Ekzamenatsionnye_voprosy_po_biologii
.docx
|
36. Ген. Тонкая структура гена. Особенности структуры генов у про- и эукариот. Понятие о транскриптоне. Участие ДНК, РНК и рибосом в процессах матричного синтеза белка. Генетический код и его свойства. Ген от гр. генос — род, происхождение представляет собой участок молекулы ДНК, определяющий наследование того или иного признака. Так как молекулы ДНК в процессе деления скручиваются в хромосомы, то можно сказать, что ген — это участок хромосомы. Прокариоты лат. про — перед и гр. карион — ядро — это древнейшие организмы, не имеющие оформленного ядра. Носителем наследственной информации у них является молекула ДНК, которая образует нуклеоид. В цитоплазме прокариотической клетки нет многих органоидов, которые имеются у эукариотической клетки митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи и т.д.; функции этих органоидов выполняют ограниченные мембранами полости. В прокариотической клетке имеются рибосомы. Большинство прокариот имеет размер 1-5 мкм. Размножаются они путем деления без выраженного полового процесса. Прокариоты обычно выделяют в надцарство. К ним относят бактерии, синезеленые водоросли цианеи, или цианобактерии, риккетсии, микоплазмы и ряд других организмов. Эукариоты гр. эу — хорошо и карион — ядро — организмы, в клетках которых есть четко оформленные ядра, имеющие собственную оболочку кариолемму рис. 1, 2. Ядерная ДНК у них заключена в хромосомы. В цитоплазме эукариотических клеток имеются различные органоиды, выполняющие специфические функции митохондрии, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, рибосомы и т.д.. Большинство эукариотических клеток имеет размер порядка 25 мкм. Размножаются они митозом или мейозом образуя половые клетки — гаметы или споры у растений; изредка встречается амитоз — прямое деление, при котором не происходит равномерного распределения генетического материала например, в клетках эпителия печени. Эукариоты также выделяют в особое надцарство, которое включает царства грибов, растений и животных Транскриптон. Синтез молекул РНК начинается в определенных местах ДНК, называемых промоторами , и завершается в терминаторах. Участок ДНК, ограниченный промотором и терминатором, представляет собой единицу транскрипции Lewin B., 1980 — транскриптон. В пределах каждого транскриптона копируется только одна из двух нитей ДНК, которая называется значащей или матричной. Во всех транскриптонах, считываемых в одном направлении, значащей является одна нить ДНК; в транскриптонах, считываемых в противоположном направлении, значащей является другая нить ДНК. Соседние транскриптоны могут быть отделены друг от друга нетранскрибируемыми участками ДНК, а могут и перекрываться, в частности так, что в пределах участка перекрывания матричными оказываются обе нити. Разбиение ДНК на множество транскриптонов обеспечивает возможность независимого считывания разных генов, их индивидуального включения и выключения. Уэукариот в состав транскриптона, как правило, входит только один ген.Термины транскрипционная единица или транскриптон по смыслу близки термину ген, но они не всегда совпадают. Так, транскрипционные единицы прокариот, как правило, заключают в себе генетическую информацию нескольких генов и называются оперонами . Продуктами транскрипции оперонов являются полицистронные мРНК , в результате трансляции которых рибосомами образуется несколько белков. Белки, кодируемые полицистронными мРНК, обычно функционально связаны друг с другом и обеспечивают протекание какого-либо метаболического процесса, например, биосинтеза определенной аминокислоты или утилизацию углеводов в качестве источника углерода. Генетический код. Генетический код — это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в ДНК. Свойства генетического кода. 1. Триплетность Каждая аминокислота кодируется последовательностью из 3-х нуклеотидов. 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. Вырожденность. Все аминокислоты, за исключением метионина и триптофана, кодируются более чем одним триплетом. Всего 61 триплет кодирует 20 аминокислот. 3. Наличие межгенных знаков препинания. Гены tРНК, rРНК, sРНК белки не кодируют. 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. Условно к знакам препинания относится и кодон AUG — первый после лидерной последовательности. См. лекцию 8 Он выполняет функцию заглавной буквы. В этой позиции он кодирует формилметионин у прокариот. 4. Однозначность. Каждый триплет кодирует лишь одну аминокислоту или является терминатором трансляции. Исключение составляет кодон AUG. У прокариот в первой позиции заглавная буква он кодирует формилметионин, а в любой другой — метионин. 