» термины 1907-нче елда Дания ботанигы, үсемлек физиологы һәм генетик  тарафыннан кертелгән .

Нуклеин кислоталары нәселдәнлек мәгълүматын йөртүче буларак ачылганнан соң, генның билгеләмәсе үзгәрә, һәм ул полипептидта яки функциональ РНКда мономерларның эзлеклелеген күрсәтүче ДНК өлешен (кайбер вирусларда — РНК өлешен) билгели .

Геннарның структурасы һәм функциясе турында мәгълүмат тупланганлыктан, «ген» төшенчәсенең үсеше дәвам итә, ләкин хәзерге вакытта генның барлык тикшерүчеләрне канәгатьләндерерлек универсаль билгеләмәсе юк . Генның заманча төшенчәсе түбәндәгечә: ген — ДНК эзлеклелеге, аның компонент сегментлары физик яктан мәҗбүри бәйләнешле түгел. Бу ДНК эзлеклелегендә аксым яки РНК рәвешендәге бер яки берничә продукт турында мәгълүмат бар. Генның продуктлары генетик көйләү челтәрләренең бер өлеше булып эшли, аларның нәтиҗәләре фенотип дәрәҗәсендә тормышка ашырыла .

Организмның геннар җыелмасы генотипны тәшкил итә. Генотип, экологик һәм үсеш факторлары белән бергә, фенотипны билгели. Геннарның токымга күчүе фенотипик сыйфатларны мирас итеп алу өчен нигез булып тора. Күпчелек биологик сыйфатлар күпгенлы, ягъни күп геннар тәэсирендә төзелә. Геннар ДНК эзлеклелеген үзгәртә торган мутацияләр нәтиҗәсендә үзгәрергә мөмкин. Популяциядәге мутацияләр аркасында геннар аллель дип аталган төрле вариантларда бар. Генның төрле аллельләре аксымның төрле версияләрен кодлаштыра ала, алар фенотипта чагылырга мөмкин. Геннар, ген булмаган ДНК өлкәләре белән берлектә, организмның барлык нәсел материалларын күрсәтүче геномны тәшкил итә.

 Тарих 

 Геннарның нәселдәнлекне дискрет йөртүчеләре буларак ачылышы 
мини|203x203пкс|Грегор Мендель
Нәселдәнлекнең дискрет факторлары булуына эксперименталь дәлилләр беренче тапкыр 1865-нче елда Грегор Мендель Брнодагы Натуралистлар җәмгыяте утырышында ясаган докладында китерелгән. Доклад 1866 елда бастырылган . Грегор Мендель борчактагы сыйфатларның нәселдәнлеген өйрәнә, сыйфатларның ешлыгын ата-ана үсемлекләрендә һәм токымда күзәтә.

Төрле сыйфатлы үсемлекләрне кушып, ул 8000 дән артык үсемлекне анализлый. Бу тәҗрибәләрдә Мендель сыйфатларның мөстәкыйль күчешен күрсәтә, доминант һәм рецессив сыйфатлар арасындагы аерманы, гетерозиготалар һәм гомозиготалар арасындагы аерманы һәм өзлексез нәселдәнлек күренешен күрсәтә. Ул үз тәҗрибәләренең нәтиҗәләрен математик яктан тасвирлый һәм аларны аңлата, кушылмаучы нәселдәнлек факторларының булуын күрсәтә.

Мендельга кадәр нәселдәнлек кануннарын аңлатуда төп төшенчә — ата-аналарның сыйфатлары үз токымнарында сыеклыклар сыман кушылуы була. Бу концепция пангенез теориясе белән 1868-нче елда Чарльз Дарвин тарафыннан Мендель нәтиҗәләре бастырылганнан соң ике ел узгач эшләнгән . Бу теориядә Дарвин аталану вакытында тоташучы бик кечкенә кисәкчәләрнең булуы турында фикер әйтә, ул аны «геммулалар» дип атый.

1866-нчы елда бастырылганнан соң Мендельнең мәкаләсе җәмгыять күзенә күрелмичә кала, ләкин XIX гасыр ахырында Хуго де Фрис, Карл Корренс һәм Эрих фон Чермак үз тикшеренүләрендә шундый ук нәтиҗәләргә киләләр . Аерым алганда, 1889-нчы елда Хуго де Фрис үзенең «Intracellular Pangenesis» китабын бастырып чыгара, анда ул төрле сыйфатларның үз нәсел йөртүчеләре булуын, организмдагы аерым сыйфатларның нәсел аша күчүе махсус кисәкчәләр аша баруын аңлата. Де Фрис бу берәмлекләрне, Дарвинның пангенез теориясе исеменең бер өлешен кулланып, «пангеннар» дип атаый (немец телендә Pangens).

