Гени и Хромозоми

Всеки един организъм притежава в клетките си генетичен материал или така наречения геном. Хромозомите, структури на нуклеиновите киселини, в които се съхранява цялата генетична информация, са най-големите молекули в клетките, съдържащи хиляди гени.

16-те хромозоми в сравнително малкия геном на дрождите Saccharomyces cerevisiae имат молекулна маса от 1.5х10(на 8 степен) до 1х10(на 9 степен) далтона, което отговаря на ДНК молекула от  230 000 до 1 532 000 последователни базови двойки (bp). Човешкия хромозомен набор се състои от над 279 милиона базови двойки. ДНК молекулите всъщност са много по-големи от самите клетки, в които са съхранени.

Клетъчната ДНК молекула се състои от области, които кодират гени и от области, които не кодират гени. Класически генът е определен като участък от хромозомата, който определя един елементарен признак или фенотип, като цвят на окото например.

Джордж Бидъл и Едуард Тейтъм са дали своето определение за гена през 1940 година. По-късно след още генетични изследвания двамата учени заключили, че генът е сегмент от генетичния материал на клетката, който определя или кодира синтеза на един ензим: това е така наречената хипотеза за един ген-един ензим.

По-късно концепцията за гена била преработена и към определението било добавено един ген - една полипептидна верига, защото много гени кодират пептиди, които не са само ензими, а други протеини изпълняващи определени функции.

Вируси: вирусите не са самостоятелни организми. Често те са инфектиращи паразити, които използват ресурсите на клетка гостоприемник, за да изпълняват много от жизнените си процеси. Много от вирусите се състоят от обикновено една РНК или ДНК молекула, заобиколена от белтъчна обвивка. Почти всички растителни вируси и някои бактериални, и животински вируси имат геном състоящ се само от РНК молекула, която е малка на размер. Геномите на вирусите, които се състоят от ДНК молекула, варират в размерите си. Много вирусни ДНК молекули са кръгови през една част от жизнения си цикъл. По време на репликация в клетката гостоприемник специфични типове вирусни ДНК молекули, наречени репликативни форми, може да присъстват: например, много линейни ДНК молекули се превръщат в кръгови, някои едноверижни ДНК молекули могат да се превърнат в друверижни.

Бактерии: генетичният материал в бактерията E. coli се състои от една хромозома, която е кръгова и двойноверижна. В допълнение много бактерии съдържат в клетките си и една по-малка кръгова ДНК  молекула, която се намира свободно в цитозола, наречена плазмид. Повечето плазмиди се състоят от няколко хиляди базови двойки, но някои могат и да са с повече от 10 000 базови двойки. Плазмидите обикновено носят гени, които отговарят за резистентността на бактерията към антибиотици.

Еукариотни клетки: клетката на дрождите, най-простата еукариотна клетка, има 2.6 пъти повече количество ДНК от тази на E. coli например. Клетките на плодовата мушица Drosophila, използвани за генетични изследвания, съдържат над 35 пъти повече ДНК от клетката на E.coli. Човешките клетки имат приблизително 700 пъти повече генетичен материал в сравнение с E.coli. Генетичният материал в еукариотните клетки е разпределен в хромозоми. Човешките соматични клетки например се състоят от 46 хромозоми. Всяка хромозома от една еукариотна клетка, съдържа една голяма дуплексна ДНК молекула. ДНК молекулите в 24-те различни типа човешки хромозоми (22 + X и Y) се различават по дължина. Всеки един тип хромозома в еукариотната клетка носи характеристичен набор от гени. Броят на гените не варира колкото геномния размер при организмите. ДНК материалът от човешкия геном може да бъде разтеглен, при което дължината му би била един метър. Повечето човешки клетки за диплоидни. В тялото на един възрастен човек има приблизително 10(на 14 степен) клетки с дължина на ДНК молекулите около 2х10(на 11 степен) километра. Сравнете това с обиколката на Земята, която е 4х10(на 4 степен) километра или с разстоянието от Земята до Слънцето 1.5х10(на 8 степен) километра.

Автор: Албена Иванова