5. Компактность, или отсутствие внутригенных знаков препинания. Внутри гена каждый нуклеотид входит в состав значащего кодона. Участие ДНК, РНК и рибосом в процессах матричного синтеза белка: У всех живых организмов ДНК является первичным носителем генетической информации. Это значит, что в структуре молекулы ДНК в виде последовательности нуклеотидов записана вся программа, необходимая для жизнедеятельности клетки, ее реакции на различные внешние воздействия. У прокариот доядерных организмов вся наследственная информация представлена на одной кольцевой молекуле ДНК, состоящей из нескольких миллионов пар нуклеотидов. Иногда часть информации содержится в нескольких небольших кольцевых ДНК — плазмидах. У эукариот имеющих клеточное ядро — ДНК в основном сосредоточена в хромосомах. В каждой хромосоме содержится одна двунитевая ДНК, размер которой достигает сотен миллионов пар нуклеотидов. Относительно маленькие молекулы ДНК содержатся в митохондриях. Они необходимы для синтеза митохондриальных РНК и митохондриальных белков. Двунитевая молекула построена по принципу комплементарности. Т. е. когда каждая из четырех НК предпочитает взаимодействовать образовывать водородные связи только с одной НК из трех возможных. Так аденин взаимодействует через О-Н связи только с тимином А -Т, а гуанин с цитозином Г — Ц. Синтез полипептидной цепи ДНК, РНК или белка в клетках складывается из трех основных этапов: инициации, элонгации и терминации. Инициация — образование связи между мономерными звеньями создаваемой полимерной цепи. Далее мономер присоединяется к образовавшемуся димеру, тримеру, тетрамеру и т.д. — это уже элонгация. Элонгация — соединение очередного мономера с растущей полимерной цепью. Этот процесс происходит в активном центре фермента полимеразы. Затем участок, полимера к которому присоединился мономер, выдвигается из зоны активного центра фермента — это процесс транслокации. Терминация — окончание сборки полимера. Для этого на матрице имеется определенный участок — терминатор по его информации невозможно подобрать необходимый мономер. |
37. Процессы матричного синтеза в клетке. Процесс транскрипции у про- и эукариот. Этапы транскрипции. Промотор. Терминатор. Транскриптон. Транскрипция — процесс, в ходе которого нуклеотидная последовательность ДНК копируется в виде последовательности РНК, комплиментарной ей. Фермент, катализирующий РНК на ДНК-матрице, был открыт в 1958 году и назван РНК — полимераза. У прокариот РНК — полимераза — сложный фермент, состоящий из 5 белковых единиц. Она синтезирует все виды РНК : мРНК, тРНК, рРНК. У эукариот 3 вида РНК — полимеразы: 1 — транскрибирует гены для рибосомальных РНК. 2 — гены для синтеза белков мРНК и гены для малых РНК ядрамяРНК. 3 — транскрибирует гены для транспортных РНК, рибосомальных 5S РНК, малых РНК и других. Промотор — участок в начале гена, который указывает место связывания РНК — полимеразы с ДНК. Терминатор — последовательность нуклеотидов ДНК, узнаваемая РНК — полимеразой как сигнал к прекращению синтеза молекулы РНК и диссоциации транскрипционного комплекса. Транскриптон — участок ДНК, ограниченный промотором и терминатором, представляет собой единицу транскрипции. Сигма — фактор используется для регуляции набора генов. Каждый ген состоит из регуляторной частипромотор и терминатор, кодирующей частизаписана инфа о структуре иРНК, терминирующей частизавершение транскрипции. Транскрипция у прокариот: Промотор содержит 2 группы нуклеотидных последовательностей . Эти послежовательности расположены на расстоянии 10 н.п. и 35 н.п. выше точки начала транскрипции. Вначале сигма — фактор слабо связывается с участком промотора, контролируя присоединение к нему промотору РНК — полимеразы. Затем РНК — полимераза связывается с доменом Прибнова. Затем начинает расплетаться ДНК вокруг нуклеотида, здесь присутствуют 2 водородные связи А=Т,что облегчает разъединение. Когда начинается синтез РНК, сигма-фактор уходит из комплекса. У бактерий частично синтезированные РНК связываются с рибосомами, и до окончания траскрипции 5 — конца начинается трансляция — синтез белка. Транскрипция у эукариот: Гены эукариот состоят из 2 структурных областей: Кодирующей с нее считывается инфа в процессе синтеза мРНК Регуляторной контролирует работу РНК-полимеразы2 и синтез мРНК Регуляторная область включает основные типы последовательностей ДНК: Промоторы связывают РНК — полимеразу 2 Терминаторы Энхансеры усилители транскрипции и сайленсеры ослабители транскрипции. Энхансеры и сайленсеры служат местами для узнавания и связывания с регуляторными белками, активирующими РНК — полимеразу. У эукариот процесс транскрипции и последующее созревание иРНК и мРНК протекает в клеточном ядре. 1. У эукариот функционируют 3 разные полимеразы 1, 2, 3. 2. РНК — полимераза не может сама инициировать транскрипцию. 3. Регуляторные элементы у эукариот могут влиять на скорость транскрипции. Энхансеры — любые дискретные элементы последовательности ДНК, ктр. Связывают общие транскрипционные факторы и действуют на транскрипцию. Они взаимодействуют с регуляторными белками, изменяя уровень транскрипции гена. Энхансеры образуют петлю, взаимодействуя с промотором. Сайленсеры — ослабители транскрипции. Так же, как и энхансеры, оказывают действие на большом расстоянии от гена. 4. У эукариот сначала происходит транскрипция в ядре, а затеп трансляция в цитоплазме. Промотор у эукариот состоит из 2 нуклеотидных последовательностей, расположенных на расстоянии 25 н.п. и 75 н.п. выше точки начала транскрипции.
