5.Современное представление о структуре и функции гена

Ген -

совокупность сегментов ДНК, которые вместе образуют наследственную единицу, отвечающую за функциональную продуктивность, т.е. за белок или т-РНК, или р-РНК. В сост входит: 1) единица транскрипции, т.е.участок ДНК, кодирующий не зрелую РНК; 2) промотор – длина гена может быть от 190-16000 пар нуклеотид. Ген явл единицей ф-и, т.е. есть ген целиком, а не отдельн его куски, кодирует РНК. Явл единицей мутации и един рекомбинации могут быть отдельные нуклеотиды в гене, т.е.даже 2 соседн. нуклеотиды могут разъединить с помощью кроссинговера и даже 1 нуклеотид может мутировать, место мутации в гене наз сайт. Сайты, на которых мутации происход. часто – горячи точки. У прокариотов гены непрерывные, т.е. сост. только из экзонов.у эукориотов гены прерывистые, т.е. сост. из экзонов и интронов. Перекрывающий ген – ген явл. частью др. гена, происходит наложение рамок считывания. При образовании зрелой и-РНК один экзон может соединиться с др. экзонам, образуется семейство, близких по строению и-РНК. Гены способны перемещаться - троспозоны. Ген и его копии и псевдогены образ семейство. 2 группы ДНК: структурные - кодируют белки и и-РНК; регуляторы – регулируют работу структурных генов. На эти 2 группы генов приходится от 15-98% всей ДНК, а остальная ДНК – избыточная, они копируют уже имеющиеся гены.

6.Строение генетического материала у бактерий и вирусов

Все вирусы можно рассматривать как генетические элементы, одетые в защитную белковую оболочку и способные переходить из одной клетки в другую.

Отдельные вирусные частицы – вирионы – представляют собой симметричные тела, состоящие из повторяющихся элементов. В сердцевине каждого вириона находится генетический материал, представленный молекулами ДНК или РНК. Велико разнообразие форм этих молекул: есть вирусы, содержащие двухцепочечную ДНК в кольцевой или линейной форме; вирусы с одноцепочечной кольцевой ДНК; одноцепочечной или двухцепочечной РНК; содержащие две идентичные одноцепочечные РНК.

Генетический материал вируса (геном) окружен капсидом – белковой оболочкой, защищающей его как от действия нуклеаз – ферментов, разрушающих нуклеиновые кислоты, так и от воздействия ультрафиолетового излучения. У некоторых вирусов (например, мозаичной болезни табака) нуклеиновая кислота в виде спирали включена в белковую оболочку, без разрушения которой не может быть освобождена. У других вирусов (например, жёлтой мозаики турнепса) спирально закрученная нить нуклеиновой кислоты лежит в капсиде, как в коробочке, и может выйти оттуда без разрушения оболочки. Нуклеиновые кислоты – носители наследственной информации о строении и свойствах вируса; белки вирусов защищают нуклеиновые кислоты, а также обусловливают ферментативные и антигенные свойства вируса.

Капсиды состоят из многократно повторенных полипептидных цепей одного или нескольких типов белков. В основе взаимодействия вирусных белков друг с другом и с нуклеиновой кислотой лежит закон термодинамики, гласящий, что устойчивость системы приобретается при достижении минимального уровня свободной энергии. Для каждого вируса существует свой набор белков, который при сборке вириона дает оптимальную в энергетическом плане форму капсида. Большинство вирусов построены по одному из двух типов симметрии – спиральной или кубической.

Вирионы со спиральной симметрией имеют форму продолговатых палочек. В центре находится спирально закрученная нуклеиновая кислота. Капсид состоит из идентичных субъединиц белка, спирально расположенных вдоль молекулы нуклеиновой кислоты. По спиральному типу симметрии построено большинство вирусов, поражающих растения, и некоторые вирусы бактерий, так называемые бактериофаги или просто фаги.

Большая часть вирусов, вызывающих инфекции у человека и животных, имеет кубический тип симметрии. Капсид почти всегда имеет форму икосаэдра – правильного двадцатигранника с двенадцатью вершинами и с гранями из равносторонних треугольников.

