доля генома содержащая информацию для кодирования белков
Медицинская генетика. Сборник тестовых заданий
Главная > Книга >Биология
50. Локализация гена:
51. Участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру полипептида:
52. Хромосома, центромера которой несколько смещена от середины:
53. Хромосома, одно плечо которой значительно короче другого:
54. Транслируемые участки генов эукариот:
55. Три последовательно расположенных нуклеотида в молекуле ДНК:
56. Сперматозоид организма человека содержит набор хромосом:
57. Процесс образования половых клеток – это …
58. Интерфазная форма хромосом – это …
59. Овогенез происходит в:
60. Процесс образования сперматозоидов – это …
61. Процесс образования яйцеклеток – это …
63. РНК, транспортирующая аминокислоты на рибосому называется …
64. Метафазная хромосома состоит из двух …
65. Считывание генетической информации с молекулы ДНК на молекулу И-РНК в ядре называется …
66. Клетка готовится к делению в период …
67.В каком периоде клеточного цикла хромосомы приобретают удвоенную структуру:
68.При митозе осуществляется деление:
а). Эквационное
б). Редукционное
в). Рекомбинантное
г). прямое
а)1. экзоны
б) темные полосы при дифференциальном окрашивании хромосом
в). интроны
г). элементы гена, обеспечивающие жизнеспособность клетки
71. Гены классифицируются на:
а). РНК-кодирующие гены
б). митохондриальные гены
в). белок-кодирующие гены
г). гены «домашнего хозяйства»
72.Совокупность всех хромосом, содержащих единицы наследственности (гены) называется …
73.Общее число генов у человека составляет примерно:
74.Доля генома, содержащая информацию для кодирования белков:
в). Закономерности наследования признаков.
90. Кроссинговер является одной из причин изменчивости:
91Мутации, не передающиеся по наследству:
92…- это различные формы одного и того же гена.
93.. Разрыв участка хромосомы, поворот его на 180 градусов:
94. Выпадение части хромосомы:
95. Удвоение участка хромосомы:
96. Три последовательно расположенных нуклеотида в молекуле ДНК:
97. Гомозиготным называется организм, в соматических клетках которого:
в) одинаковые аллели
98. Количество аллелей одного гена в зрелой половой клетке диплоидного организма:
99. Отрыв участка одной хромосомы и присоединение его к негомологичной хромосоме:
100. Обмен участками ДНК между гомологичными хромосомами:
101. Хромосомы, определяющие все признаки, кроме половой принадлежности:
102. Набор хромосом в клетке:
103….- выпадение какого-либо участка хромосомы.
104…- перекрест гомологичных хромосом и обмен гомологичными участками.
105. Гетерозиготным называется организм, в соматических клетках которого:
в) одинаковые аллели
106. Конкретно взятый признак организма кодирует:
107. Один ген полностью подавляет действие другого:
а) полное доминирование
б) неполное доминирование
108. Каждый аллель в гетерозиготном состоянии детерминирует свой признак:
а) полное доминирование
б) неполное доминирование
109. Один ген не полностью подавляет другой и появляется промежуточный признак:
а) полное доминирование
б) неполное доминирование
110. Доминантный ген в гетерозиготном состоянии проявляется сильнее, чем в гомозиготном:
а) полное доминирование
б) неполное доминирование
111. Один доминантный ген дополняет действие другого доминантного гена и появляется новый признак:
112. Ген одной аллельной пары подавляет действие гена другой пары:
113. Несколько доминантных генов определяют один и тот же признак примерно в одинаковых количествах:
114. Способность гена оказывать влияние на развитие нескольких признаков:
115… – это степень выраженности признака.
116…– это частота фенотипического проявления гена среди его носителей.
117. Организм, в соматических клетках которого разные аллели гена называется …
118. Фактор, который вызывает изменения в генетическом аппарате, называют …
119… – перекрест гомологичных хромосом и обмен гомологичными участками.