1909-нчы елда Вильгельм Йоханнсен «ген» һәм Уильям Бейтсон «генетика» терминын кертәләр, ә Эдуард Страсбургер нәселдәнлекнең төп физик һәм функциональ берәмлеген белдерү өчен һаман да «панген» терминын куллана .

 ДНКны генетик мәгълүмат ташучы буларак ачу 
1940-нчы елларда Рокфеллер институтының Америка бактериологлары О. Эвери җитәкчелегендә үткәрелгән тәҗрибәләре ДНК — генетик мәгълүматның молекуляр саклагычы булуын күрсәтә. Пневмококкларның генетик трансформациясен күзәтү сыйфатларның бер бактериядән икенчесенә күчүе бер матдә — ДНК ярдәмендә башкарылуын ачыклый. Аксым да, күзәнәкнең башка химик компонентлары да бу үзлеккә ия булмаганнар  .

1953-нче елда рентген кристаллографиясен кулланып, Розалинд Франклин һәм Морис Уилкинс ДНК структурасының югары сыйфатлы сурәтләрен ясыйлар. Бу рәсемнәр Джеймс Д. Уотсон һәм Фрэнсис Крикка ДНКның ике спиральле молекуласының моделен ясарга һәм генетик репликация механизмы турында гипотеза төзергә булыша .

1950-нче еллар башында, хромосомадагы геннар дискрет, алар рекомбинация белән аерылгысыз һәм баудагы энҗеләр кебек тезелгәннәр, дигән фикер хакимлек итә. Сеймур Бенцерның rII T4 (1955—1959) өлкәсендәге бактериофаг мутацияләрен кулланып үткәргән тәҗрибәләре күрсәткәнчә, аерым геннар гади сызыклы структурага ия һәм, мөгаен, ДНКның сызыклы кисемтәләренә тиң булып чыгалар .

Гомумән, бу тикшеренүләр молекуляр биологиянең үзәк догмасын булдыра, бу аксымнарның РНКдан, ә РНК ДНКдан транскрипцияләнгән булуын күрсәтә. Бу догманың ретровируслардагы кире транскрипция кебек искәрмәләре барлыгы күрсәтелде. ДНК дәрәҗәсендәге хәзерге генетиканы өйрәнү молекуляр генетика дип атала.

1972-нче елда Вальтер Файерс һәм аның командасы беренче булып ген эзлеклелеген ачыклыйлар. Бу Bacteriophage MS2 тышчасының аксым эзлеклелеге була . 1977-нче елда Фредерик Сангер тарафыннан уйлап чыгарылган Сангер ысулы ДНК секвенслау эффективлыгын яхшырта һәм аны гадәти лаборатория коралы итә . Кеше геномы проектының беренче этапларында Sanger ысулының автоматлаштырылган версиясе кулланыла .

 Хәзерге синтез һәм аның варислары 
ХХ гасыр башында Мендель генетикасын Дарвин эволюциясе белән интеграцияләү өчен эшләнгән теорияләр заманча синтез дип атала, әлеге терминны Джулиан Гуксли уйлап чыгарган .

Соңрак эволюцион биологлар бу төшенчәне үзгәртәләр, мәсәлән, Джордж Уильямсның геноцентрик карашы. Ул генның эволюцион концепциясен табигый сайлау берәмлеге итеп карарга тәкъдим итә, аны «күренерлек ешлык белән рекомбинацияләнә һәм бүленә торган әйбер» дип атый  . Бу күренештә молекуляр ген бербөтен итеп транскрипцияләнә, һәм эволюцион ген бербөтен буларак нәсел аша күчә. Эволюциядә геннарның үзәк ролен ассызыклаган идеялар Ричард Докинз тарафыннан популярлаша .

 Молекуляр нигез 
мини|ДНК икеләтә спираль фрагментының химик төзелеше. Фрагмент дүрт парлы нигездән тора: CG, AT, GC, TA . Шикәр — фосфат күчәре чылбырлары капма-каршы якка юнәлтелгән. Нигезләр эчкә юнәлтелгән һәм водород бәйләнешләре белән капма-каршы чылбырның нигезләре белән бәйләнгән .