Существуют вирусы и с более сложным строением. Некоторые фаги помимо икосаэдрической головки, содержащей генетический материал, имеют полый цилиндрический отросток, окруженный чехлом из сократительных белков и заканчивающийся шестиугольной площадкой с шестью короткими выростами и шестью длинными фибриллами – нитями. Такая сложная конструкция обеспечивает впрыскивание генетического материала фага внутрь бактериальной клетки.

Химический состав разных вирусов неодинаков. Одни вирусы содержат липиды; среди них есть вирусы с ДНК (оспы, герпеса и др.), с РНК (гриппа, птичьей чумы, саркомы Рауса, бронзовости помидора, жёлтой карликовости картофеля и др.). У других вирусов липиды отсутствуют. В этой группе также есть вирусы с ДНК (аденовирусы, большинство бактериофагов, вирус желтухи шелкопряда) и с РНК (полиомиелита, ящура; большинство вирусов, вызывающих болезни растений; некоторые бактериофаги). Кроме липидов, белка и нуклеиновой кислоты, в вирусах встречаются в небольшом количестве полиамины (путресцин, спермидин и др.), иногда витамины (витамин В₂, фолиевая кислота), а также ряд металлов; в некоторых вирусах содержатся соединения белка с полисахаридами.

Строение вирусных частиц, приспособленных к перенесению неблагоприятных условий, может быть и более сложным. Таковы, например, полиэдры, образуемые некоторыми вирусами насекомых (они состоят из оболочки, кристаллической белковой массы и включённых в неё частиц вируса). Устойчивость к внешним воздействиям различна, но по большей части велика. Некоторые вирусы инактивируются только при нагревании до 90 °С (вирус мозаичной болезни табака), легко переносят очень низкие температуры (-70 °С и ниже), а также высушивание.

Многие вирусы помимо белкового капсида имеют внешнюю оболочку. Кроме вирусных белков и гликопротеинов (белков, ковалентно связанных с углеводными молекулами) она содержит еще и липиды, позаимствованные из плазматической мембраны клетки-хозяина.

Генетический материал бактерий

Бактерии — удобная модель для генетических исследований. Их отличает: относительная простота строения генома, позволяющая выявлять мутанты с частотой 10-9 и ниже; гаплоидность, исключающая явление доминантности; половая дифференциация в виде донорских и реципиентных клеток; наличие обособленных, и интегрированных фрагментов ДНК (плазмид, транспозонов и т.д.); лёгкость культивирования и возможность получения популяций, содержащих миллиарды микробных тел. Как и у других организмов, совокупность генов бактериальной клетки — геном — определяет её свойства и признаки (генотип). Фенотип бактериальной клетки — результат взаимодействий между бактерией и окружающей средой — также контролирует геном (так как сами признаки закодированы в бактериальных генах). Ядерные структуры бактерий имеют характерное строение, отличающее их от ядер эукарио-тических клеток; их образуют так называемые хроматиновые тельца, или нуклеоиды, лишённые оболочки и включающие в себя почти всю ДНК бактерии. • Ядерные структуры можно наблюдать в фазово-контрастный микроскоп, где они выглядят как менее плотные участки цитоплазмы. Для их выявления в фиксированных мазках предложена реакция Фёльгена-Россенбёка. • В растущих бактериальных клетках нуклеоиды активно делятся, их количество иногда достигает 2-4. У бактерий обычно имеется одна замкнутая кольцевидная хромосома, содержащая до 4000 отдельных генов, необходимых для поддержания жизнедеятельности и размножения бактерий, то есть бактериальная клетка гаплоидна, а удвоение хромосомы обычно сопровождается её делением. • Некоторые виды (например, Brucella melitensis) стабильно содержат две кольцевые хромосомы, другие (Leptospira interrogans) — одну кольцевую хромосому и одну большую плазмиду, третьи — одну линейную хромосому (Streptomyces ambofaciens), то есть обладают сложными геномами. • Бактериальная хромосома содержит до 5*106 пар оснований. Для сравнения: геном человека составляет 2,9*109пар оснований. Длина бактериальной хромосомы в развёрнутом состоянии составляет около 1 мм (Escherichia coli). Некоторые бактерии содержат внехромосомные молекулы ДНК (плазмиды) и мобильные элементы (либо плазмидные, либо хромосомные).