40. Особенности регуляции генов у эукариот. Регуляция экспрессии генов у эукариот протекает намногосложнее. Регуляция экспрессии генов осуществляется на уровне клетки и на уровне организма. Гены эукариотических клеток делятся на два основных вида: первый определяет универсальность клеточных функций второй — детерминирует определяет специализированные клеточные функции. Функции генов первой группы проявляются во всех клетках. Для осуществления дифференцированных функций специализированные клетки должны экспрессировать определенный набор генов. Хромосомы, гены и опероны эукариотических клеток имеют ряд структурно-функциональных особенностей, что объясняет сложность экспрессии генов. 1. Опероны эукариотических клеток имеют несколько генов — регуляторов, которые могут располагаться в разных хромосомах. 2. Структурные гены, контролирующие синтез ферментов одного биохимического процесса, могут быть сосредоточены в нескольких оперонах, расположенных не только в одной молекуле ДНК, но и в нескольких. 3. Сложная последовательность молекулы ДНК. Имеются информативные и неинформативные участки, уникальные и многократно повторяющиеся информативные последовательности нуклеотидов. 4. Эукариотические гены состоят из экзонов и интронов, причем созревание и-РНК сопровождается вырезанием интронов из соответствующих первичных РНК-транскриптов про-и-РНК, т.е. сплайсингом. 5. Процесс транскрипции генов зависит от состояния хроматина. Локальная компактизация ДНК полностью блокирует синтез РНК. 6. Транскрипция в эукариотических клетках не всегда сопряжена с трансляцией. Синтезированная и-РНК может длительное время сохраняться в виде информосом. Транскрипция и трансляция происходят в разных компартментах. 7. Некоторые гены эукариот имеют непостоянную локализацию лабильные гены или транспозоны. 8. Методы молекулярной биологии выявили тормозящее действие белков-гистонов на синтез и-РНК. 9. В процессе развития и дифференцировки органов активность генов зависит от гормонов, циркулирующих в организме и вызывающих специфические реакции в определенных клетках. У млекопитающих важное значение имеет действие половых гормонов. 10. У эукариот на каждом этапе онтогенеза экспрессировано 5-10% генов, остальные должны быть заблокированы. У многоклеточных эукариот один тип клеток может подавать сигнал другому путем секреции гормонов. Классы гормонов: 1. Стероидные. Образованы из холестерина, легко проникают сквозь клеточную мембрану. При проникновении в клетку, взаимодействуют со специфическими белками цитоплазмы, ктр. служат рецепторами для для гормональных рецепторов. 2. Пептидные гормоны. Линейные цепочки аминокислот. Закодированы в генах инсулин, соматотропин, пролактин. Не проходят через клеточные мембраны из — за размера, поэтому сигналы передаются с помощью белков на мембране. ТРАНСДУКЦИЯ. Рис. 4-47. Механизм индукции лактозного оперона. А — в отсутствие индуктора лактозы белок-репрессор связан с оператором. РНК-полимераза не может присоединиться к промотору, транскрипция структурных генов оперона не идёт; Б — в присутствии лактозы белок-репрессор присоединяет её, изменяет свою конформацию и теряет сродство к оператору. РНК-полимераза связывается с промотором и транскрибирует структурные гены: -галактозидазы А, катализирующей гидролиз лактозы до глюкозы и галактозы; галактозидпермеазы В, осуществляющей транспорт лактозы и других галактозидов в клетки; тиогалакто-зидтрансацетилазы С — фермента, способного переносить ацетильную группу ацетил-КоА на тиогалактозу. Функция его в процессе утилизации лактозы пока неясна. Рис. 4-48. Механизм репрессии синтеза ферментов, участвующих в образовании гистидина. А — в отсутствие корепрессора гистидина белок-репрессор не имеет сродства к оператору, РНК-полимераза присоединяется к промотору, и происходит транскрипция 10 структурных генов, кодирующих строение ферментов, участвующих в синтезе гистидина; Б — в присутствии гистидина в среде комплекс белка-репрессора с корепрессором, т.е. Гис, связывается с оператором, препятствует присоединению РНК-полимеразы к промотору и останавливает транскрипцию.
43. Фенотипическая (модификационная) изменчивость. Норма реакции генетически детерминированных признаков. Фенокопии. Адаптивный характер модификации. Роль пенентрантности и экспрессивности в фенотипическом проявлении генетической информации. Изменчивость — общее свойство организмов приобретать новые признаки в процессе онтогенеза. Ненаследственная, или модификационная, и наследственная мутационная и комбинативная изменчивость. Примеры ненаследственной изменчивости: увеличение массы человека при обильном питании и малоподвижном образе жизни, появление загара; примеры наследственной изменчивости: белая прядь волос у человека, цветок сирени с пятью лепестками. Фенотип — совокупность внешних и внутренних признаков, процессов жизнедеятельности организма. Генотип — совокупность генов в организме. Причины модификационной изменчивости — воздействие факторов среды. Модификационная изменчивость — изменение фенотипа, не связанное с изменениями генов и генотипа. Особенности модификационной изменчивости — не передается по наследству, так как не затрагивает гены и генотип, имеет массовый характер проявляется одинаково у всех особей вида, обратима — изменение исчезает, если вызвавший его фактор прекращает действовать. Например, у всех растений пшеницы при внесении удобрений улучшается рост и увеличивается масса; при занятиях спортом масса мышц у человека увеличивается, а с их прекращением уменьшается. Норма реакции — пределы модификационной изменчивости признака. Степень изменчивости признаков. Широкая норма реакции: большие изменения признаков, например, надоев молока у коров, коз, массы животных. Узкая норма реакции — небольшие изменения признаков, например, жирности молока, окраски шерсти. Адаптивный характер модификационной изменчивости — приспособительная реакция организмов на изменения условий среды. Фенокопия — это ненаследственные изменение фенотипа организма, вызванное факторами внешней среды и копирующее мутации у этого организма. Причиной фенокопии служит нарушение обычного хода индивидуального развития без изменения генотипа. Закономерности модификационной изменчивости: ее проявление у большого числа особей. Наиболее часто встречаются особи со средним проявлением признака, реже — с крайними пределами максимальные или минимальные величины. Например, в колосе пшеницы от 14 до 20 колосков. Чаще встречаются колосья с 16-18 колосками, реже с 14 и 20. Причина: одни условия среды оказывают благоприятное воздействие на развитие признака, а другие — неблагоприятное. В целом же действие условий усредняется: чем разнообразнее условия среды, тем шире модификационная изменчивость признаков. Роль пенентрантности и экспрессивности в фенотипическом проявлении генетической информации: Фенотипическое проявление информации, заключенной в генотипе, характеризуется показателями пенетрантности и экспрессивности. Пенетрантностъ отражает частоту фенотипического проявления имеющейся в генотипе информации. Она соответствует проценту особей, у которых доминантный аллель гена проявился в признак, по отношению ко всем носителям этого аллеля. Неполная пенетрантность доминантного аллеля гена может быть обусловлена системой генотипа, в которой функционирует данный аллель и которая является своеобразной средой для него. Взаимодействие неаллельных генов в процессе формирования признака может привести при определенном сочетании их аллелей к непроявлению доминантного аллеля одного из них. Экспрессивность также является показателем, характеризующим фенотипическое проявление наследственной информации. Она характеризует степень выраженности признака и, с одной стороны, зависит от дозы соответствующего аллеля гена при моногенном наследовании или от суммарной дозы доминантных аллелей генов при полигенном наследовании, а с другой — от факторов среды. Примером служит интенсивность красной окраски цветков ночной красавицы, убывающая в ряду генотипов АА, Аа, аа, или интенсивность пигментации кожи у человека, увеличивающаяся при возрастании числа доминантных аллелей в системе полигенов от 0 до 8. Влияние средовых факторов на экспрессивность признака демонстрируется усилением степени пигментации кожи у человека при ультрафиолетовом облучении, когда появляется загар, или увеличением густоты шерсти у некоторых животных в зависимости от изменения температурного режима в разные сезоны года.
