Pāriet uz saturu

Gēns

Labot saites
Vikipēdijas lapa
Gēna shēma ar eksoniem un introniem

Gēns ir iedzimtības pamatvienība — šūnu organismos noteikts dezoksiribonukleīnskābes (DNS) nukleotīdu secības posms, kas satur informāciju funkcionāla produkta, proti, polipeptīda vai funkcionālas ribonukleīnskābes (RNS) molekulas, veidošanai. Plašākā gēna definīcija līdzās olbaltumvielas kodējošajiem gēniem ietver arī gēnus, kuru gala produkts ir funkcionāla RNS molekula.[1] Gēnos ietvertā informācija tiek nodota no vienas šūnu vai organismu paaudzes nākamajai. Gēnu ekspresijas procesā šī informācija tiek izmantota RNS molekulu un olbaltumvielu veidošanai. Gēnu ekspresija un gēnu produktu darbība ietekmē šūnu vielmaiņu, augšanu, dalīšanos, diferenciāciju un citas funkcijas, tādējādi ietekmējot arī organismu pazīmes. Daudzu gēnu produkti — olbaltumvielas un regulatorās RNS — piedalās citu gēnu ekspresijas regulācijā.[2][3] Visiem šūnu organismiem gēni ir veidoti no DNS, savukārt vīrusu genoms var būt veidots no DNS vai RNS. RNS vīrusiem gēni atrodas RNS molekulās.[4] Ne visi gēni kodē olbaltumvielas — daļa no tiem satur informāciju funkcionālu nekodējošo RNS molekulu, piemēram, ribosomālās RNS, transporta RNS un dažādu regulatoro RNS, veidošanai.[1][5]

Visu organisma ģenētisko materiālu kopumu sauc par genomu. Gēni ir genoma segmenti, taču genomā ietilpst arī promoteri un citi regulatorie elementi, starpgēnu apgabali un dažādas citas nekodējošas sekvences.[6] Eikariotu šūnās lielākā daļa gēnu atrodas kodola hromosomās, bet daļa — mitohondriju genomā un augiem un daudziem aļģu pārstāvjiem arī plastīdu genomā.[7][8] Prokariotu hromosomālā DNS atrodas citoplazmas nukleoīda apgabalā. Daudziem prokariotiem ir arī no hromosomas atsevišķas, patstāvīgi replicējošas DNS molekulas — plazmīdas, kurās var atrasties dažādi papildu gēni.[9] Plazmīdas nav obligāta visu prokariotu šūnu sastāvdaļa.[10] Gēnu skaits, uzbūve, izvietojums un ekspresijas regulācija dažādām sugām atšķiras, tomēr gēnu kopīgā pamatīpašība ir pārmantojamas informācijas saturēšana un tās izmantošana funkcionālu RNS vai olbaltumvielu veidošanai. Gēnu nukleotīdu secība var mainīties mutāciju rezultātā.[11] Gēnu ekspresiju var mainīt arī regulatoro sekvenču pārmaiņas, epiģenētiski mehānismi un hromosomu strukturālās pārkārtošanās, kas maina gēna novietojumu vai regulatoro vidi. Gēnu darbību un to ietekmi uz organismu var ietekmēt arī citi gēni un ārējās vides apstākļi.[12][13] Tādēļ daudzas organisma pazīmes, īpaši sarežģītas daudzfaktoru pazīmes, veidojas genotipa, gēnu ekspresijas un vides faktoru mijiedarbībā.[14][15]

Nosaukums un jēdziena vēsture

[labot | labot pirmkodu]

Termins “gēns” cēlies no sengrieķu vārda γένος (génos — “dzimta”, “izcelsme”, “veids”) un ir saistīts ar grieķu sakni gen- (“radīt”, “dzemdēt”). Zinātniskajā apritē šo terminu 1909. gadā ieviesa dāņu botāniķis un ģenētiķis Vilhelms Johansens, lai apzīmētu iedzimtības pamatvienību neatkarīgi no tās fizikālās vai ķīmiskās dabas.[16] Johansens šo vārdu izvēlējās, balstoties uz agrāk lietoto terminu pangen, ko 19. gadsimta beigās bija izmantojis Hugo de Frīzs. Tajā pašā laikā Johansens ieviesa arī jēdzienus “genotips” un “fenotips”, uzsverot atšķirību starp organisma iedzimto ģenētisko uzbūvi un ārēji novērojamām pazīmēm.

