- •1. Понятия; ген, генотип и фенотип. Фенотипическая и генотипическая изменчивость, мутации.
- •Доказательства роли ядра и хромосом в явлениях наследственности. Локализация генов в хромосомах.
- •4. Деление клетки и воспроизведение. Генетическая роль митоза и мейоза.
- •5. Кариотип. Специфичность морфологии и числа хромосом.
- •6. Молекулярные основы наследственности. Концепция «один ген - один полипептид». Белок как элементарный признак.
- •7. Доказательства генетической роли нуклеиновых кислот (трансформация у бактерий, опыты с вирусами). Структура днк и рнк. Модель днк Уотсона и Крика.
- •8. Функции нуклеиновых кислот в реализации генетической информации: репликация, транскрипция и трансляция. Методологическое значение принципа передачи генетической информации: днк —* рнк —* белок.
- •9. Свойства генетического кода. Доказательства триплетности кода. Расшифровка кодонов.
- •10.Строение хромосом: хроматида, хромомеры, эухроматические и гетерохроматические
- •11.Изменения в организации морфологии хромосом в ходе митоза и мейоза. Репликация
- •12.Молекулярная организация хромосом прокариот и эукариот. Компоненты хроматина:
- •13.Цели и принципы генетического анализа. Методы: гибридологический, мутационный,
- •14.Закономерности наследования при моногибридпом скрещивании, открытые г.
- •15.Представление об аллелях и их взаимодействиях: полное и неполное доминирование,
- •17.Закономерности наследования в ди- и полигибридных скрещиваниях, при моногенном
- •18.Неаллельные взаимодействия. Биохимические основы неаллельных взаимодействий.
- •19.Особенности наследования количественных признаков (полигенное наследование).
- •20.Половые хромосомы, гомо- и гетерогаметный пол; типы хромосомного определения
- •21.Наследование признаков, сцепленных с полом. Значение реципрокных скрещиваний для изучения сцепленных с полом признаков. Наследование при не расхождении половых хромосом.
- •22.Значение работ школы т. Моргана в изучении сцепленного наследования признаков.
- •23.Кроссинговер. Доказательства происхождения кроссинговера в мейозе и митозе на
- •24. Множественные перекресты. Интерференция. Линейное расположение генов в
- •25.Генетические карты, принцип их построения у эукариот. Цитологические карты
- •26.Особенности микроорганизмов как объекта генетических исследований. Организация
- •28.Особенности процессов, ведущих к рекомбинации у прокариот. Конъюгация у
- •29.Генетическая рекомбинация при трансформации. Трансдукция у бактерий. Общая и
- •30.Закономерности нехромосомного наследования, отличие от хромосомного
- •31.Материнский эффект цитоплазмы. Пластидная наследственность. Митохондриальная
- •32.Наследование дыхательной недостаточности у дрожжей и нейроспоры.
- •33.Инфекционные факторы внеядерной наследственности. Плазмидное наследование.
- •34.Понятие о наследственной и ненаследственной (модификационной) изменчивости.
- •35.Комбинативная изменчивость, механизм ее возникновения, роль в эволюции и
- •36.Геномные изменения: полиплоидия. Автополиплоиды, особенности мейоза и характер
- •37.Геномные изменения: анеуплоидия. Анеуплоидия: нуллисомики, моносомики,
- •38.Хромосомные перестройки. Внутри- и межхромосомные перестройки. Особенности
- •39.Классификация генных мутаций. Общая характеристика молекулярной природы
- •40.Спонтанный и индуцированный мутационный процесс. Многоэтапность и
- •41.Химический мутагенез. Особенности мутагенного действия химических агентов.
- •42.Представление школы Моргана о строении и функции гена. Функциональный и
- •43.Работы школы Серебровского по ступенчатому аллелизму. Псевдоаллелизм. Функциональней тест на аллелизм (цис-транс тест).
- •44.Исследование тонкой структуры гена на примере фага т4 (Бензер). Ген как единица функции (цистрон).
- •45.Интрон-экзонная организация генов эукариот, сплайсинг. Структурная организация генома эукариот. Классификация повторяющихся элементов генома.
- •46.Семейства генов. Псевдогены. Регуляторные элементы генома.
- •47.Генетический контроль и молекулярные механизмы репликации. Полигенный контроль процесса репликации. Схема событий в вилке репликации. Понятие о репликоне.
- •48.Системы рестрикции и модификации. Рестрикционные эндонуклеазы.
- •49.Проблемы стабильности генетического материала. Типы структурных повреждений в днк и репарационные процессы.
- •51.Рекомбинация: гомологический кроссинговер, сайтспецифическая рекомбинация, транспозиции. Доказательство механизма общей рекомбинации по схеме «разрыв-воссоединение».
- •5 2. Молекулярная модель рекомбинации по Холлидею. Генная конверсия. Сайт-специфическая рекомбинация: схема интеграции и исключения днк фага лямбда.
- •53.Механизмы спонтанного мутагенеза, гены мутаторы и антимутаторы. Понятие о мутагенных индуцибельных путях репарации; уф-мутагенез.