121. Совокупность всех генов клетки называют …
122. В зрелой половой клетке одного гена содержится аллелей:
123.Внешнее проявление реализации гена называется …
124.Генетическая программа, определяющая развитие особи называется …
125. Альтернативные формы одного и того же гена называются …
126.Взаимодействия между аллельными генами:
а). неполное доминирование
б). кодоминантность
в). эпистаз
г). полное доминирование
127. Формы взаимодействия неаллельных генов:
а). кодоминантность
б). сверхдоминирование
в). эпистаз
г). полимерия
128.Наследования, при котором развитие признака контролируется
несколькими генами:
а). Плейотропия
б). Политения
в). Полиплоидия
г). Полимерия
129.Гаплоидный набор содержат клетки:
а). Нейроны
б). Гепатоциты
в). Зиготы
г). Гаметы
130.Избирательное увеличение числа копий отдельных генов носит название:
а). Полиплоидия
б). Амплификация
в). Кроссинговер
г). Стигматизация
132. Взаимодействие аллельных генов, каждый из которых проявляется фенотипически называется …
Закономерности наследования признаков.
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время более совершенным методом контроля качества знаний студентов является тестирование. Тестовый контроль способствует объективности оценки полученных результатов.
Материалы сборника могут быть использованы контроля и самоконтроля знаний студентов.
Задания в тестовой форме
История развития и основные достижения современной генетики
1. Основоположником генетики является ученый …
2. Хромосомную теорию наследственности обосновал ученый…
3.Расшифровка генетического кода связана с именем ученого:
а). Джеймс Уотсон
б). Маршалл Ниренберг
в). Френсис Крис
г). Вильгельм Иоган Сен
4. Международный проект «Геном человека» начал свою работу в:
5. Какая из перечисленных стран не приняла участия в секвенировании человеческого генома:
6.Расшифровку структуры молекулы ДНК в 1953г.осуществили:
б). Д.Романовский и Г.Гимза
7.Основные задачи международной программы «геном человека»:
а). определение нуклеотидных последовательностей всех хромосом
б). сравнение геномов разных людей
в). идентификация генов
г). сравнение геномов разных видов
Молекулярные и цитохимические основы наследственности.
8. Деление, приводящее к уменьшению числа хромосом вдвое:
9. Тельце Барра – это …
10.. Процесс синтеза ДНК:
11. Процесс образования мужских половых клеток:
13. Функция митохондрий в клетке:
14….- процесс образования половых клеток.
15. Функция рибосом:
16. Соматическая клетка организма человека содержит набор хромосом:
17. Яйцеклетка организма человека содержит набор хромосом:
18. Мономер нуклеиновой кислоты:
19. Процесс образования женских половых клеток:
20. Информацию о структуре одной аминокислоты несет:
21. Последовательность фаз митоза: 1) анафаза
22. Период, во время которого происходит удвоение количества ДНК:
23. Период интерфазы, во время которого клетка растет и выполняет свои функции:
24. Деление, лежащее в основе бесполого размножения:
26….- оплодотворенная яйцеклетка.
27. Кариотип здоровой женщины:
28. Период интерфазы, во время которого клетка запасается энергией и готовится к митозу:
29. Последовательность периодов интерфазы: 1) синтетический
3) постсинтетический 30. Органоиды клетки:
31…- генеративная половая клетка.
34…- организм, в котором пара аллельных генов одинакова.
37…- половины хромосом.
