Методичка - биология в рисунках и схемах

-этический аспект (материал, оставшийся в рез-те аборта); качество материала (использов-е непровер-го фетального материала может привести к зараж-ю реципиента СПИДом, гепатитами);

•гемопоэтические стволов кл-ки ГСК (красный костный мозг взрослого человека) Альтернатива: пуповина/плацентарная кровь; периферическая кровь.

+возм-ть примен-я аутологичного (собственного) материала; возм-ть примен-я криоконсервации (низкотемпературное хранение живых биологических объектов с возможностью восстановления их биологических функций после размораживания)

-нет метода культивирования и наращивания числа ГСК

•мезенхимные стволов кл-ки МСК (строма костного мозга, подкожн жиров ткань)

+плюрипотентность; аутологичный (собств) материал; хорошо делятся в культуре; подвергся криоконсервации; не дают опухолей in vivo (внутри живого орг-ма); возможность дифференциров-ся в кл-ки костной, жировой, мышечной, хрящевой, нервной и др тканей.

Классиф-ция стволовых клеток в соответствии с их дифференцировочным потенциалом:

1.Тотипотентные СК формир целый орг-м и все известные типы кл-к. Истинной ТСК явл оплодотвор яйцеклетка.

2.Плюрипотентные СК (до 11 дня после оплодотвор-я – гаструляция, период имплантации зародыша в стенку матки) – кл-ки эмбриона и внезародышевых оболочек. Способны образовывать практически все известные типы тканей.

3.Мультипотентные кл-ки. Образуют многие, но не все линии клеток, обычно в пределах зародышевого листка.

4.Унипотентные кл-ки тканей орг-ма. Дают только один тип клеток.

СК применяют с целью замещения структурной и функциональной недостаточности различных органов. Примен-е СК в кардиологии (для лечения инфаркта), в неврологии и нейрохирургии. (для лечения болезни

Паркинсона, болезни Альцгеймера, рассеянного склероза и др); в эндокринологии (созд-е инсулин-продуциру- ющих кл-к); в гематологии (гемобластозы, острые лейкозы, хронический миелолейкоз - опухолевые гемопоэтические клетки разрушаются с помощью больших доз химиотерапии или общего облучения с последующим восстановлением нормального гемопоэза путем трансплантации аллогенных костномозговых СК).

82. (12) Структура гена и особенности экспрессии генов у прокариот. Проиллюстрируйте ответ

Ген – экспрессируемая единица генома, включающая единицу транскрипции и регуляторные участки

Гены прокариот непрерывны

В процессе транскрипции участвует только один фермент РНКполимераза

У прокариот 3 вида регуляторных участков ДНК: промоторный для связи с РНКполимеразой, 1035 н.п. левее сайта инициации терминаторный отвечает за завершение транскрипции и высвобождение транскрипта

операторный сцеплен с промотором (или перекрывается с ним)

Принцип построения генома единый для всех прокариот

Регуляция экспрессии генов происходит на этапе начала транскрипции, но может быть и на других этапах экспрессии генов

2. Гены прокариот непрерывны

3. В процессе транскрипции участвует только один фермент РНКполимераза

4. У прокариот 3 вида регуляторных участков ДНК:

-промоторный ‒ для связи с РНК-полимеразой, 10-35 н.п. левее сайта инициации

-терминаторный ‒ отвечает за завершение транскрипции и высвобождение транскрипта

-операторный ‒ сцеплен с промотором (или перекрывается с ним)

5. Принцип построения генома единый

для всех прокариот

6. Регуляция экспрессии генов происходит, главным образом, на этапе начала транскрипции, но может быть и на других этапах экспрессии генов

ОССОБЕННОСТИ ГЕНОМА ЭУКАРИОТ

1. Ген – экспрессируемая единица генома, включающая единицу транскрипции и регуляторные участки

2.Гены прерывистые (информативные участки – экзоны и неинформативные участки - интроны)

3. Экспрессию генов обеспечивают три вида РНК – полимеразы I II III

4. Регуляторные участки обычно расположены левее сайта инициации

-промоторный ‒ для связи с РНК-полимеразой, 100 н.п левее сайта инициации

-энхансеры ‒ небольшой участок ДНК, который после связывания с ним факторов транскрипции транскрипцию с основных промоторов гена или группы генов. Могут быть за сотни и даже тысячи н.п. левее сайта

5. Принцип построения генома эукариот – три уровня

-генный

-хромосомный

-геномный

6. Регуляция экспрессии генов происходит на

всех этапах экспрессии генов Экспрессия генов ‒ это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательно-

сти нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок.