46. Геномные мутации. Классификация. Механизм возникновения. Наследственные заболевания человека, вызванные геномными мутациями. Геномные мутации — это мутации, которые приводят к добавлению либо утрате одной, нескольких или полного гаплоидного набора хромосом . Разные виды геномных мутаций называют гетероплоидией и полиплоидией. Геномные мутации связаны с изменением числа хромосом. Классификация: 1.-Гаплоидия — уменьшение числа хромосом вдвое. Гаплоидный набор хромосом содержится в норме только в половых клетках. Естественная гаплоидия встречается у низших грибов, бактерий, одноклеточных водорослей. У некоторых видов членистоногих гаплоидными являются самцы. Развитие которых идет из неоплодотворенных яйцеклеток. Гаплоидные организмы мельче, у них проявляются рецессивные гены, они бесплодны. -Полиплоидия — увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному набору в клетке. Сейчас это овес, пшеница, рис, свекла, картофель и т.д. среди животных — у гермафродитов: земляные черви, у некоторых насекомых, ракообразных, рыб. -Может возникнуть в результате: -Нарушения расхождения хромосом при митозе. -Слияния клеток соматических тканей либо их ядер. -Нарушений мейоза, приводящих к образованию гамет с нередуцированным числом хромосом. 2.Анеуплоидия — изменение числа хромосом в клетках организма за счет потери (моносомия) или добавления (полисомия) отдельных хромосом. -Механизм анеуплоидии связан с нарушением расхождения хромосом при мейозе. -Механизм возникновения геномных мутаций связан с патологией нарушения нормального расхождения хромосом в мейозе анафаза- и анафаза-II, в результате чего образуются аномальные гаметы по количеству хромосом, после оплодотворения которых возникают гетероплоидные зиготы. Болезни: -Синдром трисомии по Х — хромосоме ХХХ. -Синдром Клайнтфельтера. -Синдром Шершевского — Тернера. -Синдром Дауна трисомия по 21-хромосоме. -Синдром Патау трисомия по 13-хромосоме. -Синдром Эдвардса трисомия по 18-хромосоме.
|
38. Этапы процессинга созревания матричной РНК сплайсинг, кэпирование, полиаденирование. Альтернативный сплайсинг и его роль в создании генетического разнообразия. Процессинг включает следующие преобразования иРНК в мРНК: 1. Сплайсинг. Процесс вырезания определенных нуклеотидных последовательностей из молекул РНК и соединения последовательностей, сохраняющихся в зрелой молекуле, в ходе процессинга РНК. В 1977 году Робертсом и Шарпом была установлена прерывистость генов у эукариот. Последовательности, кодирующие белок, прерываются вставками, ктр. не кодируют белок и удаляются из созревшей иРНК это интроны. Участки, ктр. сохраняются в составе мРНК и кодируют белок, называются экзонами. Во время транскрипции инфа считывается со всего гена, но вырезаются участки, считанные с интронов. Участки, считанные с экзонов соединяются в матричную РНК. Процесс удаления интронов и сшивания экзонов называется сплайсинг. В результате удаления интронов мРНК укорачивается. СПлайсинг происходит в ядре по мере образования РНК на ДНК — матрице. Процесс должен идти точно, т.к. ошибки могут привести к нарушению кодирующей способности сшитых экзонов. Место соединения интронэкзон узнается мяРНК, ктр. собираются вместе, обрзуя более крупный комплекс сплайсосома, ктр. отвечает за сплайсинг и удаление интронов. Механизм процесса включает расщепление 5 — конца интрона так, что образуется петлевая структура, называемая лассо. Экзоны сшиваются, образуя зрелую молекулу мРНК. 2. Кэпирование. На концах иРНК у эукариот происходит химическая модификация. На 5 — конец навешивается нуклеотидная структура шапочка, или кэп. Кэп — один или несколько модифицированных нуклеотидов на 5-конце транскриптов, синтезированных РНК — полимеразой II. Кэпирование происходит вскоре, после началас синтеза иРНК с участием ГТФ гуанозитрифосфат. Кэп регулирует трансляцию, а также предохраняет мРНК от действия 5- эндонуклеазы, когда она переходит в цитоплазму. 3. Полиаденирование. Осуществляется путем присоединения поли А — последовательности нуклеотидов, содержащим 100 — 200 остатков адениловой кислоты подряд поли А — хвост. Поли А — хвост определяет стабильность мРНК и, возможно, способствует выходу мРНК из ядра в цитоплазму. Он также необходим для транскрипции мРНК. Альтернативный сплайсинг: Несколько экзонов, содержащихся в мРНК, могут сшиваться в разных комбинациях с образованием различных матричных последовательностей. Алтернативный сплайсинг позволяет организму синтезировать разные по структуре и свойствам белки на базе 1 гена. 1 тип А. сплайсинга: Для образования различных мРНК могут использоваться разные промоторы. В этом случае образуются транскрипты, имеющие разные по длине 5- концы и разное количество экзонов. 2 тип А. сплайсинга: При изменении сайта полиаденирования первичного транскрипта. В этом случае изменяются размеры и структура 3 — участка иРНК. Таким образом образуются 2 вида мРНК тяжелой цепи иммуноглобулинов. 3 тип А. сплайсинга: Выбор различных экзонов из одинаковых иРНК. При этом для формирования зрелых РНК могут использоваться различные экзоны, а часть из них не включается в сплайсинг.
