Gen

Úvod

Jednotkou genetické informace je gen.

Obsahuje genetickou informaci o primární struktuře polypeptidu či proteinu nebo tRNA, rRNA (ribosomová RNA), atd., zapsanou v sekvenci nukleotidů.

Existují geny:

• strukturní,
• funkční
• regulační oblasti.

Strukturní gen kóduje informaci o primární struktuře polypeptidu (popř. proteinu), který vzniká na ribosomu translací mRNA-sekvence.

U složeného strukturního genu jsou přítomné kromě exonů také introny. Introny (nekódující oblasti genů) se při posttranskripční úpravě vyštěpí a v mRNA zůstanou pouze přepsané geny exonů. Introny mají ve své DNA pouze archea a mikroorganismy s eukaryotickou buňkou (kvasinky, plísně, parazité). Bakterie a sinice jsou bez intronů, genetická informace je kódovaná bez přerušení.

Funkční gen kóduje tRNA a rRNA (popř. další RNA). Tento úsek DNA je transkripcí přepsán přímo do tRNA či rRNA, nikoliv do mRNA a nepodléhá translaci.

Geny, které jsou rozeznávány proteiny signalizujícími zahájení nebo ukončení transkripce se nazývají regulační oblasti.

Genom

Soubor všech genů buňky (popř. viru) se označuje jako genom.

Kromě genů uložených v jádře, mohou být součástí genomu i geny nesené na plasmidech.

U eukaryotických mikroorganismů jsou součástí genomu také geny na mitochondriové DNA (mtDNA) případně chloroplastové DNA (ctDNA).

V dnešní době je genom celé řady mikroorganismů zmapován (je známá nukleotidová sekvence a umístění genů na chromosomu). 

Alela

Bakteriální genom je haploidní, neboť bakterie mají pouze po jedné alele každého genu.

Oproti tomu mikroorganismy s eukaryotickým typem buňky mají dvě sady genů, označují se jako diploidní.

Alela je varianta genu lišící se částečně od jiných variant téhož genu v nukleotidové sekvenci. To znamená, že geny kódující určitý polypeptid nebo RNA nemusí mít nutně ve všech případech stejnou nukleotidovou sekvenci, ačkoliv je v nich obsažena informace o stejném funkčním produktu.

Genotyp a fenotyp

Pojmy genotyp a fenotyp se užívají v souvislosti s určitým organismem.

Genetická sestava alel určitého organismu se označuje jako jeho genotyp.

Soubor znaků a vlastností, kterými se v daném prostředí genotyp organismu projevuje, se označuje jako fenotyp. 

Genofor

Struktura nesoucí geny seřazené za sebou, schopná replikace, je genofor.

U prokaryot, eukaryot a DNA virů jsou genofory tvořeny pouze DNA, u RNA virů jsou tvořeny molekulou RNA.

Genofory obsažené v jádře buňky jsou označovány jako chromosomy. Bakteriální buňka má pouze jeden chromosom.

Na virovém genoforu nejsou geny pro rRNA, tRNA, ani strukturní geny kódující ribosomové proteiny. Proto jsou tyto nebuněčné živé soustavy při tvorbě nových virových proteinů zcela závislé na své hostitelské buňce a jeho translačním systému (tRNA, ribosomech, aminoacyl-tRNA-syntetasy). V tom je molekulární podstata toho, že jsou viry intracelulární parazité.

Exprese genu

Expresí genu se rozumí proces dekódování genetické informace obsažené v genu, proces vedoucí ke vzniku funkční bílkoviny, RNA neurčené k translaci či interakcí s regulačními proteiny.

Prostředí může ovlivnit míru exprese (urychlena, zpomalena, nebo přímo zastavena), avšak genetická informace v genech se nemění. Proto některé geny nemusí být exprimovány (projeveny navenek).

Příklad: Pokud kmen S. aureus nese geny kódující stafylokokové enterotoxiny, neznamená to, že bude tento kmen toxiny v potravinové matrici opravdu vždy produkovat (záleží na pH, aktivitě vody, atd.). Bakterie velmi citlivě reagují na změny prostředí a dokáží zapínat či vypínat celou řadu genů souvisejících s metabolismem či virulencí. Mnohé enzymy a faktory virulence se tvoří jen tehdy, pokud jsou pro ně nezbytné (např. pokud se bakterie dostanou do hostitelského organismu).