Gēna jēdziena pirmsākumi saistīti ar Gregora Mendeļa 19. gadsimta vidū veiktajiem pētījumiem par zirņu hibridizāciju. Mendelis terminu “gēns” vēl nelietoja, tomēr viņa eksperimenti parādīja, ka iedzimtās pazīmes tiek nodotas nevis saplūstoši, bet gan ar atsevišķām, diskrētām iedzimtības vienībām. Viņa aprakstītie “iedzimtības faktori” vēlāk kļuva par pamatu klasiskajai ģenētikai. Pēc Mendeļa darbu atkārtotas atklāšanas ap 1900. gadu iedzimtības vienību izpēte kļuva par vienu no centrālajiem jaunās ģenētikas jautājumiem. 20. gadsimta sākumā gēns sākotnēji tika uztverts galvenokārt kā abstrakta iedzimtības vienība, kurai vēl nepiedēvēja noteiktu materiālu uzbūvi. Attīstoties citoloģijai un hromosomu iedzimtības teorijai, gēnus sāka saistīt ar hromosomām. Teodora Boveri un Valtera Satona darbi nostiprināja priekšstatu, ka hromosomas ir saistītas ar iedzimtības informācijas pārmantošanu, savukārt Tomasa Hanta Morgana un viņa līdzstrādnieku pētījumi ar augļmušu (Drosophila melanogaster) sniedza eksperimentālus pierādījumus, ka gēni atrodas noteiktās vietās hromosomās un ir sakārtoti lineārā secībā. Šī pieeja ļāva izskaidrot Mendeļa likumus citoloģiskā līmenī un izveidot pirmās gēnu kartes.

Molekulārās ģenētikas attīstība 20. gadsimta vidū būtiski mainīja gēna izpratni. Džordža Bīdla un Edvarda Teituma pētījumi parādīja saikni starp gēniem un bioķīmiskajām reakcijām, veicinot priekšstatu “viens gēns — viens enzīms”, kas vēlāk tika precizēts kā saistība starp gēniem un polipeptīdu vai funkcionālu RNS veidošanos. 1940. un 1950. gadu pētījumi pierādīja DNS nozīmi iedzimtības informācijas glabāšanā, bet 1953. gadā Džeimsa Votsona un Frānsisa Krika aprakstītais DNS dubultspirāles modelis, kas balstījās arī Rozalindas Franklinas un Morisa Vilkinsa iegūtajos datos, deva pamatu gēnu izpratnei kā noteiktām nukleotīdu secībām DNS molekulā. Turpmākie pētījumi atklāja ģenētisko kodu, gēnu ekspresijas mehānismus un gēnu regulāciju, savukārt genoma sekvenēšanas tehnoloģiju attīstība ļāva noteikt pilnīgas daudzu organismu genomu nukleotīdu secības. Mūsdienās gēna jēdziens ir plašāks nekā agrīnajā molekulārajā ģenētikā. Gēns vairs netiek uzskatīts tikai par DNS posmu, kas kodē vienu olbaltumvielu, jo daļa gēnu kodē funkcionālas RNS molekulas, bet gēnu darbību ietekmē regulācijas mehānismi, genoma organizācija un šūnas vide. Tāpēc gēna definīcija laika gaitā ir attīstījusies no Mendeļa “iedzimtības faktoriem” līdz hromosomās lokalizētām vienībām un tālāk līdz nukleīnskābju secībām, kas piedalās funkcionālu bioloģisku produktu veidošanā.

Gēnu veidi

[labot | labot pirmkodu]

Pastāv vairāki gēnu veidi. Komplementārie gēni savstarpēji mijiedarbojoties izraisa kvalitatīvi atšķirīgas pazīmes attīstību, tas ir, par vienu pazīmi atbild vairāki gēni un to mijiedarbībā attīstās jauna pazīme, kas nav raksturīga nevienam no gēniem. Savukārt hromosomālie gēni nosaka kodoliedzimtību. Poligēni jeb polimēriskie gēni ir ar rakstura ietekmi uz kādas pazīmes attīstību. Šajā gadījumā daudzi gēni iedarbojās uz vienu pazīmi. Pazīmes fenotipiskā izpausme ir atkarīga no dominanto gēnu summas. Gēni, kas ietekmē vairākas organisma pazīmes, ir plejotropi gēni.