83. (11) Структура гена и особенности экспрессии генов у эукариот. Созревание иРНК. Проиллюстрируйте ответ

Этапы экспрессии генов у эукариот

В сформированном организме эукариот экспрессия структурных генов несущих информацию о структуре белка состоит из нескольких этапов:

–транскрипции –

–процессинга –

–трансляции –

–фолдинга –

–биохимического процесса, участником которого является белок-фермент –

–физиологической реакции и признака –

Однако для некоторых структурных генов, кодирующих ферменты, этапы экспрессии могут быть другие.

Например, может отсутствовать фолдинг, может отсутствовать физиологический процесс и биохимический цикл может сразу реализоваться в какой-либо признак и т.д.

Особенности экспрессии генов у прокариот.

Отличие экспрессии генов прокариот от эукариот

В реализации генетической информации у прокариот отсутствует этап называемый процессинг.

Поскольку в прокариотической клетке отсутствует пространственное разграничение ядра и цитоплазмы, а также по ряду других причин у прокариот процессы транскрипции и-РНК и трансляции с этой и-РНК информации происходят одновременно.

Цепочка реализации гена в признак у прокариот короче т.к. упрощен (или отсутствует) громоздкий аппарат физиологических реакций.

84. (2) Структура ДНК. Модель Дж.Уотсона и Ф.Крика. Правило Чаргаффа

ДНК – биологич макромолекула, носитель ге- нетич-й инф-ции во всех эукариотич-х кл-ках.

Трехмерн модель про- странств-го строения двухцепочечной ДНК была описана в 1953 г. Дж. Уотсоном и Френсисом Криком. Согласно этой модели мол-ла ДНК сост

из двух полинуклеотидных цепей, к-рые образ правую спираль (винтовую линию) относительно одной и той же оси. Направл-е цепей взаимно противоположное.

Структура ДНК – полимер, структурной единицей которого является нуклеотид (сост из: азот-го основ-я: пуринового – аденин (А) или гуанин (Г) или пиримидинового – цитозин (Ц) или тимин (Т); углевода дезоксирибозы (пятиуглер-е сахарное кольцо); остатка фосф-ой к-ты(НРО3*).

Сахарофосфатный остов располаг по периферии двойной спирали, а азотистые основ-я наход-ся внутри и их плоскости перпендикулярны оси спирали. Между основ-ями образ-ся специфич-е водор связи. Аденин всегда образ водор связи с тимином, а гуанин с цитозином. Такая законом-ть назыв комплемент-тью

Правила Чаргаффа

Количество аденина равно количеству тимина (А=Т); Количество гуанина равно количеству цитозина (Г=Ц); Количество пуринов равно количеству пиримидинов

(Г+А=Ц+Т);

Количество оснований с 6-аминогруппами равно количеству оснований с 6-кетогруппами (А+Ц=Г+Т).

Постулаты Уотсона и Крика Каждая молекула ДНК состоит из двух длинных антипарал-

лельных полинуклеотидных цепей, образующих двойную спираль, закрученную вокруг центральной оси (правозакрученная - В-форма, левозакрученная - Z-форма)

•Каждый нуклеозид (пентоза + азотистое основание) расположен в плоскости, перпендикулярной оси спирали.

•Две оси спирали скреплены водородными связями, образующимися между основаниями разных цепей.

•Спаривание оснований строго специфично по принципу комплементарности. Пуриновые основания соединяются только с пиримидиновыми. Возможны пары: А:Т и Г:Ц.

•Последовательность оснований одной цепи может значительно варьировать, но последовательность их в другой цепи должна быть комплементарна.

Виды репликации ДНК:

1.Консервативный - обеспечивает сохранение целостности исходной двуцепочечной молекулы и синтез дочерней двуцепочной. Половина дочерних молекул построена полностью из нового материала, а половина - из старого.