- •54.Принципы негативного и позитивного контроля. Оперонные системы регуляции (теория Жакоба и Моно). Генетический анализ лактозного оперона.
- •55.Регуляция транскрипции на уровне терминации на примере триптофанового оперона. Системная регуляция; роль циклической амф и гуанозинтрифосфата.
- •56.Принципы регуляции действия генов у эукариот. Регуляторная роль, гистонов, негистоновых белков, гормонов. Особенности организации промоторной области у эукариот.
- •57.Первичная дифференцировка цитоплазмы, действие генов в раннем эмбриогенезе, амплификация генов. Роль гомейозисных генов в онтогенезе.
- •58.Опыты по трансплантации ядер. Методы клонирования генетически идентичных организмов.
- •59.Тканеспецифическая активность генов. Функциональные изменения хромосом в онтогенезе (пуффы, «ламповые щетки»); роль гормонов, эмбриональных индукторов.
- •60. Применение метода соматической гибридизации для изучения процессов дифференцировки и для генетического картирования. Химерные (аллофенные) животные.
- •61. Совместимость и несовместимость тканей. Генетика иммунитета. Онкогены, онкобелки.
- •62. Задачи и методология генетической инженерии. Методы выделения и синтеза генов.
- •63.Понятие о векторах. Векторы на основе плазмид и днк фагов. Геномные библиотеки. Способы получения рекомбинантных молекул днк, методы клонирования генов.
- •65.Проблемы генотерапии. Значение генетической инженерии для решения задач биотехнологии, сельского хозяйства, медицины и различных отраслей народного хозяйства.
- •66. Понятие о виде и популяции. Понятие о частотах генов и генотипов. Математические модели в популяционной генетике. Закон Харди - Вайнберга, возможности его применения.
- •67. Методы изучения природных популяций. Факторы динамики генетического состава популяции (дрейф генов), мутационный процесс, межпопуляционные миграции, действие отбора.
- •68.Взаимодействие факторов динамики генетической структуры в природных популяциях. Понятие о внутрипопуляционном генетическом полиморфизме и генетическом грузе.
- •70.Молекулярно-генетические основы эволюции. Задачи геносистематики. Значение генетики популяций для медицинской генетики, селекции решения проблем сохранения генофонда и биологического разнообразия.
- •71.Предмет и методология селекции. Учение об исходном материале. Центры происхождения культурных растений по н.И. Вавилову. Понятие о породе, сорте, штамм.
- •73.Использование индуцированных мутаций и комбинативной изменчивости в селекции растений, животных и микроорганизмов. Роль полиплоидии в повышении продуктивности растений.
- •75.Явление гетерозиса и его генетические механизмы. Использование простых и двойных межлинейных гибридов и растениеводстве и животноводстве.
- •77.Особенности человека как объекта генетических исследований. Методы изучения генетики человека: генеалогический, близнецовый, цитогенетический, биохимический, онтогенетический, популяционный.
54.Принципы негативного и позитивного контроля. Оперонные системы регуляции (теория Жакоба и Моно). Генетический анализ лактозного оперона.
Во всех клетках экспрессия генов (см. с. 234) контролируется регуляторными белками, которые связываются с определенным участком ДНК (DNA) и таким образом стимулируют пли подавляют транскрипцию гена (контроль транскрипции, см. с. 240). Действие регуляторных белков обратимо и, как правило, требует присутствия лиганда. Постоянно открывают все новые и новые регуляторные белки, в настоящее время известна, вероятно, только малая их часть. Несовершенна также их номенклатура. Как для белков, так и для участков ДНК, с которыми они связываются, используются различные наименования в зависимости от принципа действия. Регуляторный белок, который влияет на транскрипцию генов, называют фактором транскрипции. Белок, подавляющий транскрипцию, называют репрессором, а стимулирующий — индуктором. Последовательности ДНК, с которыми связываются регуляторные белки, называются регуляторными элементами. У прокариот регуляторные алименты, которые служат участками связывания РНК-полимеразы, называют промоторами, в то время как для репрессорных участков связывания употребляется название оператор. Регуляторные элементы, связывающие активирующие факторы, называют энхансерами (от англ. enhancer — усилитель), в то время как элементы, связывающие негативные (ингибирующие) факторы, — сайленсерами (от англ. silencer — успокоитель).
Многочисленные известные регуляторные белки можно разделить по механизму действия на четыре группы. Негативная генетическая регуляция, т. е. выключение соответствующих генов, может вызываться репрессорами. Некоторые репрессоры связываются с ДНК только в отсутствие специфического лиганда (1а). Комплекс репрессора с лигандом в этом случае теряет способность к связыванию и оставляет свободным участок промотора для присоединения РНК-полимеразы (1б). Часто свободный от лиганда репрессор не может связываться с ДНК, т. е. транскрипция подавляется только в присутствии лигандов (2а, 2б). Аналогично при позитивной генетической регуляции можно различать два случая. Если связывается только свободный индуктор, транскрипция подавляется соответствующими лигандами (3). Напротив, многие индукторы становятся активными только после образования комплекса с лигандом (4). К этой группе принадлежат, например, стероидные гормоны (см. с. 366).