Epistatiskie gēni nomāc citus gēnus, nealēliska gēna fenotipisko izpausmi. Gēni, kuri tiek nomākti, tiek saukti par hipostatiskajiem gēniem. Epistāze ir dominēšanai līdzīga parādība, ko dažreiz var novērot starp dažādu gēnu alēlēm.

Genoms

[labot | labot pirmkodu]
Pamatraksts: Genoms

Visu gēnu kopumu sauc par genomu. Tas ietilpst organisma haploidālajā sistēmā. Plašākā nozīmē genoms satur iedzimtības faktorus. Lai gan daudziem gēniem ir zināma gan to atrašanās vieta genomā, gan nukleotīdu secība, tomēr ir vēl daudzu nukleotīdu secības nozīme nezināma.

Ģenētika

[labot | labot pirmkodu]
Pamatraksts: Ģenētika

Zinātni, kas pēta gēnus, sauc par ģenētiku. Tajā pēta dzīvo organismu iedzimtību (genomu) un to mainību. Ģenētikā pēta arī organismu dažādību.

Gēnu aktivitātes, kuras nav saistītas ar DNS primārās struktūras izmaiņām, pēta epiģenētikā. Šeit mēģina noskaidrot, kā vides signāli atlasa, modificē un regulē gēnu darbību.

Atsauces

[labot | labot pirmkodu]
  1. 1 2 «Gene». genome.gov (angļu). Skatīts: 2026. gada 10. jūlijā.
  2. ↑ Ilze Radoviča-Spalviņa. «Molekulārā ģenētika». enciklopedija.lv (latviešu). Nacionālā enciklopēdija. Skatīts: 2026. gada 10. jūlijā.
  3. ↑ «Gene Expression». genome.gov (angļu). Skatīts: 2026. gada 10. jūlijā.
  4. ↑ Ksenija Korotkaja. «Vīrusi». enciklopedija.lv (latviešu). Nacionālā enciklopēdija. Skatīts: 2026. gada 10. jūlijā.
  5. ↑ «Ribonucleic Acid (RNA)». genome.gov (angļu). Skatīts: 2026. gada 10. jūlijā.
  6. ↑ Nils Rostoks, Vita Rovīte. «Genomika». enciklopedija.lv (latviešu). Nacionālā enciklopēdija. Skatīts: 2026. gada 10. jūlijā.
  7. ↑ «Chromosome». genome.gov (angļu). Skatīts: 2026. gada 10. jūlijā.
  8. ↑ Cheong Xin Chan, Ph.D. & Debashish Bhattacharya, Ph.D. «The Origin of Plastids». nature.com (angļu). Skatīts: 2026. gada 10. jūlijā.
  9. ↑ Joyeux, Marc (2019 Sep 26). "Bacterial Nucleoid: Interplay of DNA Demixing and Supercoiling". Biophysical Journal 118 (9): 2141–2150. doi:10.1016/j.bpj.2019.09.026. PMID 31629479.
  10. ↑ «Plasmid». genome.gov (angļu). Skatīts: 2026. gada 10. jūlijā.
  11. ↑ «Mutation». genome.gov (angļu). Skatīts: 2026. gada 10. jūlijā.
  12. ↑ «Gene Regulation». genome.gov (angļu). Skatīts: 2026. gada 10. jūlijā.
  13. ↑ «Structural Variation». genome.gov (angļu). Skatīts: 2026. gada 10. jūlijā.
  14. ↑ «Gene Environment Interaction». genome.gov (angļu). Skatīts: 2026. gada 10. jūlijā.
  15. ↑ «Polygenic Trait». genome.gov (angļu). Skatīts: 2026. gada 10. jūlijā.
  16. ↑ Johannsen, W. (1905). Arvelighedslærens elementer ("The Elements of Heredity". Copenhagen). Rewritten, enlarged and translated into German as Elemente der exakten Erblichkeitslehre (Jena: Gustav Fischer, 1909; Scanned full text

Ārējās saites

[labot | labot pirmkodu]
Saturs iegūts no "https://lv.wikipedia.org/w/index.php?title=Gēns&oldid=4493167"