Molecular biology for dummies, part 2. Основы молекулярной биологии, вторая часть.

Hello. Today we continue our studying of the basics of molecular biology and will learn what the gene is, and what its structure is. For better understanding we will look at gene of prokaryotes and eukaryotes.

Всем привет. Сегодня мы продолжим наше познание азов молекулярной биологии и разберем, что такое ген, каково его строение. На примере посмотрим на ген прокариотов и эукариотов.

The whole concept of gene is very large, and it is difficult to give a precise definition to it. In simple terms, the gene is a consistent part of the DNA nucleotides, which is transcribed RNA. There are several kinds of gene - structural genes (encoding proteins themselves), ribosomal genes (encoding ribosomal RNA), as well as genes that encode untranslated RNA (transport, small RNA, etc.).

Image from shutterstock.com

Само понятие ген очень обширно и дать ему точное определение сложно. Если говорить простым языком, то ген это последовательный участок нуклеотидов ДНК, который транскрибируется РНК. Существует несколько видов генов – структурные гены(кодируют сами белки), рибосомные гены(кодируют рибосомальную РНК), а так же гены, которые кодируют нетранслируемые РНК(транспортные, малые РНК и т.д).

Firstly let’s start to deal with the genome of prokaryotes. Prokaryotes are pre-nuclear-celled organisms. That’s mean that prokaryotes do not have full formalized nuclear, like an eukaryotes. They are simpler organism. The most common representatives of prokaryotes are all sorts of bacterias. For illustrative examples let’s analyze gene of Escherichia coli. Here is a typical structure of the Escherichia coli gene.

Для начала разберемся с геном прокариот. Прокариоты это так называемые до ядерные одноклеточные живые организмы. То есть они в отличии от эукариот не обладают оформленным ядром. Самые распространенные представители – всякие бактерии. А для наглядности примера разберем ген кишечной палочки - Escherichia coli. Вот типичная структура гена Escherichia coli .

For clarity we divided into blocks the DNA sequence and colored them in different colors. First on stage is a large block, which is called the Promoter. It is the initiation of transcription, all process is starting from here. Here the RNA polymerase binds and synthesized by the DNA sequence. Promoter usually has two short blocks at a small distance from the start of transcription. This sequence is not transcribed at all and needed only for the initiation of transcription stage and for directing of the transcription on the DNA molecule. This promoter is looks like a nucleotide sequence which can be identified as the TTGATCA at the beginning, and as the TTATA at the end. We can say that this looks like the perfect simplest promoter. The following is the most important sequence of the Shine-Dalgarno - SD or RB binding site of the ribosome. And now we got to the part of the gene, where is protein encoded. At first ATG codon starts, then other codons followed it and encode the amino acids. And then one of the three stop codons (TAA, TAG, TGA) followed others. At the end of the sequence is terminator where transcription terminates at last.

Для наглядности разобьем на блоки эту последовательность ДНК и отделим их разными цветами. Первый на очереди большой блок, который называется Промотором. В нем происходит инициация транскрипции, грубо говоря отсюда и начинается процесс. Именно тут связывается РНК-полимераза (именно по этому ферменту и синтезируется РНК по последовательности ДНК). Промотору характерна короткая последовательность из двух блоков на небольшом расстоянии от начала транскрипции. Сама эта последовательность не транскрибируется и нужна только для стадии инициации и для направления самой транскрипции на молекуле ДНК. Выглядит этот промотор как последовательность нуклеотидов, которые можно обозначить как ТТГАЦА в начале и ТТАТА ближе к началу транскрипции. можно сказать что так выглядит идеальный промотор. Далее следует важнейшая последовательность Шайна-Дальграно - SD или RB сайт по связыванию рибосомы. А теперь мы добрались до той части гена, где закодирован белок. Сначала стартует кодон АТГ, дальше следуют другие кодоны, которые кодируют аминокислоты, а потом следует один из трех стоп-кодон (ТАА, ТАГ, ТГА). В самом конце находится последовательность терминатор, где заканчивается транскрипция.

Image from mun.ca
Now it is necessary to deal with the work of the eukaryotic gene. The organization of this gene is much more complex than prokaryote gene, but the main areas are similar. In the beginning, there is a regulatory block which is characterized by the following sequence (GGGCGG, GCCCAATCT, TATAAA). The promoter block is also located in the beginning, after regulatory block, but it is longer. In the other way there may be no terminator block. Also it is necessary to know, that an important distinction from the prokaryotic gene is the gene segregation to exons and introns. Exons encode a protein. Introns is not taken participation in the translation, but only takes part in maturation of the mRNA. Due to the large number of combinations of exons and introns in the maturation of the mRNA molecule, obtained several different mRNA molecule with a different set of exons. One strict concept works in eukaryotic gene: one gene - many RNA (exons and introns) – a lot of polypeptides.

Теперь стоит разобраться с работой гена эукариотов. Организация этого гена гораздо сложнее, чем у прокариот, но основные участки схожи. В самом начале находится регуляторная область, для которой характерна своя последовательность (ГГГСГГ, ГСССААТСТ, ТАТААА). Область промотора также находиться в самом начале, однако имеет куда большую протяженность. При этом может отсутствовать терминаторная область. Еще стоит отметить важное отличие от гена прокариотов - разделение гена на ферменты существенные и несущественные. Существенные (Экзоны) кодируют белок. Несущественные (интроны) в трансляции участия не берут, а лишь берут участие в созревании мРНК. Благодаря большому количеству комбинаций экзонов и участии интронов в созревании мРНК, из одной молекулы получаются несколько различных зрелых молекул мРНК с разным набором экзонов. У гена эукариотов работает концепция: один ген - много РНК(экзони и интроны) - множество полипептидов. Вот вкратце и разобрались с работой гена.

Image from studyblue.com
I hope I was able to explain in simple words the difficult process of gene working and you have understood them. If you like my post, so Follow me. There is still a lot of interesting things I want to tell you.
Надеюсь, я смог в простых словах обьяснить вам сложные процессы, как я их понимаю. Подписывайтесь на меня. Впереди еще много интересного.