41. Геном человека. Структура генома уникальные гены, умеренно повторяющиеся последовательности, высокоповторяющиеся последовательности. Гены в Х- и У — хромосомах. Геном - это набор генов в ДНК человека. В большинстве нормальных клеток человека содержится полный набор составляющих геном 46 хромосом: 44 из них не зависят от пола - аутосомные хромосомы, а две — X-хромосома и Y-хромосома — определяют пол XY — у мужчин или ХХ — у женщин. Геном состоит из 3-х с лишним миллиардов нуклеотидов. Теоретически каждая такая буква способна влиять на процесс построения отдельных частей тела и функцию какой-либо клетки. Однако последние исследования компании Celera Genomics показали, что фактически лишь сочетания из тысяч триплетов нуклеотидов оказываются действительно значимыми. До сих пор ученые предполагали наличие у человека до 140 тыс. таких сочетаний генов, но реально у нас 35 тыс. таких генов, хранящих информацию обо всех частях нашего тела и их функции. Уникальные гены — это гены, которые встречаются в клетке два или несколько раз до 10-20. Высоко повторяющиеся последовательности: Высоко повторяющиеся последовательности состоят из участков ДНК длиной 5-500 пар нуклеотидов повторенных от 1 до 10 млн. раз. Доказано, что они не несут генетической информации и транскрипционно неактивны. Такие высоко повторяющиеся последовательности вероятнее всего участвуют в структурной организации хроматина. На этот тип последовательностей приходится примерно 15% общей длины ДНК хромосомы. Умерено повторяющиеся последовательности: Присутствуют в количестве менее чем 1 млн. копий на геном. Они могут иметь различную длину от нескольких пар нуклеотидов до нескольких тысяч пар. Часть этих умеренно повторяющихся последовательностей представляет собой тандемы генов - блоки генов, например, гистонов. Часть представляют собой гены некоторых классов структурных РНК. Умеренно повторяющиеся последовательности активно транскрибируются. Вместе с тем часть умеренно повторяющихся последовательностей выполняют структурную функцию, например, входит в состав участков ДНК, разделяющих отдельные гены — спейсоры. На эти последовательности приходится примерно 10-20% хромосомных ДНК. Диспергированные повторяющиеся последовательности ДНК не организованы в крупные блоки, а рассеяны по геному. Повторы этого типа, называемые умеренно повторяющимися последовательностями, разделяют на два класса: SINE short interspersed elements — короткие и LINE long interspersed elements — длинные диспергированные элементы. Хорошо изученными повторами класса SINE в геноме человека и некоторых приматов являются так называемые Alu-повторы. Хотя LINE-последовательности заключают в себе гены обратных транскриптаз , что является признаком ретротранспозонов мобильных генетических элементов животных, обладающих структурным сходством с геномом ретровирусов , для них характерно отсутствие последовательностей длинных концевых повторов LTR — long terminal repeats, типичных для ретротранспозонов. В качестве примера LINE-последовательности можно упомянуть LINE-1-повтор , широко распространенный в геноме животных. Гены в Х — и У — хромосомах. X — хромосома — половая хромосома. У большинства млекопитающих и других организмов с гетерогаметным мужским полом, у самок две X-хромосомы XX, а у самцов — одна X-хромосома и одна Y-хромосома XY. Существуют и организмы, например, утконосы, у которых несколько негомологичных X-хромосом. Хромосомные болезни по X-хромосоме: -Синдром Клайнфельтера — полисомия по X-хромосоме у мужчины -Трисомия по Х-хромосоме -Синдром Шерешевского — Тёрнера — отсутствие или повреждение одной из X-хромосом у женщины X-связанные заболевания: -X-связанная эндотелиальная дистрофия роговицы -Мегалокорнеа -Болезнь Менкеса -X-связанный ихтиоз -Гемофилия -Дальтонизм Гены: DCX — даблкортин ATP7A Плечо p: NOX2 — NADPH-оксидаза STS — стероидная сульфатаза TIMP1 — тканевый ингибитор металлопротеиназ. Плечо q: AGTR2 — ангиотензиновый рецептор 2 HEPH — гефестин LAMP2 — мембранный белок, ассоциированный с лизосомами. Y — хромосома — половая хромосома большинства млекопитающих, в том числе человека. Содержит ген SRY, определяющий мужской пол организма, а также гены, необходимые для нормального формирования сперматозоидов. Мутации в гене SRY могут привести к формированию женского организма с генотипом XY Синдром Суайра. У человека Y-хромосома состоит из 58 миллионов пар азотистых оснований и несёт приблизительно 2 % ДНК-материала клетки человека. Хромосома содержит 86 генов, которые кодируют 23 белка. Признаки, наследуемые через Y-хромосому, носят название голандрических. Человеческая Y-хромосома не способна рекомбинироваться с X-хромосомой, за исключением небольших псевдоаутосомных участков на теломерах которые составляют около 5 % длины хромосомы. Это реликтовые участки древней гомологии между X- и Y-хромосомами. Основная часть Y-хромосомы, которая не подвержена рекомбинации, называется NRY англ. non-recombining region of the Y chromosome. Эта часть Y-хромосомы позволяет посредством оценки однонуклеотидного полиморфизма определить прямых предков по отцовской линии.
