18.Мутационный процесс. Молекулярные механизмы мутации. Классификация мутаций.

Мутация – наследственно закрепленное изменение генетического материала, результатом чего является появление нового признака у организма и изменение его генотипа и фенотипа.

А. По характеру изменения генома:

1. Геномные мутации – изменении числа хр.

2. Хромосомные мутации – изменение структуры хр.

3. Генные мутации – изменения генов.

Б. По проявлению в гетерозиготе:

1. Доминантные мутации.

2. Рецессивные мутации.

В. По уклонению от нормы (дикого типа):

1. Прямые мутации.

2. Реверсии. Иногда говорят об обратных мутациях, однако, очевидно, что они представляют собой только часть реверсий, поскольку в действительности широко распространены т.н. супрессорные мутац.

Г. В зависимости от причин, вызывающих мутации:

1. Спонтанные, возникающие без видимой причины, т.е. без каких-либо индуцирующих возд.

2. Индуцированные мутации. (кто-то вызвал их появление,помог)

Д. По локализации в клетке:

1. Ядерные

2. ЦП. В этом случае об. подразумевают мутации неЯ генов.

Е. По отношению к возможности наследования:

1. Генеративные, происходящие в половых клетках.

2. Соматические, происходящие в соматических клетках.

Ж. По характеру изменения фенотипа: морфологические, физиологические, биохимические.

Мутационная гипотеза – благодаря способности клетки репарировать полученные повреждения становление мутации должно осущ. в процессе обратимости повреждения, т.е. в процессе восстановления (репарации) (Лобашев). Мутационный процесс – это процесс возникновения мутаций и закрепления их в процессе исследования. Механизмы возникновения спонтанных мутаций:

1. ошибки репликации

-неправильная работа ДНК-полимеразы

-тарнсдукция – смена пурина на пурин

-трансверсия – смена пурина на пиримидин

2. мутации со сдвигом рамки считывания

3. изменение структуры азотистых оснований

Механизм возникновения индуцированных мутаций:

1. Могут возникать в результате действия аналогов оснований. Замена пар оснований АТ на АЦ.

2. повреждение оснований

3. под действием акридиновых красителей вставка или выпадение нуклеотида.

Хромосомные - приводят к изменению структуры хромосом.

1. Утраты участка внутри хромосомы, удаления плеча хромосомы.

2. Дупликация – удвоение или утроение

3. Инверсия – поворот на 180 градусов участка хромосомы

4. Транслокация – обмен негомологичными участками негомологичных хромосом

Геномные – приводят к изменению числа наборов хромосом или отдельных хромосом в наборе.

1. эуплоидные – изменение числа набора хромосом: с четким набором хромосом (2n, 4n); с нечетким набором хромосом (3n,5n).

Автополиплоиды – один геном.

Алловолиплоиды – сочетание разных геномов.

2. Анеуполиплоидные – изменение числа отдельных хромосом. (2n-1), (2n+1).

Генные мутации приводят к изменению структуры гена, изменению кодируемого ими признака.