2.Дисперсный - происходит распад ДНК на нуклеотидные фрагменты. Новая двуцепочечная ДНК состоит из спонтанно набранных новых и родительских фрагментов.

3.Полуконсервативный - происходит разъединение ДНК по моноспирали (разрыв водородных связей) - одна цепь становится материнской, вторая - дочерней. Обновление молекулы происходит наполовину из старого и наполовину из нового материала, как материнской, так и дочерней цепей. Считается наиболее экспериментально доказанным.

Принципы репликации: комплементарности, антипараллельности цепей, прерывистости, полуконсервативности.

Репликация - синтез ДНК.

Инициация - разрыв водородных связей с помощью ферментов и раскручивание цепей ДНК.

Элонгация - удлинение цепи ДНК в результате последовательных соединений нуклеотидов. Терминация - синтез прекращается.

ДНК прокариот и эукариот отличаются: по количеству ДНК, длиной молекулы ДНК, порядком чередования нуклеотидных последовательностей, формой укладки: у эукариот - линейная, а у прокариот - кольцевая.

Молекула РНК образована 4 типами нуклеотидов: адениловый, гуаниловый, цитозиловый, уредиловый. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания (пуринового Г+А или пиримидинового Ц+Т), рибозы и остатка фосфорной кислоты.

Виды РНК: Рибосомальная, Транспортная, Информационная. Все виды РНК синтезируются на ДНК.

Молекула ДНК разделена на участки, содержащие информацию о структуре белка - гены и неинформативные отрезки спейсеры, которые разделяют гены.

Спейсеры бывают различной длины и регулируют транскрипцию соседнего гена.

Транскрибируемые спейсеры копируются при транскрипции вместе с геном, и их комплементарные копии появляются на про-и-РНК.

Нетранскрибируемые спейсеры ‒ встречаются между генами гистоновых белков и -РНК и не копируются. Синтез и-РНК идёт с одной нити двуцепочечной молекулы ДНК по принципу комплементарности. Стадии

синтеза и-РНК:

Первичный транскрипт ‒ длинный предшественник РНК, на который списывается полная информация с ДНК.

Процессинг ‒ укорочение первичного транскрипта путем вырезания неинформативных участков ДНК (интронов).

Сплайсинг ‒ сшивание информативных участков (экзонов) и образование зрелой и-РНК.

И-РНК является копией не всей молекулы ДНК, а только части её - одного гена или группы генов одной функции. Такая группа генов называется оперон.

Оперон – единица генетической регуляции. Он включает структурные гены, несущие информацию о структуре белков, регуляторные гены, управляющие работой структурных.

Наследственный материал представлен:

Вирусы - двуили одноцепочечная молекула ДНК или РНК. Прокариоты - кольцевая молекула ДНК (кольцевая хромосома). Эукариоты - хромосомами.

Хромосомы – это спирализованный хроматин – комплекс ДНК и белков, где 40% приходится на ДНК, 40% - на гистоновые (основные) белки и 20% - на негистоновые белки и РНК.

Гистоны ‒ хромосомные белки с высоким содержанием аргинина и лизина, они разделены на 5 классов: Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4. HI - очень богат лизином, H2A и H2B - богаты лизином, H3 – богат аргинином, H4 - богат глицином и аргинином. Гистоны стабилизируют структуру хромосомы и играют роль в регуляции активности генов.

85. (61) Сцепленное наследование. Эксперименты Т.Моргана

Наследование признаков, гены которых находятся в одной паре гомологичных хромосом, назы-

вается сцепленным наследованием (закон Мор-

гана). Гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группу сцепления. Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом.

Основным объектом, с которым работали Т. Морган и его ученики, была плодовая мушка дрозофила, имеющая диплоидный набор из 8 хромосом. Явление сцепленного наследования Т. X. Морган установил в процессе следующего опыта.

Самцов дрозофилы, гомозиготных за доминантными аллелями окраски тела (серое) и формой крыльев (нормальные), скрестили с самками, гомозиготными за соответствующими рецессивными аллелями (черное тело - недоразвитые крылья). Гено-

типы этих особей обозначили соответственно ААВВ и аавв. Все гибриды первого поколения имели серое тело и нормальные крылья, то есть были гетерозиготными по обеим парами аллелей (генотип - АаВв). Затем гибридов скрестили с особями, гомозиготными за соответствующими рецессивными аллелями (анализирующее скрещивание).

