Gène: Types et fonctions du gène

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Le terme gène a été introduit par Johanssen en 1909. Auparavant, Mendel avait utilisé le mot facteur pour désigner une unité spécifique, distincte et particulière de l'héritage qui participe à l'expression d'un trait. Johanssen a défini le gène comme une unité élémentaire d'héritage pouvant être affectée à un trait particulier.

Les travaux de Morgan suggèrent que le gène est le segment le plus court du chromosome, qui peut être séparé par croisement, peut subir une mutation et influer sur l'expression d'un ou de plusieurs traits. Actuellement, un gène est défini comme une unité d'héritage composée d'un segment d'ADN ou de chromosome situé à un locus spécifique (locus de gène) qui porte des informations codées associées à une fonction spécifique et peut subir un croisement ainsi qu'une mutation.

Un gène est:

(i) une unité de matériel génétique capable de se répliquer,

(ii) C’est une unité de recombinaison, c’est-à-dire capable de subir un croisement,

(iii) une unité de matériel génétique susceptible de subir une mutation,

(iv) Une unité d'hérédité liée à la structure ou à la fonction somatique conduisant à une expression phénotypique. Lewin (2000) a défini le gène comme étant une séquence d'ADN codant pour un produit diffusible.

Dans leurs travaux sur les auxotrophes de Neurospora, Beadle et Tatum (1948) ont proposé une hypothèse à un gène, une enzyme et défini le gène comme une unité de matériel héréditaire spécifiant une enzyme unique. Yanofsky et al (1965) ont observé que certaines enzymes pouvaient être composées de plus d'un polypeptide.

Ils ont remplacé l'hypothèse à un gène d'une enzyme par un gène à l'hypothèse d'un gène (le gène est une unité de matériel héréditaire spécifiant la synthèse d'un polypeptide unique). À ce stade, il était devenu clair que le matériel héréditaire du chromosome est un ADN et qu'un gène est un segment linéaire de l'ADN appelé cistron.

Par conséquent, le terme cistron est devenu synonyme de gène. En outre, un gène ou un cistron peut non seulement synthétiser un polypeptide mais également un ARN ribosomal ou de transfert. Cistron (ou gène) est un segment d'ADN constitué d'une séquence de bases codant pour un polypeptide, un ARN de transfert (ARNt) ou une molécule d'ARN ribosomal (ARNr). Actuellement, un tel gène s'appelle gène structural.

Le système génétique contient également un certain nombre de gènes régulateurs qui contrôlent le fonctionnement des gènes structurels. Cependant, il existe plusieurs exceptions, par exemple, les gènes qui se chevauchent, les gènes protéiques, les gènes fragmentés, etc.

Un gène ou un cistron a de nombreuses positions ou sites où des mutations peuvent se produire. Un changement de nucléotide simple peut donner lieu à un phénotype mutant, par exemple, une drépanocytose. De même, deux cistrons défectueux peuvent se recombiner pour former un cistron de type sauvage. Malgré les changements susmentionnés dans les concepts de caractéristiques de mutation structurelle et de recombinaison du gène, le concept fonctionnel reste le même: il s'agit d'une unité de l'hérédité.

Types de gènes:

1. Gènes domestiques (gènes constitutifs):

Ce sont ces gènes qui s’expriment constamment dans une cellule parce que leurs produits sont nécessaires aux activités cellulaires normales, par exemple des gènes pour la glycolyse, l’ATP-ase

2. Gènes non constitutifs (gènes de luxe):

Les gènes ne s'expriment pas toujours dans une cellule. Ils sont activés ou désactivés en fonction des activités cellulaires requises, par exemple, gène de la nitrate réductase chez les plantes, système du lactose chez Escherichia coli. Les gènes non constitutifs sont de deux autres types, inductibles et répressibles.

3. Gènes inductibles:

Les gènes sont activés en réponse à la présence d'une substance chimique ou d'un inducteur nécessaire au fonctionnement du produit de l'activité des gènes, par exemple le nitrate pour la nitrate réductase.

4. Gènes répressibles:

Ce sont ces gènes qui continuent à s'exprimer jusqu'à ce qu'un produit chimique (souvent un produit fini) inhibe ou réprime leur activité. L'inhibition par un produit final est connue sous le nom de refoulement en retour.

5. Multigenes (famille de gènes multiples):

C'est un groupe de gènes similaires ou presque similaires qui répondent aux besoins de produits spécifiques au temps et aux tissus, par exemple la famille du gène de la globine (e, 5 (3, у sur les chromosomes 11, oc et 8 sur le chromosome 16).

6. Gènes répétés:

Les gènes se présentent sous forme de copies multiples car leurs produits sont nécessaires en plus grande quantité, tels que les gènes d'histones, les gènes d'ARNt, les gènes d'ARNr, les gènes d'actine.

7. Gènes à copie unique:

Les gènes sont présents en un seul exemplaire (parfois 2 à 3 fois), par exemple des gènes codant pour des protéines. Ils forment 60 à 70% des gènes fonctionnels. Les duplications, mutations et remaniements d'exons peuvent former de nouveaux gènes.

8. Pseudogènes:

Ce sont des gènes qui ont une homologie avec les gènes fonctionnels mais sont incapables de produire des produits fonctionnels en raison d'interventions de codons non sens, d'insertions, de délétions et d'inactivation de régions promotrices, par exemple plusieurs gènes de snRNA.

9. Gènes traités:

Ce sont des gènes eucaryotes dépourvus d'introns. Les gènes transformés ont probablement été formés en raison de la transcription inverse ou de rétrovirus. Les gènes traités ne sont généralement pas fonctionnels car ils manquent de promoteurs.