20.Молекулярные и цитологические основы наследственности. В 1870-1882 гг. – описан мейоз и митоз. После этого были обнаружены и описаны хромосомы, установлена их роль в передаче признаков, только после этого начали говорить о цитологической основе наследственности. И только после 1944 г. была уст. генетическая роль ДНК и была открыта двойная спираль в 1953 г. Уотсоном и Криком, а в 60 гг. был расшифрован генет. код, изучены процессы репликации, транскрипции и трансляции, стали говорить о молекулярных механизмах передачи признаков. МИТОЗ. Биознач.: обр. идентичные кл., несущие идент. генет. материал, с сохр. диплоидного сост. кл. МЕЙОЗ - форма Я деления, сопровожд. ↓ числа хр. с 2n до 1n. При этом сначала происх. редукционное деление Я (мейозI), за кот. сл. 2 цикла кл. и Я делений (как при митозе, обр. 4 гаплоидных кл.) – МейозII. 3ий закон М. св. с отд. фазами мейоза. Перекомбинация признаков осущ. в меойзеI, и если у нас есть гетерозигота, то все б. зависеть от того, как в метафазеI б. на экваторе распол. м/у собой гомологичные хр. (биваленты). Если они распол. с 1 ст., то обе отойдут в гомозиготу, если накрест, то после МI кл. станут гетерозиготными, благодаря чему возможно формирование 4 типов гамет. В зависимости от расположения хр. в метафазеI и произойдет перекомбинация признаков. Поэтому дигетерозигота им. 4 типа гамет. Это основа 3го закона М → 16 фенотипов: 9:3:3:1. Интерф.1 Происх. репл. органелл, ДНК и гистонов – кл. ↑ в размерах. Каждая хр. представлена теперь парой хроматид, соединенных цетромерой. Проф.1. С. продолж-ная (часто 5 стадий: лептотена, зиготена, пахитена, диплотена и диакинез). А) Хр. укорачиваются и становятся видимыми как обособленные стр-ры. Хр. (где хр-ый материал сильно спирализован) чередуются с неокрашенными участками, выглядят как нитки бус. Б) Гомологичные хр. из ядер мат и отцов гамет, приближаются и коньюгируют. Этот процесс еще наз. синапсисом. Он может начинаться в неск. точках хр, кот. затем соед. по всей длине (молния). 2 хр – бивалент. Биваленты укор-тся (спирализация) и утолщ. Теперь к. хр с ее центромерой ясно видна. В) Обр. хиазмы м/у бивалентами. Происх. обмен в хиазмах уч. – кроссинговер. После чего гомол-ые хр не расх., т.к. сестринские хроматиды (обоих хр.) остаются прочно св. вплоть до анафазы. Г) Хроматиды гомол. хр продолж. отталкиваться др от др, и бивалент приобретает с 1 хиазмой – крестообразную форму, с 2 – кольцевидную, с 3 и более – образует петли, леж. перпендикулярно др др. В кл. идут изм: миграция центриолей к полюсам, разруш. ядрышек и Я М, затем обр. нитей веретена. Метаф.1. Биваленты выстраиваются в экваториальной полости, обр. метафазную пластинку. Центромеры прикр. к нитям веретена, и в результате слабого тянущего усилия этих нитей к. бивалент распол. в обл. экватора, так 2 его цетромеры оказ. на одинак. расстоянии от него – 1 снизу, а др. сверху. Анаф.1. Нити веретена тянут центромеры, к. из кот. св. с 2 хроматидами, к противопол. полюсам веретена. В результате хр. разделяются на два гаплоидных набора, попадающих в дочерние клетки. Телоф.1. На этом завершается 1 деление М. К. хр сост. из 2 хроматид, но они генетически не идентичны (из-за кроссинговера) и при 2ом делении мейоза им предстоит разойтись. Веретена и их нити об. исчез. Хроматиды деспирал-ся, в/г них на к. полюсе формир. Я М и обр-ся Я идет в интерфазу. Интерф.2. Фаза S отсутствует, и дальнейшей репликации ДНК не происходит. Сходны с митозом – раздел. хроматид в 2 дочерних кл, получив-ся в рез-те 1 деления М. Отличия от митоза: 1) в метафазе 2 сестринские хроматиды часто сильно обособляются др. от др; 2) число хромосом гаплоидное. Проф.2. Хроматиды укорачиваются и утолщаются в рез-те их спирализации и конденсации. Центриоли (структура жгутика) расходятся к противоположным полюсам кл. От к. центриоли в виде лучей расходятся кор. микротрубочки, обр. в совокупности звезду. К концу профазы Я М распадается и обр. веретено деления.Метаф.2 Пары хроматид прикрепляются св. центромерами к нитям веретена и перемещаются ↑ и ↓ по веретену до тех пор, пока их центромеры не выстроятся по экватору веретена.Анаф.2 К. центромера расщепляется на 2, и нити веретена оттягивают дочерние центромеры к противоположным полюсам. Центромеры тянут за собой отделившиеся 1 от др. хроматиды. Телоф.2 Хр. достигают полюсов клетки, деспирализуются, удлиняются, и их уже нельзя различить. Нити веретена разрушаются, а центриоли реплицируются. В/г хр. на к. из полюсов обр. Я оболочка. Вновь появляется ядрышко. В итоге обр. 4 гаплоидных Я. За телофазой может сразу следовать цитокинез (разделение всей кл на 2).

21.Генетический код и его характеристика.

Последовательность нуклеотидов в полинуклеотидной цепи специфична для каждой клетки и представляет собой генетический код. Генетический код - это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в ДНК. Поскольку ДНК непосредственного участия в синтезе белка не принимает, то код записывается на языке РНК. В РНК вместо тимина входит урацил.

Генетический код характеризуется:

1. Код является триплетным, т.е. каждая аминокислота кодируется известным сочетанием трех последовательно расположенных нуклеотидов, которое называется триплетом или кодоном. : триплет или кодон - последовательность из трех нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту Код не может быть моноплетным, поскольку 4 (число разных нуклеотидов в ДНК) меньше 20. Код не может быть дуплетным, т.к. 16 (число сочетаний и перестановок из 4-х нуклеотидов по 2) меньше 20. Код может быть триплетным, т.к. 64 (число сочетаний и перестановок из 4-х по 3) больше 20.

2. Код является множественным или «вырожденным», т.е. одна и та же аминокислота может кодироваться несколькими триплетами (от 2 до 6), в то время как каждый триплет кодирует только одну аминокислоту:

Фенилаланин – ААА, ААГ

Пролин – ГГА, ГГГ, ГГТ, ГГЦ

Исключение составляют метионин и триптофан, которые кодируются только одним триплетом (ТАЦ и АЦЦ в ДНК и соответственно АУГ и УГГ в РНК).

3. Код является неперекрывающимся, т.е. один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух соседних триплетов.

4. Код однозначен, т.е. каждый триплет кодирует только одну аминокислоту.

5. Код не имеет знаков препинания. Это значит, если произойдет выпадение одного нуклеотида, то его место займет ближайший нуклеотид из ближайшего кодона, из-за чего изменится весь порядок считывания. Вместе с тем между генами имеются триплеты, обозначающие прекращение синтеза одной полипептидной цепи (в ДНК это АТТ, АТЦ, и АЦТ, а в РНК соответственно УАА, УАГ и УГА). Условно к знакам препинания относится и кодон AUG - первый после лидерной последовательности. В этой позиции он кодирует формилметионин (у прокариот).

6. Код универсален для всех живых организмов и вирусов: одинаковые триплеты кодируют одинаковые аминокислоты. Это открытие представляет собой серьезный шаг на пути к более глубокому познанию сущности живой материи, ибо универсальность генетического кода свидетельствует о единстве происхождения всех живых организмов.

В конце каждого гена, кодирующего полипептид, находится, по меньшей мере, один из 3-х терминирующих кодонов, или стоп-сигналов: UAA, UAG, UGA. Они терминируют трансляцию.

К настоящему времени расшифрованы триплеты для всех 20 аминокислот, входящих в состав природных белков.