A gén szerkezete

Régebben génnek a DNS molekulának azt a szakaszát nevezték, amely egy fehérje aminosavsorrendjét kódolta. Ez a meghatározás ma már nem tartható. Sok fehérjemolekula pl. több polipeptidből épül föl, és az ezeket a polipeptideket kódoló bázisszekvenciák gyakran egymástól távoli helyeken vannak a DNS molekulán. Az emberi hemoglobin molekula kétféle polipeptidből áll össze, és az ezeket kódoló DNS szakaszok nem egymás mellett vannak. Gének helyett ezért gyakran cisztronokról beszélünk, egy cisztron egy funkcionális polipeptid láncot kódol.

Az eredeti gén definíciót azért is módosítani kellett, mert az újabb kutatások alapján kiderült, hogy a DNS láncnak csak egy kis része kódol fehérjéket, más szakaszok egyéb funkciókat, pl. szabályozást láthatnak el. Ezeken kívül sok olyan DNS szakasz van, aminek a funkcióját, ha van egyáltalán, nem ismerjük. Mindezek következtében a régi egyszerű meghatározás "egy gén - egy fehérje" ma már nem elfogadható.

Jelenleg háromféle gént különböztetünk meg: (1) proteint kódoló gének, amelyek átíródnak RNS molekulába és ezután fehérjébe, (2) RNS-t meghatározó gének, amelyek csak RNS-be íródnak át és (3) szabályozó gének. Természetesen szabályozó funkciója lehet a fehérjére vagy RNS-re átíródó géneknek is, azonban a meghatározás szűk értelmezése szerint ezeket az első illetve második kategóriába soroljuk. A fehérjét kódoló géneket szokás strukturális géneknek is nevezni, vannak akik az RNS-t kódoló géneket is a struktúr génekhez sorolják.

Proteint kódoló gének

Az eukarióta gének egyes szakaszai átíródnak RNS bázissorrendbe, más szakaszai nem íródnak át. Nem íródnak át a fehérjét kódoló szakasz két oldalán lévő szárny-szekvenciák (flanking sequence). Az 5' végen lévő un. 5' flanking sequence számos olyan jelet (specifikus bázisszekvenciát) tartalmaz, amely a transzkripció kezdetét, sebességét és időzítését határozza meg. Mivel ezek a szabályozó szekvenciák elősegítik a transzkripciót, ezeket promótereknek is nevezik, azt a környéket ahol helyet foglalnak pedig promóter régiónak.

 A promóter régiók a következő jeleket tartalmazzák: a TATA box, amely a transzkripció kezdőpontjától 19-27 bázispár (bp) távolságra van felfelé, a CAAT box, amely még följebb van, a GC box egy vagy több másolata, amely a GGGCGG szekvenciából, vagy ennek valamilyen variánsából áll. A CAAT és a GC box szabályozza a RNS polimeráz enzim kezdeti kötődését, a TATA box pedig az átírás kezdőpontját határozza meg. Megjegyezzük, hogy nem minden gén rendelkezik ezekkel a speciális szekvenciákkal. TATA box hiányában is lehet pl. átírás, de ennek ekkor nincs kitüntetett kezdőpontja. A 3' flanking régió tartalmazza az átírás végét jelző szekvenciákat, valamint egy poli-A hozzáadási szakaszt.

 A fehérjét kódoló gének átírása a transzkripció - iniciációs helyen kezdődik és a terminációs helyen végződik, amely gyakran a poliadenizációs (poli-A addition site) szakasznak felel meg. A transzkripció azonban sok gén esetében a poli-A szakasztól lefelé is folytatódhat. Az átírt RNS, amit gyakran pre-messenger RNS-nek (pre-mRNS) is neveznek, a fehérjét kódoló szakaszokon (exon) kívül közbeékelődő szekvenciákat is tartalmaz, amelyek nem fordítódnak át fehérjévé (intron). Az átírt intronok kihasítódnak az RNS molekulából a fehérjeszintézis megkezdése előtt. Az érett, tehát intronjaitól megfosztott mRNS molekula genomikus szekvenciái mind exonok. Azok az exonok, illetve az exonnak azon részei amelyek lefordítódnak az un. fehérjét kódoló exonok, vagy egyszerűbben a kódoló régiók.

Sokféle intron van, a típusok a kihasítás mechanizmusával jellemezhetőek. Populációgenetikai, evolúciógenetikai szempontból a legfontosabbak azok az intronok, amelyeket az RNS polimeráz II. enzim távolít el. A hasítás helyeit minden valószínűség szerint azok a nukleotidok határozzák meg, amelyek az intron 5' végén (donor sites) illetve 3' végén (acceptor sites) vannak. Minden eukariota nukleáris (tehát a sejtmagban lévő) lévő intronja GT-vel kezdődik és AG-vel végződik (ez a GT-AG szabály). Ezen túl, minden intronnak része egy TACTAAC box (vagy ennek valamilyen változata), az intron 3' végétől kb. 30 bázis távolságra. A vágás első lépéseként elhasad a 5' vég hasítási helye, és egy foszfodieszter kötés keletkezik az intron 5' végénél lévő G és a TACTAAC box 6. helyén lévő A között. Ezt követően a 3' hasítási hely is felszakad, és a két exon összekapcsolódik.

RNS-t kódoló gének

 Az RNS-t kódoló gének szerkezete eukariotákban és prokariotákban hasonló. Általában nem tartalmaznak intront. Az RNS molekulák egy része módosuláson megy át a transzkripciót követően.

Szabályozó gének

 A szabályozó génekről elsősorban azt tudjuk, hogy rendkívül fontosak. Szerkezetük, működésük kevésbé ismert. Az eddig leírt legfontosabb géncsaládok: (1) replikátor gének, amelyek a DNS replikáció kezdetét és végét jelzik, (2) a rekombinátor gének, amelyek a rekombinációs enzimek számára nyújtanak specifikusan felismerhető helyeket, (3) a szegregátor gének, amelyek a szegregációs mechanizmus számára szolgáltatnak kötődési helyeket meiosis és mitosis során, és (4) a kötődési helyek, amelyekhez hormonok, fehérjék és egyéb molekulák kapcsolódnak. Ezeken kívül még nagyon sokféle szabályozó gén létezhet.