 ДНК 
Күпчелек организмнарның генетик мәгълүматлары озын ДНК молекулаларында кодланган. ДНК ике полимер чылбырдан тора. Аларның мономерлары дүрт нуклеотид: dAMP, dGMP, dCMP һәм dTMP. ДНКдагы нуклеотидлар биш углеродлы шикәрдән (2-дезоксирибоза), фосфат төркеменнән һәм дүрт азотлы нигезнең берсеннән тора: аденин, цитозин, гуанин һәм тимин  . Азот нигезе гликозидик бәйләнеш белән биш углеродлы (пентоза) шикәр белән 1'-позициядә бәйләнгән. ДНК чылбырларының күчәре — пентоза шикәрләренең һәм фосфатларның чиратлашкан эзлеклелеге, фосфат төркемнәре шикәргә 5 'һәм 3' позициядә бәйләнгән. Пентоза боҗрасының позиция номерлары шикәрдәге боҗралар санын һәм азот нигезен аеру өчен штрих белән билгеләнәләр  .

Пентоза калдыкларының химик составы аркасында, ДНК чылбырлары юнәлешкә ия. ДНК полимерының бер очында 3 'позициясендә дезоксирибозада ачык гидроксил төркеме бар; бу аның 3 ' очы дип атала. Калган очында фосфат төркеме бар; Бу 5 ' оч. ДНКның ике спирале капма-каршы якка юнәлтелгән. ДНК синтезы, шул исәптән ДНК репликациясе 5 '→ 3' юнәлешендә бара, чөнки яңа нуклеотидлар дегидратация реакциясе аша кушыла. Бу реакция 3 'гидроксилны нуклеофил буларак куллана  .

ДНКда кодланган геннарның экспрессиясе ДНК нуклеотид эзлеклелегендә РНК транскрипциясеннән башлана. РНК ДНК белән бик охшаган, ләкин мономерларында дезоксирибоза түгел, ә рибоза бар. Моннан тыш, РНКда тимин урынына урацил урнаша. РНК молекулалары бер чылбырлы һәм ДНКга караганда тотрыклырак.

ДНКдагы геннар, һәм транскрипциядән соң, тРНК, аксым синтезы өчен табигый код төзиләр. Өч нуклеотид (триплет) бер аминокислотаны кодлый. Мәсәлән, генда 300 нуклеотид булса, аксымда 100 аминокислота булырга тиеш. Шуңа күрә код триплетлы дип атала. Кайсы триплетның нинди аминокислотага туры килүен билгеләүче кагыйдә генетик код дип атала. Генетик код рибосомада РНКны аксымга тәрҗемә иткәндә (трансляция вакытында) укыла. Генетик код барлык билгеле организмнар өчен охшаш  .

 Хромосома 
уңда|мини|320x320пкс|Флюоресенция микроскопиясе һәм FISH ысулы ярдәмендә алынган гади хатын-кыз кариотипы рәсеме. ДНК кызыл төстә, һәм хромосомаларның күп генлы өлкәләре яшел. Иң зур хромосомалар иң кечкенәләреннән якынча 10 тапкырга зуррак 
Организмның генетик материалы, яки геномы бер яки берничә хромосомада саклана, аларның саны төрләр арасында аерыла. Хромосома меңләгән генны үз эченә ала торган бер бик озын ДНК молекуласыннан тора . Хромосоманың ген урнашкан өлкәсе локус дип атала. Һәр локуста генның билгеле аллеле бар. Популяция әгъзалары бер үк хромосомаль локусларда урнашкан төрле ген аллелльләре йөртергә мөмкин.

Күпчелек эукариотик геннар берничә сызыклы хромосомада саклана. Хромосомалар төшкә хроматин аксымнары белән төрелгән. Хроматинның иң күпсанлы аксымнары — гистоннар, алар нуклеосома дип аталган аксым йомгагын барлыкка китерәләр. ДНК нуклеосомалар белән уралган, бу хромосомада ДНК төрелүенең беренче дәрәҗәсен күрсәтә  . ДНК буйлап нуклеосомаларның бүленеше, шулай ук гистоннарның химик модификациясе, ДНКның күчереп алу, транскрипцияләү, тәрҗемә итү һәм репарациясе белән бәйле көйләүче факторларга керү мөмкинлеген көйли. Геннардан тыш, эукариотик хромосомалар шулай ук хромосомаларның тотрыклылыгын һәм үрчүен тәэмин итүче хезмәт күрсәтү эзлеклелеген, шулай ук митоз вакытында күзәнәкләр арасында таралуны тәэмин итәләр. Бу — теломерлар, инициация сайтлары, һәм центромерлар 

 Генның төп үзенчәлекләре 
Молекуляр биологиядә геннар — бер аксым молекуласы яки бер РНК молекуласы структурасы турында мәгълүмат йөртүче ДНК өлешләре. Алар организмның үсүен, үсешен һәм эшләвен билгели.