38. Соответствие органоидов клетки их функциям:
а) митохондрия 1) каталитическая
б) рибосома 2) энергетическая
в) клеточный центр 3) синтетическая
г) лизосома 4) распределительная
39. Нуклеиновая кислота, транспортирующая аминокислоты к месту синтеза белка:
40. Углевод, входящий в состав ДНК:
42. Углевод, входящий в состав РНК:
43. Наследственные свойства клетки несет:
44. Ген является участком молекулы:
46. Хромосома, центромера которой расположена по середине:
47. Последовательность зон развития сперматогенеза:
47. Нуклеиновая кислота, приносящая информацию о структуре белков из ядра в цитоплазму:
48. и-РНК образуется в:
а) эндоплазматической сети
г) аппарате Гольджи
49. Клетки, имеющие хорошо оформленное ядро:
50. Локализация гена:
51. Участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру полипептида:
52. Хромосома, центромера которой несколько смещена от середины:
53. Хромосома, одно плечо которой значительно короче другого:
54. Транслируемые участки генов эукариот:
55. Три последовательно расположенных нуклеотида в молекуле ДНК:
56. Сперматозоид организма человека содержит набор хромосом:
57. Процесс образования половых клеток – это …
58. Интерфазная форма хромосом – это …
59. Овогенез происходит в:
60. Процесс образования сперматозоидов – это …
61. Процесс образования яйцеклеток – это …
63. РНК, транспортирующая аминокислоты на рибосому называется …
64. Метафазная хромосома состоит из двух …
65. Считывание генетической информации с молекулы ДНК на молекулу И-РНК в ядре называется …
66. Клетка готовится к делению в период …
67.В каком периоде клеточного цикла хромосомы приобретают удвоенную структуру:
68.При митозе осуществляется деление:
а). Эквационное
б). Редукционное
в). Рекомбинантное
г). прямое
а)1. экзоны
б) темные полосы при дифференциальном окрашивании хромосом
в). интроны
г). элементы гена, обеспечивающие жизнеспособность клетки
71. Гены классифицируются на:
а). РНК-кодирующие гены
б). митохондриальные гены
в). белок-кодирующие гены
г). гены «домашнего хозяйства»
72.Совокупность всех хромосом, содержащих единицы наследственности (гены) называется …
73.Общее число генов у человека составляет примерно:
74.Доля генома, содержащая информацию для кодирования белков:
Дата добавления: 2018-11-24 ; просмотров: 429 ; Мы поможем в написании вашей работы!
Биосинтез белка и нуклеиновых кислот. Гены, генетический код
В обмене веществ организма ведущая роль принадлежит белкам и нуклеиновым кислотам.
Белковые вещества составляют основу всех жизненно важных структур клетки, обладают необычайно высокой реакционной способностью, наделены каталитическими функциями.
Нуклеиновые кислоты входят в состав важнейшего органа клетки — ядра, а также цитоплазмы, рибосом, митохондрий и т. д. Нуклеиновые кислоты играют важную, первостепенную роль в наследственности, изменчивости организма, в синтезе белка.
План синтеза белка хранится в ядре клетки, а непосредственно синтез происходит вне ядра, поэтому необходима служба доставки закодированного плана из ядра к месту синтеза. Такую службу доставки исполняют молекулы РНК.
После дальнейших изменений этот вид закодированной и-РНК готов. и-РНК выходит из ядра и направляется к месту синтеза белка, где буквы и-РНК расшифровываются. Каждый набор из трех букв и-РНК образует «букву», обозначающее одну конкретную аминокислоту.
Другой вид РНК отыскивает эту аминокислоту, захватывает ее с помощью фермента и доставляет к месту синтеза белка. Эта РНК называется транспортной, или т-РНК. По мере прочтения и перевода сообщения и-РНК цепочка аминокислот растет. Эта цепочка закручивается и укладывается в уникальную форму, создавая один вид белка. Примечателен даже процесс укладки белка: на то, чтобы с помощью компьютера просчитать все варианты укладки белка среднего размера, состоящего из 100 аминокислот, потребовалось бы 1027 (!) лет. А для образования в организме цепочки из 20 аминокислот требуется не более одной секунды, и этот процесс происходит непрерывно во всех клетках тела.
Гены, генетический код и его свойства.
На Земле живет около 7 млрд людей. Если не считать 25—30 млн пар однояйцовых близнецов, то генетически все люди разные : каждый уникален, обладает неповторимыми наследственными особенностями, свойствами характера, способностями, темпераментом.
Такие различия объясняются различиями в генотипах—наборах генов организма; у каждого он уникален. Генетические признаки конкретного организма воплощаются в белках — следовательно, и строение белка одного человека отличается, хотя и совсем немного, от белка другого человека.
Ген – единица наследственной информации организма, которой соответствует отдельный участок ДНК
Генетический код состоит из троек (триплетов) нуклеотидов ДНК, комбинирующихся в разной последовательности (ААТ, ГЦА, АЦГ, ТГЦ и т.д.), каждый из которых кодирует определенную аминокислоту (которая будет встроена в полипептидную цепь).