44. Генотипическая изменчивость. Комбинативная изменчивость. Механизмы комбинативной изменчивости. Значение. Систематика комбинативной изменчивости в обеспечении генотипического разнообразия людей. Генотипическая изменчивость — изменения, произошедшие в структуре генотипа и передаваемые по наследству. Обусловлена: -Рекомбинацией генов комбинативная изменчивость. -Различными типами мутации мутационная изменчивость. Комбинативная изменчивость. Комбинативная изменчивость заключается в перегруппировке генов в процессе полового размножения. Таким образом, источником комбинативной изменчивости служит скрещивание. Отдельные особи любой популяции всегда отличаются друг от друга по генотипу. В результате свободного скрещивания возникают новые комбинации генов. Эти новые комбинации сами по себе не приводят к образованию новых популяций или тем более подвидов, но они являются необходимым материалом для отбора и эволюционных изменений. Разнообразные сочетания генов в генотипе возникают на различных этапах процесса размножения: -при перекресте хромосом кроссинговере в профазе первого деления мейоза, когда гомологичные хромосомы могут обмениваться аллельными генами; -при случайном расхождении гомологичных хромосом в анафазе первого деления мейоза, -во время случайного расхождения хроматид в анафазе второго деления мейоза. Кроме того, огромное количество комбинаций генов возникает при оплодотворении, то есть при слиянии половых клеток. Все эти изменения в геноме хоть и не изменяют самих генов, но создают гигантское множество разнообразных генотипов, являющееся мощной основой для эволюционного процесса. Механизмы комбинативной изменчивости: -Независимое расхождение хромосом в анафазу І мейоза. -Кроссинговер -Случайное слияние гамет -Случайный подбор родительских пар
47. Хромосомные мутации: аберрации, полиплоидия, гетероплоидия, механизм их возникновения. Классификация. Воздействия на организм. Заболевания. Хромосомные мутации. В основе изменения структуры хромосомы лежит ее нарушение целостности. 1.Разрывы хромосом происходят в результате кроссинговера. -Делеция — это утрата хромосомой некоторого участка, который затем обычно уничтожается: А. Б. В. Г. Д. Е — А. Б. В. Г. Д. В гомозиготном состоянии делеции обычно легальны, поскольку утрачивается довольно большой объем генетической информации. -Дупликация — удвоение участка хромосомы. А. Б. В. Г. Д — А. Б. В. Б. В. Г. Д Эти мутации часто возникают вследствие нарушения обмена участков между гомологичными хромосомами при конъюгации. Дупликации не обязательно наносят вред организму. В ряде случаев они позволяют увеличить набор генов, повышая генетическое богатство популяции. -Транслокация — перемещение отдельных участков в группе сцепления. 2.Разрывы хромосом возникают под влияние различных факторов, главным образом физических излучения, нектр. химических соединений, вирусов. 3.Нарушение целостности хромосом может сопровождаться поворотом ее участка,находящегося между двумя разрывами, на 1800 инверсия. Инверсия — поворот отдельного фрагмента хромосомы на 180°; при этом число генов в хромосоме остается прежним, а изменяется лишь их последовательность. Несмотря на кажущуюся безобидность такого преобразования, оно может являться причиной нарушения процесса конъюгации образование бивалента во время мейоза, действуя как ингибитор кроссинговера, а в некоторых случаях приводя к формированию нежизнеспособных гамет. А. Б. В. Г. Д. Е — А. Б. Д. Г. В. Е. Абберации При хромосомных аберрациях происходят внутри хромосомные перестройки: -теряется участок хромосомы; -или удваивается участок хромосомы ДНК-дупликация; -или переносится участок хромосомы с одного на другое место; -или сливаются участки разных негомологичных хромосом или целые хромосомы.Полиплоидия — наследственное изменение, связанное с кратным увеличением основного числа хромосом в клетках организма. Полиплодия широко распространена у растений. Обычно у -полиплоидных растений более крупные размеры, повышенное содержание ряда веществ, лучшая устойчивость к неблагоприятным условиям внешней среды и т.п. Различают два типа полиплоидов: аутополиплоиды и аллополиплоиды. Гетероплоидия — от гетеро… и греч. -ploos, здесь — кратный и eidos — вид, изменение генома набора хромосом, связанное с добавлением к набору одной или более хромосом или с их утратой; то же, что анеуплоидия. Заболевания: Болезни, обусловленные нарушением числа аутосом неполовых хромосом -синдром Дауна — трисомия по 21 хромосоме, к признакам относятся: слабоумие, задержка роста, характерная внешность, изменения дерматоглифики -синдром Патау — трисомия по 13 хромосоме, характеризуется множественными пороками развития, идиотией, часто — полидактилия, нарушения строения половых органов, глухота; практически все больные не доживают до одного года -синдром Эдвардса — трисомия по 18 хромосоме, нижняя челюсть и ротовое отверстие маленькие, глазные щели узкие и короткие, ушные раковины деформированы; 60% детей умирают в возрасте до 3-х месяцев, до года доживают лишь 10%, основной причиной ---служит остановка дыхания и нарушение работы сердца. Болезни, связанные с нарушением числа половых хромосом -Синдром Шерешевского — Тёрнера — отсутствие одной Х-хромосомы у женщин 45 ХО вследствие нарушения расхождения половых хромосом; к признакам относится низкорослость, половой инфантилизм и бесплодие, различные соматические нарушения микрогнатия, короткая шея и др. -полисомия по Х-хромосоме — включает трисомию кариотии 47, XXX, тетрасомию 48, ХХХХ, пентасомию 49, ХХХХХ, отмечается незначительное снижение интеллекта, повышенная вероятность развития психозов и шизофрении с неблагоприятным типом течения -полисомия по Y-хромосоме — как и полисомия по X-хромосоме, включает трисомию кариотии 47, XYY, тетрасомию 48, ХYYY, пентасомию 49, ХYYYY, клинические проявления также схожи с полисомией X-хромосомы -Синдром Клайнфельтера — полисомия по X- и Y-хромосомам у мальчиков 47, XXY; 48, XXYY и др., признаки: евнухоидный тип сложения, гинекомастия, слабый рост волос на лице, в подмышечных впадинах и на лобке, половой инфантилизм, бесплодие; умственное развитие отстает, однако иногда интеллект нормальный. Болезни, причиной которых является полиплоидия -Триплоидии -Тетраплоидии и т. д. Причина — нарушение процесса мейоза вследствие мутации, в результате чего дочерняя половая клетка получает вместо гаплоидного 23 диплоидный 46 набор хромосом, то есть 69 хромосом у мужчин кариотип 69, XYY, у женщин — 69, XXX; почти всегда летальны до рождения.