Теоретически можно было ожидать два варианта расщепление. Если бы гены, что обусловливают окрас тела и форму крыльев, содержались в негомологичных хромосомах, то есть наследовались независимо, расщепление должно быть таким: 25% особей с серым телом и нормальными крыльями, 25% - с серым телом и недоразвитыми крыльями, еще 25% - с черным телом и нормальными крыльями и 25% - с черным телом и недоразвитыми крыльями (то есть в соотношении - 1:1:1:1). Если бы эти гены размещались в одной хромосоме и наследовались сцеплено, то было бы получено 50% особей с серым телом и нормальными крыльями и 50% - с черным телом и недоразвитыми крыльями (т.е. 1:1).

На самом деле несколько особей имели серое тело и нормальные крылья, несколькочерное тело и недоразвитые крылья, частьсерое тело и недоразвитые крылья, и частьчерное тело, и нормальные крылья, то есть расщепление приближалось к соотношению фенотипов 1:1 (как в случае сцепленного наследования), но вместе с тем проявились все четыре варианта фенотипа (как в случае независимого наследования).

На основании этих данных Т. X. Морган предположил, что гены, определяющие окраску тела и форму крыльев, расположены в одной хромосоме, но в процессе мейоза при образовании гамет гомологические хромосомы могут обмениваться участками, т.е. имеет место явление, получившее название перекрёст хромосом,

или кроссинговер.

86. (49) Терапевтическое клонирование. Понятие о стволовых клетках

Согласно современным представлениям, регенерация тканей взрослого организма и их репарация в случае повреждения осуществляется при непосредственном участии стволовых клеток. Стволовые клетки-это клетки обладающие специфической способностью к самообразованию и дифференцировки в спе- циали-е типы клеток. ЭСК (эмбриональные стволовые клетки): -неограниченная пролиферация клеток, -под- держание высокой теломеразной активностью, обеспечивают стабильную длину теломера. – наличие нормального кариотипа ( это отличает их от опухолевых клеток).

Источники стволых клеток:

1.эмбриональные стволовые клетки (бластоциста 4-7 день)

2.Фатальные стволовые клетки( абортивный материал 9-12 нед)клетки детерминированные .

3.Стволовые (1988) Франция) клетки пуповинной крови.

4.Стволовые клетки взрослого человека (костный мозг, жировая ткань).

ЭСК:

1. Используются для предимплантационной генетической диагностики при ЭКО. 2. Риск наследственных заболеваний.

3. Для донорства (брату или сестре). НА 5 СУТКИ ИЗВЛЕКАЮТ КЛЕТКИ ИЗ ВНЕШНЕГО СЛОЯ БЛАСТОЦИСТЫ (трофоэктодерма).

Свойства стволовых клеток:

-способность к многократному делению;

-способность при делении воспроизводить себе подобные клетки (самообновление);

-способность дифференцироваться в один или более тип клеток различных тканей и органов.

Суть терапевтического клонирваия: Обычная соматическая клетка располагается около яйцеклетки, чья ядерная ДНК удалена. Под воздействием электрического импульса они сливаются. Яйцеклетка активизируется. Ооциста перестраивает ДНК соматической клетки и переводит её в зародышевое состояние, после чего происходит деление.

Терапевтическое клонирование:

Втерапевтическом клонировании используется процесс, известный как пересадка ядер соматических клеток, (замена ядра клетки), состоящий в изъятии яйцеклетки (ооцита) из которой было удалено ядро, и замена этого ядра ДНК другого организма.

Цель данной процедуры — получение стволовых клеток, генетически совместимых с донорским организмом.

ВОрегоне (США) применили методы клонирования, чтобы получить стволовые эмбриональные клетки на базе донорской яйцеклетки и клетки кожи пациента.

Индуцированные стволовые клетки (иСК)

Японским ииследователям ведя лишь несколько генов, удалось перепрограммировать взрослые специали-

зированные клетки в плюрипотентные стволовые клетки ( Плюрипотентные клетки могут дифференцироваться во все типы клеток, кроме клеток внезародышевых органов (плаценты и желточного мешка).) .