Основные свойства генетического кода:
2. Избыточность ( вырожденность ) кода является следствием его триплетности и означает то, что одна аминокислота может кодироваться несколькими триплетами (поскольку аминокислот 20, а триплетов — 64), за исключением метионина и триптофана, которые кодируются только одним триплетом. Кроме того, некоторые триплеты выполняют специфические функции: в молекуле и-РНК триплеты УАА, УАГ, УГА — являются терминирующими кодонами, т. е. стоп-сигналами, прекращающими синтез полипептидной цепи. Триплет, соответствующий метионину (АУГ), стоящий в начале цепи ДНК, не кодирует аминокислоту, а выполняет функцию инициирования (возбуждения) считывания.
4. Коллинеарность кода, т.е. последовательность нуклеотидов в гене точно соответствует последовательности аминокислот в белке.
Существуют таблицы генетического кода для расшифровки кодонов и- РНК и построения цепочек белковых молекул.
Реакции матричного синтеза.
В живых системах встречается реакции, неизвестные в неживой природе — реакции матричного синтеза.
Термином «матрица» в технике обозначают форму, употребляемую для отливки монет, медалей, типографского шрифта: затвердевший металл в точности воспроизводит все детали формы, служившей для отливки. Матричный синтез напоминает отливку на матрице: новые молекулы синтезируются в точном соответствии с планом, заложенным в структуре уже существующих молекул.
Матричный принцип лежит в основе важнейших синтетических реакций клетки, та-ких, как синтез нуклеиновых кислот и белков. В этих реакциях обеспечивается точная, строго специфичная последовательность мономерных звеньев в синтезируемых полимерах.
Мономерные молекулы, из которых синтезируется полимер, — нуклеотиды или аминокислоты — в соответствии с принципом комплементарности располагаются и фиксируются на матрице в строго определенном, заданном порядке.
Затем происходит «сшивание» мономерных звеньев в полимерную цепь, и готовый полимер сбрасывается с матрицы.
После этого матрица готова к сборке новой полимерной молекулы. Понятно, что как на данной форме может производиться отливка только какой-то одной монеты, одной буквы, так и на данной матричной молекуле может идти «сборка» только какого-то одного полимера.
Матричный тип реакций — специфическая особенность химизма живых систем. Они являются основой фундаментального свойства всего живого — его способности к воспроизведению себе подобного.
Реакции матричного синтеза
Молекула ДНК состоит из двух комплементарных цепей. Эти цепи удерживаются слабыми водородными связями, способными разрываться под действием ферментов. Молекула ДНК способна к самоудвоению (репликации), причем на каждой старой половине молекулы синтезируется новая ее половина.
Кроме того, на молекуле ДНК может синтезироваться молекула и-РНК, которая затем переносит полученную от ДНК информацию к месту синтеза белка.
Передача информации и синтез белка идут по матричному принципу, сравнимому с работой печатного станка в типографии. Информация от ДНК многократно копируется. Если при копировании произойдут ошибки, то они повторятся во всех последующих копиях.
Правда, некоторые ошибки при копировании информации молекулой ДНК могут исправляться — процесс устранения ошибок называется репарацией. Первой из реакций в процессе передачи информации является репликация молекулы ДНК и синтез новых цепей ДНК.
2. Транскрипция (от лат. transcriptio — переписывание) — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на РНК.
Готовая молекула и-РНК выходит в цитоплазму на рибосомы, где происходит синтез полипептидных цепей.
3. Трансляция (от лат. translatio — перенос, перемещение) — процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (иРНК, мРНК), осуществляемый рибосомой. Иными словами, это процесс перевода информации, со-держащейся в последовательности нуклеотидов и-РНК, в последовательность амино-кислот в полипептиде.
4. Обратная транскрипция — это процесс образования двуцепочечной ДНК на основании информации из одноцепочечной РНК. Данный процесс называется обратной транскрипцией, так как передача генетической информации при этом происходит в «обратном», относительно транскрипции, направлении. Идея обратной транскрипции вначале была очень непопулярна, так как противоречила центральной догме молекулярной биологии, которая предполагала, что ДНК транскрибируется в РНК и далее транслируется в белки.