|
|
39. Модель оперона Жакоба и Моно. Регуляция экспрессии генной активности на примере прокариот. Регуляция по типу репрессии. Регуляциякспрессии генов у прокариот: Оперон — группа согласованных регулируемых структурных генов, кодирующих ферменты. Состав: А несколько структурных генов, кодирующих необходимые для клетки белки с ферментативными или структурными функциями. В группу структурных генов входят гены, кодирующие рРНК и тРНК. Б общая регуляторная область — промотор, оператор и терминатор транскрипции. Оператор — участок ДНК, примыкающий к структурным генам, включает и выключает их. Промотор — участок ДНК, ктр. либо непосредственно примыкает к оператору, либо перекрывается с ним. В зависимости от взаимодействия оператора с белком — репрессором у бактерий различают негативную и позитивную регуляцию оперонов. 1. Негативно — индуцибильный тип: Такие опероны подвержены отрицательному контролю. Они не транскрибируются, когда оперон связан с репрессором. Индукция происходит, когда индуктор связывается с репрессором, изменяя его так, что он больше не связывается с оператором. ЛАКТОЗНЫЙ ОПЕРОН. 2. Позитивно индуцибильный тип: Положительно контролируемые опероны обычно не транскрибируются. Они становятся активными, когда коактиватор небольшая молекула связывается с белком — апоиндуктором. Приобретая соответствующую конфигурацию, апоиндуктор взаимодействует с ДНК и РНК — полимеразой, способствуя инициации транскрипции.КАТАБОЛИЧЕСКАЯ РЕПРЕССИЯ. 3. Негативно репрессибельный тип: Отрицательно контролируемые рапрессибельные опероны обычно транскрибируются, однако если корепрессор связывается с апорепрессором, то этот комплекс прикрепляется к оперону, приводя к ингибированию транскрипции. Лактозный оперон: Первые открыли Ф.Жакоб и Ж. Моно. Процесс : Короче, есть ген оператор, на нем сидит блокатор, когда приходит в клетку лактоза, она соединяется с блокатором,тот отваливается от оператора, и начинается синтез фермента,который лактозу расщипляет, и когда её не остается,блокатор ничто больше не сдерживает,он садится обратно на оператора и синтез кончается Триптофоновый оперон: Блаблабла бла. Катоболическая репрессия: В основе лежит способность глюкозы уменьшать содержание циклического АМФ цАМФ в клетке. РНК — полимераза лак. оперона не способна инициировать транскрипцию в отсутствие вспомогательных регуляторных белков, называющихся активаторы катаболических геновСАР, а они не активны без цАМФ. При уменьшении цАМФ белок САР оказывается неспособным связываться с контролирующей ДНК областью, что препятствует РНК — полимеразе инициировать транскрипцию. = , эффект глюкозы, вызывающий уменьшение содержания цАМФ, ведет к лишению соответствующих оперонов конролируещего фактора, нужного для их выражения.
42. Генная инженерия. Биотехнология. Задачи, методы, достижения, перспективы. Метод получения клонированных животных. Генная инженерия — это метод биотехнологии, который занимается исследованиями по перестройке генотипов. Генотип является не просто механическая сумма генов, а сложная, сложившаяся в процессе эволюции организмов система. Генная инженерия позволяет путем операций в пробирке переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Перенос генов дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим. Перестройка генотипов, при выполнении задач генной инженерии, представляет собой качественные изменения генов не связанные с видимыми в микроскопе изменениями строения хромосом. Изменения генов прежде всего связано с преобразованием химической структуры ДНК. Информация о структуре белка, записанная в виде последовательности нуклеотидов, реализуется в виде последовательности аминокислот в синтезируемой молекуле белка. Изменение последовательности нуклеотидов в хромосомной ДНК, выпадение одних и включение других нуклеотидов меняют состав образующихся на ДНК молекулы РНК, а это, в свою очередь, обуславливает новую последовательность аминокислот при синтезе. В результате в клетке начинает синтезироваться новый белок, что приводит к появлению у организма новых свойств. Сущность методов генной инженерии заключается в том, что в генотип организма встраиваются или исключаются из него отдельные гены или группы генов. В результате встраивания в генотип ранее отсутствующего гена можно заставить клетку синтезировать белки, которые ранее она не синтезировала. Наиболее распространенным методом генной инженерии является метод получения рекомбинантных, т.е. содержащих чужеродный ген, плазмид. Плазмиды представляют собой кольцевые двухцепочные молекулы ДНК, состоящие из нескольких тысяч пар нуклеотидов. Этот процесс состоит из нескольких этапов. -Рестрикция — разрезание ДНК, например, человека на фрагменты. -Лигирование — фрагмент с нужным геном включают в плазмиды и сшивают их. -Трансформация — введение рекомбинантных плазмид в бактериальные клетки. -Трансформированные бактерии при этом приобретают определенные свойства. Каждая из трансформированных бактерий размножается и образует колонию из многих тысяч потомков — клон. -Скрининг — отбор среди клонов трансформированных бактерий тех, плазмиды которых несут нужный ген человека. Весь этот процесс называется клонированием. С помощью клонирования можно получить более миллиона копий любого фрагмента ДНК человека или другого организма. Если клонированный фрагмент кодирует белок, то экспериментально можно изучить механизм, регулирующий транскрипцию этого гена, а также наработать этот белок в нужном количестве. Кроме того, клонированный фрагмент ДНК одного организма можно ввести в клетки другого организма. Овца Долли: Генетическая информация для процесса клонирования была взята из взрослых дифференцированных соматических клеток, а не из половых гамет или стволовых. Самого исходного животного прототипа на момент клонирования уже не существовало. А часть его клеток, необходимая для эксперимента, была своевременно заморожена и хранилась в жидком азоте, чтобы сохранить и передать генетический материал.