87. (34) Трансгенные организмы, их получение и использование в разных сферах жизни человека

Трансгенный организм — живой организм, в геном которого искусственно введен ген, который не может быть приобретен при естественном скрещивании Получение чистого гена, который хотят внедрить в клеткуреципиент.

Методы получения генов:

1. Химический синтез.

Пригоден для получения генов, для которых известна последовательность нуклеотидов. Нуклеотиды соединяют в нужной последовательности с помощью фермента полинуклеотидлигазы.

2. Ферментативный синтез (энзиматический синтез).

Стал возможен после открытия фермента «обратная транскриптаза», или «ревертаза», у РНК-содержащих вирусов.

Последовательность работы:

1.Из организма (клетки) выделяют и-РНК, считанную с нужного гена (современные методы позволяют разделять молекулы РНК). Это значительно проще, чем выделять ген (т.е. ДНК).

2.С помощью ревертазы строят на и-РНК комплиментарную цепь ДНК.

3.РНК-матрицы разрушают с помощью ферментов.

4.По полученной цепи ДНК достраивают вторую цепь ДНК. Получившаяся двухцепочечная ДНК комплементарна исходной и-РНК и называется кДНК.

Выделение генов из природных источников, т.е. имеющихся в природе генов.

1.Выделяют тотальную ДНК (т.е. всю ДНК клетки).

2.Режут на фрагменты рестриктазами (эндонуклеазы рестрикционного действия).

3.разделяют на одноцепочечные нити.

4.Помещают на нитроцеллюлозный фильтр (или разгоняют электрофорезом на агарозном геле).

5.С помощью зонда находят нужный ген.

Значение:

1.неотъемлемая часть сельскохозяйственной биотехнологии

2.используются в фундаментальных и прикладных научных исследованиях, в прикладной медицине

3.в животноводстве трансгенные бактерии используются для производства необходимых белков, недостающих организму, или тех, которые не могут быть синтезированы. Трансгенные ретровирусы используются для генной терапии и интеграции нужных последовательностей в днк к больному.

88. Характеристика стволовых клеток. Источники стволовых клеток

Стволовые клетки — это клетки не имеющие специализации и способные делиться и развиться в любой вид ткани.

- это универсальные «запасные» части, которые используются организмом для восстановления или «починки» разных тканей.

«Центральным складом» этих клеток является костный мозг.

Т.е. в организме взрослого человека существуют клетки, прошедшие все положенные этапы эмбрионального развития, но сохранившие способность при определенных условиях превращаться практически во все виды взрослых тканей.

Например: в клетки нервной ткани - нейроны, ткань печени, поджелудочной железы и так далее.

Размножение клеток и особенность развития:

Путем деления, как и все остальные клетки.

Отличие стволовых клеток состоит в том, что они могут делиться неограниченно.

Когда происходит созревание стволовых клеток, то они проходят несколько стадий.

Врезультате, в организме имеется ряд популяций стволовых клеток различной степени

зрелости.

В нормальном состоянии, чем более зрелой является клетка, тем меньше вероятность того, что она сможет превратиться в клетку другого типа.

Но всё же это возможно благодаря феномену трансдифференцировки клеток.

ДНК во всех клетках одного организма (кроме половых), в том числе и стволовых, одинакова.

Клетки различных органов и тканей, например, клетки кости и нервные клетки, различаются только тем, какие гены у них включены, а какие выключены, то есть регулированием экспрессии генов, например, при помощи метилирования ДНК.

Два типа стволовых клеток:

1.Эмбриональные

2.Взрослые (соматические)

Источники стволовых клеток

1.Костный мозг

2.Пуповинная кровь

89.(80) Хромосомные мутации; их причины, классификация, характеристика, послед-

ствия

Хромосомные мутации ‒ изменения положения участков хромосом; приводят к изменению размеров и формы хромосом. В эти изменения могут быть вовлечены как участки одной хромосомы, так и участки разных, негомологичных хромосом, поэтому хромосомные мутации (перестройки) подразделяются на внутри- и межхромосомные.

А. внутрихромосомные мутации

1.хромосомные дупликации - удвоение участка хромосомы.

2.хромосомные делеции - утрата хромосомой какого-либо участка.

Делеция 21 хромосомы – тяжелая форма белокровия

Утрата в 4 хромосоме – волчья пасть и заячья губа