Последовательность матричных реакций при биосинтезе белков можно представить в виде схемы.
Таким образом, биосинтез белка – это один из видов пластического обмена, в ходе которого наследственная информация, закодированная в генах ДНК, реализуется в определенную последовательность аминокислот в белковых молекулах.
В результате активирования аминокислота становится более лабильной и под действием того же фермента связывается с т-РНК. Каждой аминокислоте соответствует строго специфическая т-РНК, которая находит «свою» аминокислоту и переносит ее в рибосому.
Следовательно, в рибосому поступают различные активированные аминокислоты, соединенные со своими т-РНК. Рибосома представляет собой как бы конвейер для сборки цепочки белка из поступающих в него различных аминокислот.
Одновременно с т-РНК, на которой «сидит» своя аминокислота, в рибосому поступает «сигнал» от ДНК, которая содержится в ядре. В соответствии с этим сигналом в рибосоме синтезируется тот или иной белок.
Направляющее влияние ДНК на синтез белка осуществляется не непосредственно, а с помощью особого посредника – матричной или информационной РНК (м-РНК или и-РНК), которая синтезируется в ядре под влиянием ДНК, поэтому ее состав отражает состав ДНК. Молекула РНК представляет собой как бы слепок с формы ДНК. Синтезированная и-РНК поступает в рибосому и как бы передает этой структуре план — в каком порядке должны соединяться друг с другом поступившие в рибосому активированные аминокислоты, чтобы синтезировался определенный белок. Иначе, генетическая информация, закодированная в ДНК, передается на и- РНК и далее на белок.
Молекула и-РНК поступает в рибосому и прошивает ее. Тот ее отрезок, который находится в данный момент в рибосоме, определенный кодоном (триплет), взаимо-действует совершенно специфично с подходящим к нему по строению триплетом (антикодоном) в транспортной РНК, которая принесла в рибосому аминокислоту.
Транспортная РНК со своей аминокислотой подходит к определенному кодону и-РНК и соединяется с ним; к следующему, соседнему участку и- РНК присоединяется другая т-РНК с другой аминокислотой и так до тех пор, пока не будет считана вся цепочка и-РНК, пока не нанижутся все аминокислоты в соответствующем порядке, образуя молекулу белка. А т-РНК, которая доставила аминокислоту к определенному участку полипептидной цепи, освобождается от своей аминокислоты и выходит из рибосомы.
Затем снова в цитоплазме к ней может присоединиться нужная аминокислота, и она снова перенесет ее в рибосому. В процессе синтеза белка участвует одновременно не одна, а несколько рибосом — полирибосомы.
Основные этапы передачи генетической информации:
Этапы универсальны для всех живых существ, но временные и пространственные взаимоотношения этих процессов различаются у про- и эукариотов.
У прокариот транскрипция и трансляция могут осуществляться одновременно, поскольку ДНК находится в цитоплазме. У эукариот транскрипция и трансляция строго разделены в пространстве и времени: синтез различных РНК происходит в ядре, после чего молекулы РНК должны покинуть пределы ядра, пройдя через ядерную мембрану. Затем в цитоплазме РНК транспортируются к месту синтеза белка.
Таинственный код нашего генома
Расшифровка генетического код стала важным научным событием двадцатого века. Сейчас перед учеными появляются новые загадки о функционировании нашего генома.
Автор
Редакторы
Последовательность ДНК определяет строение белка с помощью триплетного генетического кода, в котором каждой аминокислоте соответствует три нуклеотида. Случайные мутации приводят к изменению последовательности нуклеотидов, в результате чего появляются новые варианты белков. Именно так до недавнего времени представляли себе ученые эволюцию белков. Но благодаря исследованиям последних лет оказалось, что помимо генетического кода есть и другие «коды», которые диктуют эволюции белков свои правила.