Һәрбер ген ДНК специфик көйләү эзлеклелекләре белән характерлана, мәсәлән, ген функциясен көйләүдә катнашучы промоторлар. Көйләү эзлеклелекләре аксым кодлаучы ачык уку рамкасына якын урнаша яки РНК эзлеклелеге башында була ала. Мәсәлән, промоторларда алар якында (cis -регулятор элементлар дип атала,), яки күп миллионлы нигез парлары (нуклеотидлар) ераклыгында. Бу энхансерлар, инсуляторлар һәм супрессорлар (кайвакыт транс-регулятор элементлар дип классификацияләнәләр,) мисалында күзәтелә. Ягъни, ген төшенчәсе ДНКның кодлаштыру өлкәсе белән чикләнми. Ген — киңрәк төшенчә, ул шулай ук көйләү эзлеклелеген дә үз эченә ала.

«Ген» термины башта дискрет нәсел мәгълүматларын тапшыру өчен теоретик берәмлек буларак барлыкка килгән. Биология тарихы молекулаларның нәсел мәгълүматларын алып бара алуы турында бәхәсләр белән тулы. Аны аксымнар гына йөртә алыр иде, дип исәпләнгән, чөнки аларның структурасы (20 аминокислота) дүрт төр нуклеотидтан торган ДНКга караганда күбрәк вариантларга мөмкинлек бирә. Ләкин, эксперименталь дәлилләр ДНКда нәсел мәгълүматы барлыгын исбатлады, ул молекуляр биологиянең үзәк догмасы буларак күрсәтелде: ДНК, РНК, аксым.

Геннар мутация кичерергә мөмкин. Бу ДНК чылбырындагы нуклеотидлар эзлеклелегендә очраклы яки билгеле үзгәрешләр. Мутацияләр эзлеклелекнең үзгәрүенә, һәм шуның өчен аксым яки РНКның биологик үзенчәлекләренең үзгәрүенә китерергә мөмкин. Бу организмның үзгәрүенә, хәтта аномаль эшләвенә китерергә мөмкин. Мондый мутацияләр кайбер очракларда патоген, чөнки алар авыруларга китерә, яки эмбрион дәрәҗәсендә үлемгә китерә. Нуклеотид эзлеклелегендәге барлык үзгәрешләр дә аксым структурасының үзгәрүенә китерми (генетик кодның артыклык эффекты аркасында). Аерым алганда, кеше геномы бернуклеотид полиморфизмнары һәм копияләрнең сан вариацияләре белән характерлана ( , мәсәлән, делеция һәм дупликацияләр, кеше нуклеотид эзлеклелегенең якынча 1 % тәшкил итә . Бер нуклеотид полиморфизмнары (SNP), аерым алганда, бер генның төрле аллельләрен билгели.

 Молекуляр эволюция 

 Мутация 
ДНК репликациясе күпчелек дәрәҗәдә бик төгәл, ләкин хаталар (мутацияләр) барыбер була. Эукариотик күзәнәкләрдә хаталар ешлыгы бер репликациягә бары тик 10−8 нуклеотид тәшкил итә ала, ә кайбер РНК-вируслар өчен ул 10−3 җитә . Бу һәр буынга, һәр кеше геномында 30га якын яңа мутация җыя дигәнне аңлата. Кечкенә мутацияләр ДНК репликациясе һәм ДНК-ның җимерелүе нәтиҗәләре аркасында барлыкка килә һәм бер нигезне үзгәрткән нокталы мутацияләрне һәм бер нигез кертелгән яки алып ташланган рамканы күчергән мутацияләрне үз эченә ала. Бу мутацияләрнең берсе миссенс буенча (башка аминокислотаны кодлаштыру өчен кодны үзгәртә) яки нонсенс буенча генны үзгәртә ала (артык иртә стоп-кодон).

Зур мутацияләр хромосома аномалияләрен китереп чыгаручы рекомбинация хаталары аркасында барлыкка килә, шул исәптән хромосоманың зур участокларын икегә тапкырлау, делецияләү, урыннарын алыштыру яки инверсия. Моннан тыш, ДНКны торгызу механизмнары молекуланың физик зыянлылыгын торгызганда мутацион хаталар кертергә мөмкин. Төзәтү, хәтта мутация белән дә, исән калу өчен төгәл күчермәне торгызудан мөһимрәк, мәсәлән, ике чылбырлы өзекләрне торгызганда.

