Войти
Структурный ген представляет собой ген, который кодирует любой РНК или белковый продукт, отличной от регулирующего фактора (т.е. регуляторного белка ). Термин, происходящий от оперона lac, структурные гены обычно рассматриваются как гены, содержащие последовательности ДНК, соответствующие аминокислотам белка, который будет продуцироваться, до тех пор, пока указанный белок не регулирует экспрессию генов. Структурные генные продукты включают ферменты и структурные белки. Структурными генами также кодируются некодирующие РНК, такие как рРНК и тРНК (но исключая любые регуляторные миРНК и миРНК ).
У прокариот структурные гены родственной функции обычно соседствуют друг с другом на одной цепи ДНК, образуя оперон. Это позволяет более просто регулировать экспрессию генов, поскольку один регуляторный фактор может влиять на транскрипцию всех связанных генов. Лучше всего это иллюстрируется хорошо изученным опероном lac, в котором три структурных гена ( lacZ, lacY и lacA ) все регулируются одним промотором и одним оператором. Структурные гены прокариот транскрибируются в полицистронную мРНК и впоследствии транслируются.
У эукариот структурные гены не расположены последовательно. Вместо этого каждый ген состоит из кодирующих экзонов и чередующихся некодирующих интронов. Регуляторные последовательности обычно находятся в некодирующих областях выше и ниже гена. МРНК структурных генов должны быть сплайсированы перед трансляцией для удаления интронных последовательностей. Это, в свою очередь, поддается эукариотическому феномену альтернативного сплайсинга, при котором одна мРНК из одного структурного гена может продуцировать несколько различных белков, в зависимости от того, какие экзоны включены. Несмотря на сложность этого процесса, по оценкам, до 94% генов человека каким-либо образом сплайсируются. Кроме того, в разных типах тканей возникают разные схемы сращивания.
Исключением из этой схемы у эукариот являются гены гистоновых белков, в которых полностью отсутствуют интроны. Также различаются кластеры рДНК структурных генов, в которых последовательности 28S, 5.8S и 18S являются смежными, разделенными короткими внутренне транскрибируемыми спейсерами, и аналогично 45S рДНК встречается в пяти разных местах генома, но сгруппирована в соседние повторы. У эубактерий эти гены организованы в опероны. Однако у архебактерий эти гены не являются смежными и не имеют сцепления.
Выявление генетической основы возбудителя заболевания может быть важным компонентом понимания его последствий и распространения. Расположение и содержание структурных генов может пролить свет на эволюцию вирулентности, а также предоставить необходимую информацию для лечения. Точно так же понимание конкретных изменений в последовательностях структурных генов, лежащих в основе увеличения или уменьшения вирулентности, помогает понять механизм, с помощью которого болезни влияют на их хозяев.
Например, было обнаружено, что Yersinia pestis ( бубонная чума ) несет на плазмидах несколько структурных генов вирулентности и воспаления. Аналогичным образом было установлено, что структурный ген, ответственный за столбняк, также находится в плазмиде. Дифтерия вызывается бактерией, но только после того, как эта бактерия была инфицирована бактериофагом, несущим структурные гены токсина.
В вирусе простого герпеса структурная последовательность гена, отвечающая за вирулентность, была обнаружена в двух местах в геноме, несмотря на то, что только одно место фактически продуцирует продукт вирусного гена. Было выдвинуто предположение, что это может служить потенциальным механизмом восстановления вирулентности штаммов в случае потери в результате мутации.
Понимание конкретных изменений в структурных генах, лежащих в основе увеличения или уменьшения вирулентности, является необходимым шагом в формировании конкретных методов лечения, а также в изучении возможных медицинских применений токсинов.
Еще в 1974 году сходство последовательностей ДНК было признано ценным инструментом для определения родства между таксонами. Структурные гены в целом более консервативны из-за функциональных ограничений и поэтому могут оказаться полезными при изучении более разнородных таксонов. Оригинальный анализ обогащенных образцов на структурные гены путем гибридизации с мРНК.
Более поздние филогенетические подходы сосредоточены на структурных генах с известной функцией, консервативными в разной степени. Последовательности рРНК являются частыми мишенями, поскольку они консервативны у всех видов. Микробиология специально нацелена на ген 16S, чтобы определить различия на уровне видов. В таксонах более высокого порядка COI теперь считается «штрих-кодом жизни» и применяется в большинстве случаев биологической идентификации.
Несмотря на широко распространенную классификацию генов как структурных или регуляторных, эти категории не являются абсолютным разделением. Недавние генетические открытия ставят под сомнение различие между регуляторными и структурными генами.
Различие между регуляторными и структурными генами можно отнести к оригинальной работе 1959 года по экспрессии белка оперона Lac. В этом случае был обнаружен единственный регуляторный белок, который влиял на транскрипцию других белков, которые, как теперь известно, составляют оперон Lac. С этого момента два типа кодирующих последовательностей были разделены.
Однако все большее количество открытий регуляции генов предполагает большую сложность. Экспрессия структурных генов регулируется множеством факторов, включая эпигенетику (например, метилирование), РНКи и другие. Регуляторные и структурные гены могут одинаково эпигенетически регулироваться, поэтому не вся регуляция кодируется «регуляторными генами».
Есть также примеры белков, которые явно не подходят ни к одной из категорий, например, белки-шапероны. Эти белки помогают в сворачивании других белков, что, по-видимому, играет регулирующую роль. Тем не менее, эти же белки также помогают в перемещении своих белков-шаперонов через мембраны и теперь участвуют в иммунных ответах (см. Hsp60 ) и в пути апоптоза (см. Hsp70 ).
Совсем недавно было обнаружено, что микроРНК продуцируются из внутренних транскрибированных спейсеров генов рРНК. Таким образом, внутренний компонент структурного гена, по сути, является регуляторным. Сайты связывания для микроРНК также были обнаружены в кодирующих последовательностях генов. Обычно мешающие РНК нацелены на 3'UTR, но включение сайтов связывания в последовательность самого белка позволяет транскриптам этих белков эффективно регулировать микроРНК внутри клетки. Было продемонстрировано, что это взаимодействие влияет на экспрессию, и, таким образом, снова структурный ген содержит регуляторный компонент.