Одним из важных свойств генетического кода является его избыточность — каждая аминокислота, как правило, кодируется не одним, а 2–6 кодонами. Интересно, что при этом частота использования разных кодонов, отвечающих за одну и ту же аминокислоту, различается как в прокариотических, так и в эукариотических геномах [1]. У организмов с коротким жизненным циклом предпочтения одних кодонов другим связывают с необходимостью в увеличении эффективности транскрипции и стабильности мРНК [2], [3]. Однако в случае геномов млекопитающих такое объяснение подходит лишь для небольшого количества случаев, поэтому в последние годы ученые активно занимаются изучением особенностей геномов млекопитающих и причин предпочтительного использования тех или иных кодонов.
Важное значение в частоте использования кодонов играют транскрипционные факторы — к такому выводу пришла группа ученых из Университета Вашингтона под руководством Джона Стаматояннопоулоса (John A. Stamatoyannopoulos). В опубликованной в журнале Science статье обсуждается, как транскрипционные факторы могут управлять эволюцией белков посредством влияния на частоту использования кодонов [4].
Транскрипционные факторы (ТФ) — это белки, регулирующие транскрипцию генов при связывании с ДНК. ТФ могут повышать транскрипцию или снижать ее, влияя, таким образом, на количество мРНК и белка, соответствующих определенному гену. Долгое время считалось, что ТФ связываются только в некодирующей (не содержащей генов) части ДНК. В своем новом исследовании группа Стаматояннопоулоса выяснила, что на самом деле во многих генах человека ТФ связываются с кодирующими последовательностями ДНК (т.е. с теми, которые являются частью генов). Так как эффективность связывания ТФ с ДНК зависит от того, какие именно нуклеотиды находятся в сайте связывания, ТФ могут снижать возможное разнообразие кодонов в местах своей посадки (рис. 1). При этом даже нейтральные с точки зрения белка мутации (те, при которых последовательность аминокислот не меняется благодаря избыточности генетического кода) могут изменять эффективность связывания ТФ с ДНК и становиться материалом для естественного отбора. Получается, что эволюция белков определяется не только хорошо изученным генетическим кодом, но и другим особенным кодом — «кодом связывания ТФ». Ранее были описаны и некоторые другие «регуляторные» коды, которые контролируют организацию хроматина [5], пространственную структуру и сплайсинг мРНК [5], [6], эффективность трансляции [7], ко-трансляционный фолдинг белков [8] (рис. 2). Все они могут влиять на предпочтительное использование тех или иных кодонов.
Рисунок 1. Неслучайная частота использования кодов в дуонах в местах связывания ТФ с ДНК. На гистограмме видно, что частота использования некоторых кодонов на 5–15% выше в дуонах, чем вне дуонов. В случае аргинина кодон AGA, напротив, гораздо реже встречается в дуонах, чем в других участках генома. В левой части рисунка — распределение частоты использования разных кодонов на примере кодонов для аспарагина и лейцина.
Насколько в геноме распространено применение дополнительных «регуляторных» кодов, которые перекрывают генетический код, и какое влияние они оказывают на эволюцию белков? Сотрудники лаборатории Стаматояннопоулоса попытались ответить на этот вопрос при исследовании «кода связывания ТФ». Чтобы выявить участки ДНК, связывающиеся с ТФ, они применили метод картирования с помощью дезоксирибонуклеазы I. Этот фермент разрушает одноцепочечные участки ДНК — если только они в этот момент не связаны с ТФ (в таком случае они сохранятся). Ученые исследовали 81 тип человеческих клеток, определив точные нуклеотидные последовательности связанных с ТФ участков генов. Оказалось, что приблизительно 14% кодонов в 86,9% генов человека связаны с различными транскрипционными факторами. В своей статье исследователи предлагают называть эти участки генов «дуонами», т.к. они кодируют два типа информации — информацию о белковой последовательности в виде генетического кода и информацию об экспрессии гена с помощью связывания ТФ. Для нормальной экспрессии гена необходимо связывание ДНК с ТФ, поэтому существуют определенные ограничения на использование различных кодонов, обусловленные строением ДНК-связывающего участка ТФ.