10. Gènes Split:

Ils ont été découverts en 1977 par de nombreux travailleurs, mais Sharp et Roberts (1977) en ont été reconnus. Les gènes scindés sont les gènes qui possèdent des régions extra ou non essentielles entrecoupées de parties essentielles ou codantes. Les parties non essentielles sont appelées introns, ADN espaceur ou séquences intermédiaires (IVS). Les parties essentielles ou codantes sont appelées exons. Les régions introniques transcrites sont éliminées avant que l'ARN ne passe dans le cytoplasme. Les gènes fractionnés sont caractéristiques des eucaryotes.

Cependant, certains gènes eucaryotes sont complètement exoniques ou non divisés, par exemple des gènes d'histones, des gènes d'interféron. Des gènes séparés ont également été enregistrés chez les procaryotes, le gène de la thymidylate synthase et le gène de la ribonucléotide réductase dans T 4 . Un gène qui produit de la calcitonine dans la thyroïde forme un neuropeptide dans l'hypothalamus en éliminant un exon. L'adénovirus possède également un mécanisme permettant de produire 15 à 20 protéines différentes à partir d'une seule unité de transcription par épissage différentiel.

11. Transposons (Jumping Genes; Hedges et Jacob, 1974):

Ce sont des segments d'ADN qui peuvent sauter ou se déplacer d'un endroit du génome à un autre. Les transposons ont été découverts pour la première fois par Me Clintock (1951) dans le cas du maïs quand elle a découvert qu'un segment d'ADN avait été transféré dans un gène codant pour les noyaux pigmentés et produisant des noyaux de couleur claire.

Les transposons possèdent un ADN répétitif, similaire ou inversé, à leurs extrémités, longues de 5, 7 ou 9 nucléotides. L'enzyme transposase sépare le segment de son original en coupant les séquences répétitives à ses extrémités.

Il existe de nombreux types de transposons. Chez les êtres humains, les types de transposons les plus courants appartiennent à la famille Alu (possédant un site de coupure par enzyme de restriction Alu I). Le nombre de nucléotides par transposon est d'environ 300, avec environ 300 000 copies dans le génome. Le passage des transposons d'un endroit à un autre entraîne un remaniement des séquences de nucléotides dans les gènes. Le remaniement dans les introns modifie souvent l'expression des gènes, par exemple proto-oncogènes → oncogènes. De nouveaux gènes peuvent se développer par le brassage des exons. Les transposons sont également modifiés par des mutations, par des insertions, des délétions et des translocations.

12. Gènes se chevauchant:

En × 174, les gènes В E et К chevauchent d'autres gènes.

13. Gènes de structure:

Les gènes structurels sont les gènes qui ont codé des informations pour la synthèse de substances chimiques nécessaires au fonctionnement de la machinerie cellulaire.

Les substances chimiques peuvent être:

(a) Polypeptides pour la formation de protéines structurelles (par exemple, complexe colloïdal de protoplasme, membranes cellulaires, élastine de ligaments, collagène de tendons ou de cartilage, actine de muscles, tubuline de microtubules, etc.). (b) des polypeptides pour la synthèse d'enzymes,

(c) Protéines de transport telles que l'hémoglobine des érythrocytes, les protéines de transport des lipides, les protéines porteuses des membranes cellulaires, etc.

(d) hormones protéiniques, par exemple insuline, hormone de croissance, hormone parathyroïdienne,

e) Anticorps, antigènes, certaines toxines, facteurs de coagulation du sang, etc.

(f) ARN non traduits tels que les ARNt, ARNr. De manière générale, les gènes de structure produisent des ARNm pour la synthèse de polypeptides / protéines / enzymes ou d'ARN non codants.

14. Gènes régulateurs (séquences régulatrices):

Les gènes régulateurs ne transcrivent pas les ARN pour contrôler la structure et le fonctionnement des cellules. Au lieu de cela, ils contrôlent les fonctions des gènes structurels. Les gènes régulateurs importants sont les promoteurs, les terminateurs, les opérateurs et les gènes producteurs ou régulateurs de répresseur. Repressor ne participe pas à l'activité cellulaire. Au lieu de cela, il régule l'activité d'autres gènes. Par conséquent, le gène producteur de répresseur est de nature intermédiaire.

15. Gènes spécifiques des tissus:

Ce sont des gènes qui ne sont exprimés que dans certains tissus et non dans d’autres.

Fonctions géniques:

(i) Les gènes sont des composants du matériel génétique et sont donc des unités de patrimoine,

(ii) Ils contrôlent la morphologie ou le phénotype d'individus,

(iii) la réplication des gènes est essentielle à la division cellulaire,

(iv) Les gènes transmettent les informations héréditaires d’une génération à l’autre,

(v) Ils contrôlent la structure et le métabolisme du corps,

(vi) le remaniement des gènes au moment de la reproduction sexuée produit des variations,

(vii) Différents liens sont créés en raison du croisement,

(viii) les gènes subissent des mutations et changent d’expression,

(ix) De nouveaux gènes, et par conséquent de nouveaux traits, se développent du fait de la redistribution des exons et des introns.

(x) Les gènes changent d’expression en raison de l’effet de position et des transposons.

(xi) La différenciation ou la formation de différents types de cellules, tissus et organes dans diverses parties du corps est contrôlée par l'expression de certains gènes et la non-expression d'autres,

(xii) Le développement ou la production de différentes étapes de la vie est contrôlé par des gènes.