45. Генотипическая изменчивость. Мутации. Классификация и их биологическая роль. Факторы мутагенеза примеры. Примеры. Генотипическая изменчивость — изменения, произошедшие в структуре генотипа и передаваемые по наследству. Обусловлена: -. Рекомбинацией генов комбинативная изменчивость. -. Различными типами мутации мутационная изменчивость. Мутации. Термин предложен в 1901году Гуго де Фризом. Мутации — это стабильные изменения наследственного материала, приводящие к изменению фенотипа. Классификация: -Спонтанные. -Индуцированные — в результате искусственного мутагенеза. -По месту мутации: *Генеративные — в клетках полового зачатка, половых клетках и передаются по наследству. *Соматические — возникают в клетках организма и не передаются по наследству. -По степени жизнеспособности и плодовитости: *Летальные — зародыш гибнет на ранних стадиях развития. *Полулетальные — ведут к понижению жизнеспособности, как правило не доживают до репродуктивного возраста. *Условно летальные — могут в одних условиях не проявляться, а в других — летальный исход. *Стерильные — влияют на плодовитость, вплоть до бесплодия. *Нейтральные — наиболее распространенные. -По локализации измененного генетического материала: *Ядерные хромосомные *Цитоплазматические митохондриальные, пластидные -По характеру изменения уровня организации генетического материала: *Генные — изменяют структуру определенного гена и появляются его аллели *Хромосомные — нарушают существующие группы сцепления генов в той или иной хромосоме, = возникают новые группы сцепления. *Геномные — приводят к добавлению или утрате одной или нискольких хромосом или полного гаплоидного набора хромосом. Мутации имеют ряд свойств. -Мутации возникают внезапно, и мутировать может любая часть генотипа. -Мутации чаще бывают рецессивными и реже — доминантными. -Мутации могут быть вредными, нейтральными и полезными для организма. -Мутации передаются из поколения в поколение. -Мутации могут происходить под влиянием как внешних, так и внутренних воздействий. Роль мутаций: Мутации являются материалом для естественного отбора. Если мутация затрагивает молчащие участки ДНК, либо приводит к замене одного элемента генетического кода на синонимичный, то она обычно никак не проявляется в фенотипе. Однако методами генного анализа такие мутации можно обнаружить. Поскольку чаще всего мутации происходят в результате естественных причин, то в предположении, что основные свойства внешней среды не менялись, получается, что частота мутаций должна быть примерно постоянной. Этот факт можно использовать для исследования филогении — изучения происхождения и родственных связей различных таксонов, в том числе и человека. Таким образом, мутации в молчащих генах служат для исследователей своеобразными молекулярными часами. Теория молекулярных часов исходит также из того, что большинство мутаций нейтральны, и скорость их накопления в данном гене не зависит или слабо зависит от действия естественного отбора и потому остается постоянной в течение длительного времени. Для разных генов эта скорость, тем не менее, будет различаться. Исследование мутаций в митохондриальной ДНК и в Y-хромосомах широко используется в эволюционной биологии для изучения происхождения рас и народностей, реконструкции биологического развития человечества. Факторы мутагенеза: Мутагенез — процесс возникновения наследственных изменений — мутаций, появляющихся естественно спонтанно или вызываемых индуцируемых различными физическими или химическими факторами — мутагенами. Физические мутагены: -ионизирующее излучение -радиоактивный распад -ультрафиолетовое излучение -моделированное радиоизлучение и электромагнитные поля -чрезмерно высокая или низкая температура. Химические мутагены: -окислители и восстановители нитраты, нитриты, активные формы кислорода -алкилирующие агенты например, иодацетамид -пестициды например гербициды, фунгициды -некоторые пищевые добавки например, ароматические углеводороды, цикламаты -продукты переработки нефти -органические растворители -лекарственные препараты например, цитостатики, препараты ртути, иммунодепрессанты. К химическим мутагенам условно можно отнести и ряд вирусов мутагенным фактором вирусов являются их нуклеиновые кислоты — ДНК или РНК. Биологические мутагены: специфические последовательности ДНК — транспозоны -некоторые вирусы вирус кори, краснухи, гриппа -продукты обмена веществ продукты окисления липидов -антигены некоторых микроорганизмов. Примеры. Генные мутации – изменение строения одного гена. Это изменение в последовательности нуклеотидов: выпадение, вставка, замена и т.п. Например, замена А на Т. Причины – нарушения при удвоении (репликации) ДНК. Примеры: серповидноклеточная анемия, фенилкетонурия. Хромосомные мутации – изменение строения хромосом: выпадение участка, удвоение участка, поворот участка на 180 градусов, перенос участка на другую (негомологичную) хромосому и т.п. Причины – нарушения при кроссинговере. Пример: синдром кошачьего крика. Геномные мутации – изменение количества хромосом. Причины – нарушения при расхождении хромосом. -Полиплоидия – кратные изменения (в несколько раз, например, 12 → 24). У животных не встречается, у растений приводит к увеличению размера. -Анеуплоидия – изменения на одну-две хромосомы. Например, одна лишняя двадцать первая хромосома приводит к синдрому Дауна (при этом общее количество хромосом – 47). Цитоплазматические мутации – изменения в ДНК митохондрий и пластид. Передаются только по женской линии, т.к. митохондрии и пластиды из сперматозоидов в зиготу не попадают. Пример у растений – пестролистность. Соматические – мутации в соматических клетках (клетках тела; могут быть четырех вышеназванных видов). При половом размножении по наследству не передаются. Передаются при вегетативном размножении у растений, при почковании и фрагментации у кишечнополостных (у гидры).
|