4. Геном клетки.

В ДНК заложена вся наследственная (генетическая) информация. Структурно-функциональной единицей генетической информации является ген.

Ген – последовательнось нуклеотидов ДНК, которая содержит информацию о последовательности

аминокислот в полипептиде, либо о последовательности нуклеотидов какого-либо вида РНК (прежде всего рРНК и тРНК).

Геном – суммарная ДНК гаплоидного набора хромосом клеток организма. У разных организмов геном имеет различные размеры, т.е. разное количество нуклеотидных пар (А – Т, Г– Ц). Так у прокариот в геноме содержится до 8х10⁶ п.н., у эукариот – 10⁶ - 10¹¹ п.н.

Например, геном кишечной палочки содержит 4х10⁶ п.н., геном дрозофилы – 1,4х10⁸ п.н., а геном человека – 3,3х10⁹ п.н.

Одним из самых боль­ших геномов обладают хвостатые амфибии и двоякодышащие рыбы – примерно 120 пг (пикограмм) ДНК.

5. Молекулярное строение гена у эукариот. Уникальные гены и повторяющиеся последовательности на нити днк, их функциональное значение.

В процессе эволюции количество ДНК у эукариотических организмов возросло в 1000 раз, а количество генов увеличилось в гораздо меньшей степени. Например, у бактерий в единственной хромосоме содержится примерно 1.000 генов, а в геноме человека содержится 22-24.000 генов. Такое непомерное увеличение количества ДНК по сравнению с увеличением числа генов называется избыточностью ДНК.

В эукариотической клетке только 3% ДНК являются генами. Из них 1,2% генов кодируют структуру белков, и 1,8% генов кодируют РНК.

В силу избыточности ДНК у эукариотов в их геноме выделяют 3 класса последовательностей нуклеотидов:

1) редко повторяющиеся последовательности нуклеотидов (уникальные гены)

2) умеренно повторяющиеся последовательности нуклеотидов

3) высоко (многократно) повторяющиеся последовательности нуклеотидов

Уникальные гены:

а) составляют 60-70% ядерной ДНК, это гены подавляющего числа белков клеток человека

б) встречаются один или несколько раз в геноме

в) представлены структурными генами и внутригенными некодирующими областями

Для уникальных генов характерно экзонно-интронное строение: кодирующий участок – экзон чередуется с не кодирующим участком – интроном. Экзон – это фактически ген. Количество экзонов в уникальном гене различно: от 1 до 364, но в среднем 8.

Умеренно повторяющиеся последовательности нуклеотидов

а) составляют 10-15% ядерной ДНК

б) повторяются в геноме сотни и тысячи раз

в) представлены генами рРНК и белков гистонов

межгенный межгенный

кластер генов рРНК спейсер кластер генов рРНК спейсер

Многократно-повторяющиеся последовательности нуклеотидов

а) составляют 25-28% ядерной ДНК

б) повторяются в геноме сотни тысяч и миллионы раз

в) имеют размер от нескольких нуклеотидов до нескольких сотен

г) входят в состав структурного гетерохроматина

Предполагаемая роль многократно повторяющихся последовательностей:

а) узнавание гомологичных участков хромосом во время кроссинговера,

б) разделение структурных и регуляторных генов в кодирующих участках ДНК,

в) регуляция функции генов.

Прокариоты	Эукариоты
на гены приходится 90% ДНК	на гены приходится 30% ДНК
кодирующая область непрерывна (нет интронов)	экзон-интронная структура
ген следует за геном	кодирующая область составляет 3%
нет повторяющихся последовательностей	повторяющиеся последовательности есть (у человека до 50%)

6. Характеристика метафазных хромосом.

Хромосомы максимально спирализованы в метафазу митоза и их можно увидеть в световой микроскоп.