Бер төрнең популяциясендә генның берничә төрле аллеле булганда, ул полиморфизм дип атала. Күпчелек төрле аллелльр функциональ яктан эквивалент, ләкин кайбер аллельләр төрле фенотипик сыйфатларга китерергә мөмкин. Генның иң еш очрый торган аллеле кыргый тип, ә сирәк аллельләр мутант дип атала. Популяциядәге төрле аллельләрнең чагыштырма ешлыкларында генетик аермалар табигый сайлау һәм генетик дрифт аркасында килеп чыга . Кыргый типтагы аллельләр аз таралган аллельләрнең бабасы булу мәҗбүри түгел һәм аның аеруча яхшы яраклашкан булуы да мәҗбүри түгел.

 Геннар саны 
Геном күләме һәм андагы геннар саны таксономик төркемнәр арасында төрлечә. Иң кечкенә геномнар вирусларда һәм вироидларда (алар бер кодлаштырмаучы РНК гены булып эшлиләр) очрый . Киресенчә, үсемлекләрдә бик зур геномнар булырга мөмкин, дөгедә 46,000нән артык аксым кодлау геннары бар . Аксым-кодлау геннарының гомуми саны (Җир протеомы), 2007 елда 5 миллион эзлеклелек белән бәяләнде, 2017 елга 3,75 миллионга кадәр кимеде  .

 Генетик инженерия 
Генетик инженерия — тере организмның үзлекләрен үзгәртү өчен генетик материалны үзгәртү практикасы. 1970-нче еллардан башлап вирусларда, бактерияләрдә, үсемлекләрдә, гөмбәләрдә, хайваннарда, шул исәптән кешеләрдә геннар өстәү, бетерү һәм үзгәртү өчен бик күп ысуллар эшләде . Күптән түгел геномик инженерлык техникасы хромосома эченә махсус ДНК ремонтлау урыннарын булдыру өчен, ясалма рәвештә кертелгән ДНКөземен ремонтлау процессында генны юкка чыгару яки үзгәртү өчен нуклеаза ферментларын куллана башлады. . Шуңа бәйле синтетик биология термины кайвакыт генетик инженер организмнарының киң дисциплинасын билгеләү өчен кулланыла .

Бүген генетик инженерия модель организмнар белән эшләгәндә гадәти корал. Мәсәлән, геннар бактерияләргә җиңел кушыла билгеле бер генның функциясе бозылган тычканнарның «Knockout mouse» штаммнары шул ген функциясен өйрәнү өчен кулланыла . Күпчелек организмнар авыл хуҗалыгында, сәнәгать биотехнологиясендә, күзәнәк биологиясендә һәм медицинада куллану өчен генетик үзгәртелгән.

Күп күзәнәкле организмнарда гадәттә яралгы үзгәртелә, ул генетик үзгәртелгән олы организмга әверелә . Ләкин, олы организм күзәнәкләренең геномнарын ген терапиясен кулланып, генетик авыруларны дәвалау өчен үзгәртеп була.

 Ген үзлекләре 

 дискретлык — геннарның кушылмавы;
 тотрыклылык — структураны саклап калу сәләте;
 лабильлек — кат-кат мутацияләү сәләте;
 күп аллелизм — популяциядә геннар күп молекуляр формаларда яши;
 аллелизм — диплоид организмнарның генотибында генның ике формасы гына бар;
 спецификлык — һәр ген үз сыйфатын кодлый;
 плейотропия — генның берничә эффекты;
 экспрессивлык — генның сыйфатта чагылуы дәрәҗәсе;
 пенетрантлык — фенотиптагы генның чагылу ешлыгы;
 амплификация — ген күчермәләренең саны арту .

 Классификация 

 Структур геннар — аксымның төп структурасы турында мәгълүматны кодлаучы геннар. Структур геннарда нуклеотид триплетларының урнашуы ген белән кодланган полипептид чылбырындагы аминокислота эзлеклелеге белән коллинеар булып тора (шулай ук йорт хуҗалыгы геннары турындагы мәкаләне карагыз).
 Функциональ геннар — структур геннарның эшчәнлеген контрольдә тотучы геннар .

 Искәрмәләр 

 Әдәбият 






 Сылтамалар 

 Россия Фәннәр академиясеннән генетика буенча материаллар  Архив копиясе
 GEN Бөек Россия энциклопедиясендә архив копиясе

 Шулай ук карагыз 

 Аллель
 Геном
 Ген терапиясе
 Генетик мәгълүматны тормышка ашыру
 Эпигенетика
 Репликация
 ДНК
 РНК
 Генетик экспертиза
 Генетик карта
 Геннар китапханәсе

Төркем:Биология
Төркем:Генетика