Функциональной единицей генетического аппарата, определяющей возможность развития отдельно взятого признака клетки или организма, является ген. Именно так определяет понятие «ген» (по Г. Менделю, наследственный задаток) классическая генетика.
С развитием генетики возник ряд версий определения гена, как правило, конкретизирующего характера. Если определение, вытекающее из научного багажа классической (домолекулярной) генетики, следует рассматривать как функционально-генетическое, то два наиболее заметных определения более позднего времени характеризуются как биохимическое и молекулярно-биологическое.
Биохимический подход в изучении природы элементарных фено-типических признаков, контролируемых напрямую генами, привел в 1950-е годы ХХ в. к заключению, что таковыми являются ферменты. Появился тезис «один ген — один фермент». Соответственно ген стали определять как участок макромолекулы ДНК, контролирующий образование конкретного белка-фермента (биохимическое определение гена).
Согласно молекулярно-биологической версии ген определяется как фрагмент макромолекулы ДНК, в котором содержится информация об аминокислотной последовательности полипептида (экспресси-руемый, транскрибируемый и транслируемый ген) или нуклеотидной последовательности РНК определенного вида, прежде всего рРНК и тРНК (экспрессируемый, транскрибируемый, но не транслируемый ген, см. также п. 2.4.5.5 — транскрибируемые, но не транслируемые 5′ и 3′ участки транскриптона эукариот). Молекулярно-биологическое определение гена в наибольшей степени соответствует понятию «структурный (смысловой, кодирующий, экспрессируемый) ген».
Молекулярно-генетическая версия определения гена не противоречит ни функционально-генетической (классической), ни биохимической версии. Она лишь указывает на необходимость определенных дополнений. Так, и это сейчас известно, полипептиды, образуемые клеткой или организмом под контролем соответствующих генов, вносят свой вклад в процессы жизнедеятельности и индивидуального развития не только благодаря каталитическим свойствам, но и выполняя регуляторные и сигнальные (транскрипционные и ростовые факторы, цитокины и рецепторы к ним), строительные (коллагены), транспортные (глобины) и другие функции. Семейство транскрибируемых и нетранслируемых генов, кодирующих специфические по решаемым функциональным задачам разновидности РНК (выполняющие, например, конценсусные функции — см. п. 2.4.5.5, малые ядерные РНК) также пополняется.
Проект «Геном человека» показал, что нуклеотидные последовательности, отвечающие молекулярно-биологическому определению гена, составляют не более 5\% от суммарного количества ДНК. В настоящее время популярность приобретает термин сайт. Им обозначают нуклеотидную последовательность, занимающую конкретное место в биспирали ДНК определенной хромосомы. В известной мере термин «сайт» можно рассматривать как синоним термина «локус» классической генетики. Таким образом, сайт — это конкретная нуклеотидная последовательность, соответствующая по функционально-генетической
характеристике, прежде всего, структурному гену. Не исключаются, однако, любые другие функции — регуляторная, сервисная, конценсусная.
Пояснения заслуживает редко используемый сейчас термин «ци-строн». По-существу, цистрон — это ген. Чаще термин «цистрон» используют, говоря о прокариотах. Для прокариотических геномов характерна полицистронная организация функциональных генетических единиц, полицистронный формат транскрипции генов и, следовательно, трансляции соответствующих белков (см. п. 2.4.5.6) с единицей транскрипции опероном. Для эукариот типичен моноцистронный формат транскрипции и трансляции (исключением, возможно, являются гомео-зисные гены — см. п. 4.3.3.2). Единицей транскрипции в этом случае является транскриптон (см. п. 2.4.5.5).
Результат генетической активности состоит в определенном феноти-пическом проявлении, т. е. в возникновении признака. Под признаком в генетике понимают единицу морфологической, физиологической, биохимической, иммунологической, клинической и любой другой дискретности клетки (организма) или, иными словами, отдельное качество или свойство, по которому одну клетку (организм) можно отличить от другой (другого). Большинство признаков клетки или организма относится к категории сложных. Сложные признаки для своего оформления требуют синтеза многих веществ, прежде всего белков со специфическими свойствами — ферменты, структурные, сократительные, транспортные, рецепторные. Механизмы формирования сверхсложных морфологических (морфогенезы), физиологических (функциогенезы), поведенческих признаков наиболее полно проявляют себя в ходе индивидуального развития особи.
Процесс реализации генетической информации в фенотип организма в онтогенезе начинается с находящегося под прямым генетическим контролем образования простых белков (полипептиды, протеины). Функциональные свойства последних определяются аминокислотной последовательностью, которая задается последовательностью триплетов нуклеотидов в ДНК соответствующего структурного (смыслового, кодирующего, транскрибируемого и транслируемого, экспрессируемо-го) гена. Таким образом, полипептид, будучи первичным продуктом генетической активности, свойства которого напрямую определяются геном, является элементарным (простым) фенотипическим признаком. В соответствии с приведенным выше определением, элементарные фенотипические признаки организма — это в основном простые белки с каталитической, транспортной, рецепторной и другими
функциями. Особое место в выяснении закономерностей наследования и изменчивости таких признаков, в том числе патологических, принадлежит биохимическим и иммунохимическим методам генетического анализа человека (см. пп. 5.2.2.4 и 5.2.2.5).
Одно время распространение приобрел тезис «один ген — один полипептид». Открытие альтернативного сплайсинга (см. п. 2.4.5.5), генов-«матрешек», когда структурный ген меньшего размера размещается в пределах другого более крупного гена, наличия у одного, обычно крупного, гена нескольких промоторов (гомеозисные гены — см. п. 4.3.3.2) делают этот тезис либо неприемлемым вообще, либо имеющим ограниченное распространение. В научно-педагогической литературе высказывается мнение, что известным в настоящее время генетическим и молекулярно-биологическим фактам не противоречит тезис «один полипептид — один ген».