Каждая хромосома состоит из двух хроматид, кото­рые соединяются с помощью первичной перетяжки (центромеры). Центромера состоит из повторяющихся последовательностей нуклеотидов. Функции центромеры:

1. удержание хроматид

2. правильное выстраивание хромосом в метафазной пластинке

3. прикрепление хромосом к веретену деления

4. здесь находится участок, который контролирует переход клетки в стадию анафазы

В зависимости о положения первичной перетяжки выделяют следующие виды хромосом:

1. Метацентрическая (равноплечая) – центромера делит хромосому на два равных плеча

2. Субметацентрическая (умереннонеравноплечая) – центромера делит хромосому на два слабо неравных плеча

3. Очень субметацентрическая (выраженная неравноплечая) – центромера делит хромосому на два резко неравных плеча

4. 1

   2

   3

   4

   Акроцентрическая – одно плечо очень короткое

Иногда на одном из плеч хромосомы может находиться вторичная перетяжка, которая отделяет спутник. Такие хромосомы называются спутниковыми, у человека это хромосомы 13,14,15,21,22 пар. Область вторичной перетяжки называется ядрышковым организатором, т.к. здесь образуются ядрышки.

На концах хромосом содержатся теломеры, это участки ДНК человека от З'-конца образованные короткими тандемными повторами ТТАГГГ. За ними следуют более протяженные повторяющиеся последовательности, в которых содержится много тимина. Теломеры играют важную роль:

1. прикрепляют хромосому к ядерному матриксу

2. сохраняют целостность хромосомы (защищают ДНК от разрушающего действия ферментов)

3. обеспечивают прохождение репликации хромосом до конца

4. способствуют конъюгации гомологичных хромосом, а в дальнейшем кроссинговеру

5. удерживают сЕстринские хроматиды в метафазу мейоза

7. Характеристика и классификация хромосом человека.

Группа Номера хромосом Виды хромосом

А 1, 2, 3 большие метацентрические

В 4, 5 большие очень субметацентрические

С 6 – 12, Х средние субметацентрические

D 13, 14, 15 средние; акроцентрические, спутничные

E 16, 17, 18 малые: 16 –метацентрическая, 17 и 18 – субметацентрические

F 19, 20. малые метацентрические

G 21, 22, У малые; акроцентрические спутничные

Примечание:

1. хромосома 21 меньше, чем хромосома 22, хотя в кариограмме стоит впереди её

2. У- хромосома – это акроцентрическая хромосома, но не спутничная.

8. Характеристика гетерохроматина и эухроматина.

В интерфазных хромосомах выделяют менее спирализованные участки и более спирализованные участки.

Менее спирализованные участки хромосом плохо окрашиваются красителями. Они называются эухроматиновыми участками (или эухроматином), т.к. содержат активные гены. Меньшая спирализация эухроматина позволяет быстрее списывать с генов наследственную информацию.

Более спирализованные участки хорошо окрашиваются красителями и выглядят в световой микроскоп в виде глыбок. Эти участки хромосом называются гетерохроматиновыми участками (или гетерохроматином), они не содержат активных генов. Выделяют 2 вида гетерохроматина: структурный (или конститутивный) и факультативный.

Структурный гетерохроматин находится на концах хромосомы и в области центромеры. Он постоянно находится в спирализованном состоянии и выполняет структурную функцию.

Факультативный гетерохроматин. В клетках женского организма в норме находятся 2 «Х» хромосомы, но 1 «Х» хромосома находится в неактивном состоянии в виде гетерохроматина. В световой микроскоп в интерфазном ядре такая хромосома выглядит в виде плотного округлого тельца (тельце Барра или половой хроматин). Т.о. у женщин активна лишь одна половая хромосома, а вторая переходят в состояние гетерохроматина уже в зиготе (на 16 день после оплодотворения).

9. Определение кариотипа. Наследственный аппарат клеток человека. Кариотип человека, характеристика кариотипа человека в норме.

