Энциклопедия «Биология» (без иллюстраций) - Горкин Александр Павлович - Страница 46

ГЕН, единица генетического материала; участок молекулы ДНК (у некоторых вирусов – РНК), определяющий (кодирующий) возможность развития какого-либо признака. Ген – функционально неделимая единица, т. е. один ген, как правило, отвечает за один элементарный признак. Таким признаком на молекулярном уровне может быть молекула белка или РНК, а на уровне организма, напр., цвет семян гороха или цвет глаз человека. Вместе с тем возможность реализации гена, его проявления в виде признака зависят от ряда факторов, прежде всего от взаимодействия с другими генами, образующими генотипиче-скую среду (см. Генотип).

Изучение строения, организации, принципов работы генов (или несколько шире – генетического материала) – центральная проблема генетики на всех этапах её развития. При этом представления о гене как о наследственном факторе, обладающем функцией, физической природой, способностью к изменчивости и другими свойствами, существенно изменялись и дополнялись. В 1865 г. Г. Мендель на основании своих опытов по гибридизации растений доказал существование дискретных наследственных «задатков», которые датский генетик В. Иогансен в 1909 г. назвал генами. Работы Менделя открыли возможность точного генетического (гибридологического) анализа наследственности и после их повторения в 1900 г. дали толчок необычайно быстрому становлению генетики. Уже в первой трети 20 в. было установлено, что гены линейно расположены в хромосомах клеточного ядра (см. Хромосомная теория наследственности), что они могут подвергаться естественным или вызываемым искусственно наследуемым изменениям – мутациям и что при передаче их от родителей к потомкам происходит их перераспределение – рекомбинация. При этом оказалось, что ген как единица функции и ген как единица мутации и рекомбинации – не одно и то же. Так возникло представление о сложном строении гена, однако вопрос о его химической природе оставался нерешённым. Наконец, в 40-х гг. на микроорганизмах было показано, что веществом генов является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), а в 1953 г. создана её пространственная модель (т. н. двойная спираль), объяснявшая биологические функции этой гигантской молекулы её строением. Началось бурное развитие молекулярной биологии гена. Вскоре были раскрыты способы записи генетиче-ской информации (генетический код) и механизм её передачи в процессах репликации, транскрипции и трансляции. Ещё в 40-х гг. была выдвинута концепция: «один ген – один фермент», согласно которой каждый ген определяет структуру какого-либо фермента (белка). Теперь это положение уточнялось: если белок состоит из нескольких полипептидных цепей, то каждая из них кодируется отдельным геном, т. е. более верна формула: «один ген – одна полипептидная цепь». В клетках существуют набор генов, специфичный для организмов одного биологического вида, и механизмы регуляции их активности. Благодаря этому происходит регулируемый синтез ферментов и других белков, обеспечивающих специализацию клеток и тканей в процессе развития организма из оплодотворённой яйцеклетки и поддерживающих характерный для вида тип обмена веществ.

В дальнейшем были исследованы особенности организации генетического материала у прокариот, эукариот и вирусов, а также у клеточных органоидов – митохондрий и хлоропластов, открыты т. н. мобильные гены, перемещающиеся по геному, расшифрована структура (нуклеотидная последовательность) геномов ряда организмов, в т. ч. человека. Разработка методов выделения, клонирования и гибридизации отдельных генов (участков ДНК) привела к появлению важной в практическом отношении генной инженерии, ряда направлений в биотехнологии. См. также Аллель, Геном, Хроматин.

ГЕНЕРАТИ?ВНЫЕ О?РГАНЫцветковых растений, органы (цветки и плоды), обеспечивающие функцию полового размножения. Вместе с вегетативными органами относятся к репродуктивным, обеспечивающим увеличение численности и расширение ареала вида.

ГЕНЕ?ТИКА, наука о наследственности и изменчивости живых организмов. Так как эти свойства присущи всем без исключения организмам, они представляют важнейшие характеристики жизни в целом, а генетика служит фундаментом всей биологии.

В течение тысячелетий при разведении домашних животных и культурных растений человек пользовался добытыми на основании опыта сведениями о передаче от поколения к поколению хозяйственно-полезных признаков. Однако первые научные представления о сущности явлений наследственности и изменчивости появились лишь во 2-й пол. 19 в. В 1865 г. Г. Мендель сообщил результаты своих опытов по скрещиванию сортов гороха и сформулировал закономерности наследования «зачатков» (позднее их назвали генами), определяющих альтернативные признаки. Эта работа была понята и оценена только в 1900 г., когда законы Менделя независимо друг от друга заново открыли трое учёных. С этого момента началось бурное развитие генетики, подготовленное достигнутыми в кон. 19 в. успехами цитологии (выяснение механизмов митоза и мейоза, гипотеза о роли клеточного ядра в наследственности, теоретические работы А.Вейсмана и др.). В первой трети 20 в. была выявлена роль мутаций в наследственной изменчивости, а также получены первые результаты по искусственному мутагенезу. Т.Х. Морган и его ученики создали хромосомную теорию наследственности. Плодотворно развивалась генетика и в нашей стране: Н.И. Вавилов открыл закон гомологических рядов в наследственной изменчивости, были выполнены выдающиеся работы по изучению сложного строения гена, установлена роль мутационного процесса в эволюции природных популяций, что позволило объединить закономерности генетики с дарвинизмом. Крупных успехов отечественные учёные достигли в частной генетике растений и животных. Вместе с тем неясным оставался один из самых принципиальных вопросов – вопрос о химической природе генетического материала – «вещества наследственности». Наконец, в 1944 г. экспериментально было доказано, что этим веществом у бактерий являются нуклеиновые кислоты, точнее – дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК. Начавшееся с сер. 20 в. широкое применение в генетических исследованиях методов и идей химии, физики и математики привело к возникновению молекулярной генетики и, несколько шире, молекулярной биологии. Датой рождения последней обычно считают 1953 г., когда Дж. Уотсон и Ф. Крик не только установили структуру ДНК (предложили модель т. н. двойной спирали), но и объяснили биологические функции этой гигантской молекулы (а значит, и свойства наследственности и изменчивости) её химическим строением.

Следующими достижениями стали установление принципов работы генетического кода (1961–1965), выяснение различных аспектов организации и функционирования генетического материала у разных групп организмов, создание генной инженерии. В самом начале 21 в. международная группа учёных завершила многолетнюю работу по расшифровке генома человека.

Генетика внесла огромный вклад в решение многих проблем сельского хозяйства, медицины, микробиологиче-ской и фармацевтической промышленности. Все шире её методы используются в криминалистике, палеонтологии, истории. Без учёта генетических закономерностей невозможно понимание фундаментальных свойств жизни, характера её эволюции на Земле. Таким образом, генетика остаётся одной из наиболее перспективных и быстро развивающихся отраслей биологии.

ГЕНЕТИ?ЧЕСКИЙ КОД, способ записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности образующих эти кислоты нуклеотидов. Определённой последовательности нуклеотидов в ДНК и РНК соответствует определённая последовательность аминокислот в полипептидных цепях белков. Код принято записывать с помощью заглавных букв русского или латинского алфавита. Каждый нуклеотид обозначается буквой, с которой начинается название входящего в состав его молекулы азотистого основания: А (А) – аденин, Г (G) – гуанин, Ц (С) – цитозин, Т (Т) – тимин; в РНК вместо тимина урацил – У (U). Каждую аминокислоту кодирует комбинация из трёх нуклеотидов – триплет, или кодон. Кратко путь переноса генетической информации обобщён в т. н. центральной догме молекулярной биологии: ДНК ` РНК f белок.