Общую теорию регуляции синтеза белка разработали Ф. Жакоб и Ж. Моно. Сущность этой теории сводится к «выключению» или «включению» генов как функционирующих единиц, к возможности или невозможности проявления их способности передавать закодированную в структурных генах ДНК генетическую информацию для синтеза специфических белков. Эта теория, доказанная в опытах на бактериях, получила широкое признание, хотя в эукариотических клетках механизм регуляции синтеза белка вероятно более сложный. У бактерий доказана индукция ферментов (т. е. синтез ферментов de novo) при добавлении в питательную среду субстратов этих ферментов. Добавление конечных продуктов реакции, образование которых катализируется этими же ферментами, напротив, вызывает уменьшение количества синтезируемых ферментов. Это последнее явление получило название репрессии синтеза ферментов. Оба явления — индукция и репрессия — взаимосвязаны.
Согласно теории Жакоба и Моно в биосинтезе белка у бактерий участвуют по крайней мере три типа генов: структурные гены, ген-регулятор и ген-оператор. Структурные гены определяют первичную структуру синтезируемого белка. Именно эти гены в цепи ДНК являются основой для биосинтеза мРНК, которая затем поступает в рибосому и, как было указано выше, служит матрицей для биосинтеза белка.
Синтез мРНК на структурных генах молекулы ДНК непосредственно контролируется определенным участком, называемым геном-оператором. Он служит как бы пусковым механизмом для функционирования структурных генов. Ген-оператор локализован на крайнем отрезке структурного гена или структурных генов, регулируемых им. «Считывание» генетического кода, т. е. формирование мРНК, начинается спромотора— участка ДНК, являющегося точкой инициации для синтеза мРНК, и далее распространяется последовательно вдоль оператора и структурных генов. Координированный одним оператором одиночный ген или группа структурных генов образует оперон.
В свою очередь деятельность оперона находится под контролирующим влиянием другого участка цепи ДНК, получившего название гена-регулятора. Поскольку структурные гены и ген-регулятор находятся в разных участках цепи ДНК, связь между ними, как предполагают Ф. Жакоб и Ж. Моно, осуществляется при помощи вещества-посредника, оказавшегося белком и названного репрессором. Образование репрессора происходит в рибосомах ядра на матрице специфической мРНК, синтезированной на гене-регуляторе. Репрессор имеет сродство к гену-оператору и обратимо соединяется с ним в комплекс. Образование такого комплекса приводит к блокированию синтеза мРНК и, следовательно, синтеза белка, т.е. функция гена-регулятора состоит, в том, чтобы через белок-репрессор прекращать деятельность структурных генов, синтезирующих мРНК. Репрессор, кроме того, обладает способностью строго специфически связываться с определенными низкомолекулярными веществами, называемыми индукторами, или эффекторами. Когда такой индуктор соединяется с репрессором, последний теряет способность связываться с геном-оператором, который таким образом выходит из-под контроля гена-регулятора, и начинается синтез мРНК.
Это типичный пример отрицательной формы контроля, когда индуктор, соединяясь с белком-репрессором, вызывает изменения его третичной структуры настолько, что репрессор теряет способность связываться с геном-оператором. Этот процесс аналогичен взаимоотношениям аллостерического центра фермента с эффектором, под влиянием которого изменяется третичная структура фермента и он теряет способность связываться со своим субстратом.
Лактозный оперон
В качестве примера приведен лактозный оперон бактерии Е. coli (участок ДНК), который подвержен одновременно негативному и позитивному контролю. Оперон содержит структурные гены трех ферментов, которые необходимы для утилизации лактозы, и регуляторные элементы для управления транскрипцией оперона.
Так как лактоза превращается в клетке в глюкозу, экспрессия генов лактозного оперона не имеет смысла, когда глюкоза присутствует в клетке. Действительно гены транскрибируются только в отсутствие глюкозы и в присутствии лактозы (3). Регуляция достигается благодаря взаимодействию двух регуляторных белков. В отсутствие лактозы lac-penpeccop блокирует участок промотора (2). При наличии лактозы она превращается в изомерную аллолактозу, которая связывается с белком-репрессором и тем самым вызывает диссоциацию репрессора и оператора (3). Тем не менее этого недостаточно для транскрипции структурных генов. Для связывания РНК-полимеразы необходим индуктор, белок-активатор катаболитных оперонов (САР от англ. catabolite activator protein), который связывается с ДНК только в комплексе с цАМФ (cAMP). Сигнал голодания возникает только в отсутствие глюкозы.
Взаимодействие комплекса САР-цАМФ с ДНК представлено на рис. 4. Каждая субъединица димерного индуктора (желтого и оранжевого цвета соответственно) связывает молекулу цАМФ (красного цвета). Контакт с ДНК (голубого цвета) опосредуется двумя спиральными участками полипептидной цепи, специфически взаимодействующими с большой бороздкой на ДНК.