Кариотип – это диплоидный набор хромосом, свойственный соматическим клеткам организмов данного типа и характеризующийся определенным числом, строением и генным составом хромосом.

В кариотипе человека 23 пары хромосом. 22 пары хромосом одинаковы у мужчин и женщин, они называются аутосомами. Одна пара хромосом – половые хромосомы, у мужчин это хромосома Х и хромосома У, у женщин это две Х хромосомы.

Число хромосом в гамете, свойственное данному виду, называется гаплоидным (1n), а число хромосом, свойственное зиготе и соматическим клеткам, диплоидным (2n).

10. Идиограмма, принцип построения.

Рисунки или снимки хромосом, которые располагаются в порядке убывания их размера, носят названия кариограмм или идиограмм.

Хромосомы изучают на стадии метафазы митоза (метафазная пластинка), когда они максимально спирализованы и хорошо видны в световой микроскоп.

Для исследований у человека берут лейкоциты крови, а затем лейкоциты обрабатывают специальными веществами, которые запускают митоз (митогенами). Через 48 часов клетки будут на стадии метафазы, и деление останавливают с помощью веществ, которые разрушают нити веретена деления (колхицин). Затем производят дифференциальное окрашивание хромосом – используют специальные красители, которые избирательно поглощаются определёнными участками хромосомы. При микроскопировании хромосом они выглядят полосатыми, более сильно окрашенные участки хромосом называются районами, или бэндами.

Обозначение локализации гена: 1p3₁ : – хромосома 1, короткое плечо, район 3, бэнд 1.

Ген находится в первой хромосоме, в её коротком плече, в третьем районе, в первом бэнде.

Или: ген локализован в первом бэнде района 3 короткого плеча третьей хромосомы.

ЛЕКЦИЯ 3 Временная организация клеток. Митотический цикл. Размножение.

1. Закономерность существования клетки во времени. Клеточный цикл, его периодизация.

Все клетки имеют определенный жизненный цикл. Это период с момента появления клетки из материнской, до собственного деления или гибели.

В жизненном цикле делящихся клеток выделяют:

пролиферативный (митотический) цикл, в это время клетка делится

период покоя – клетка выбирает: пойдет она по пути специализации или по пути деления.

период выполнения клеткой специальной функции

2. Митотический цикл, определение, характеристика периодов.

Митотический цикл – это совокупность процессов, которые происходят в клетке при подготовке к делению и в процессе самого деления. В митотическом цикле выделяют: интерфазу (фазу авторепродукции) и митоз (фазу распределения генетичес­кого материала).

3. Интерфаза, ее сущность, деление на периоды, их характеристика.

Интерфаза – это период подготовки клетки к делению, она составляет до 90% времени митотического цикла. В это время в ядре происходит активная работа генов.

Интерфаза состоит из 3х периодов.

• период G₁ – постмитотический период или пресинтетический. Он занимает 30-40% времени интерфазы.

• период S – синтетический период. Он занимает 30% времени интерфазы.

• период G₂ – постсинтетический или премитотический и составляет 20-30% времени интерфазы.

Период G₁ (2n2c → 2n4c) в клетке синтезируются все виды РНК, белки, достраиваются необходимые органоиды, т.е. клетка увеличивается в объеме. Происходит накапливание предшественников нуклеотидов (дезоксирибонуклеозиддифосфат или дезоксирибонуклеозидтри-

фосфат), из которых будет синтезироваться ДНК. В этом периоде клетки могут находиться часы, дни и годы. Чтобы клетка перешла в S-фазу, она должна пройти точку рестрикции.

Предполагают, что в этот момент в клетке накапливается особый пусковой (тригерный) белок, который поступает из цитоплазмы в ядро и активирует гены, запускающие удвоение ДНК и деление клетки. В конце G₁ периода начинается удвоение центриолей клеточного центра.

Период S (2n2c → 2n4c) продолжается синтез РНК, белков. Самое важное событие – это удвоение ДНК (репликация ДНК).