В геноме человека широко распространены однонуклеотидные полиморфизмы (single nucleotide polymorphisms, SNP) — различия последовательности гомологичных генов разных людей на один нуклеотид. Могут ли такие однонуклеотидные различия повлиять на эффективность связывания ТФ с ДНК? Чтобы узнать это, ученые из лаборатории Стаматояннопоулоса нашли на полученной ими карте дуонов почти 600 тыс. известных сайтов SNP, связанных с развитием какого-либо заболевания или проявлением определенного фенотипического признака. Оказалось, что 17,4% сайтов полиморфизма изменяют результаты картирования с помощью дезоксирибонуклеазы I, т.е. они, вероятно, снижают эффективность связывания ТФ с ДНК. Это изменение не зависит от того, является ли данный полиморфизм синонимичным или несинонимичным (т.е. влияет ли замена нуклеотида на замену аминокислоты в белке). Интересно, что значительная часть несинонимичных замен, хотя и приводит к изменению последовательности белка, не приводит к нарушению его функций. В этих случаях изменения нуклеотидной последовательности приводят только к нарушению связывания ТФ с ДНК. Эта находка поддерживает гипотезу о том, что SNP в кодирующей ДНК могут приводить к развитию заболеваний без влияния на функцию белка [9], [10]. Поэтому при изучении роли SNP в различных заболеваниях и при исследовании экзома необходимо учитывать весь спектр «регуляторных кодов», взаимодействующих с последовательностью гена.
«Регуляторные коды» далеко не всегда мирно и гармонично сосуществуют. В генах плодовой мушки Drosophila melanogaster ближе к концу экзонов наблюдается резкое снижение частоты использования оптимальных для трансляции кодонов и повышение частоты использования кодонов, которые облегчают сплайсинг мРНК [11]. Это показывает, что в ходе эволюции потребность в точном сплайсинге была выше, чем потребность в более эффективной трансляции. Также при исследовании дуонов и других ТФ-связывающих участков ДНК оказалось, что среди этих последовательностей нет стоп-кодонов.
Рисунок 2. «Тайные коды» нашего генома, которые определяют частоту использования кодонов и выбор аминокислот в эволюции белков, независимо от выполнения белком его функций
Что же может обеспечить взаимовыгодное соседство «регуляторных» и генетического кодов? Одним из ключевых ограничений для белок-кодирующих генов является то, что последовательность гена должна обеспечивать нормальный фолдинг кодируемого белка. Мутации, нарушающие правильную укладку, с большой вероятностью будут отсеяны как вредные. Можно предположить, что когда необходимость правильного фолдинга отсутствует (например, в неструктурированных белках [12]), белок-кодирующая последовательность может содержать большее количество регуляторных элементов для различных «регуляторных кодов». Действительно ли это так, помогут узнать дальнейшие исследования.
Несмотря на то, что в работе Стаматояннопоулоса и его коллег было сделано много интересных наблюдений о функционировании «кода связывания ТФ», некоторые вопросы остаются открытыми. Например, авторы статьи отмечают, что ТФ гораздо реже связываются с генами с высокой экспрессией, но не ясно, как ТФ при связывании с белок-кодирующими участками ДНК могут воздействовать на транскрипцию этих генов. Возможно, что связывание ТФ в данном случае вызывает активацию альтернативного промотора или соседнего гена, снижая таким образом экспрессию гена с ТФ-связывающей последовательностью. С другой стороны, этот эффект может быть связан с перестройкой хроматина, которая приводит к снижению экспрессии ряда генов.
Новые исследования помогут ученым лучше понять, как различные «регуляторные коды» взаимодействуют друг с другом и с генетическим кодом. Интересно узнать, всегда ли природа могла найти оптимальное решение при сочетании разных кодов, или иногда возникали противоречия, приводящие к неоптимальным или вредным последствиям. Например, может оказаться, что белок-кодирующие последовательности ДНК, которым «трудно справиться» с обилием и разнообразием регуляторных элементов, активно используются патогенами при инфицировании хозяина. Обнаружение перекрывающихся «регуляторных кодов» в нашем геноме открывает новые перспективы для интерпретации различий и особенностей в последовательностях ДНК и указывает на то, что исследование генетического кода еще не подошло к концу.
Перевод редакционной колонки журнала Science [13].