1. Транскрипция

Транскрипция — это процесс синтеза РНК на основе ДНК. Он происходит в ядре (в эукариотах) и включает следующие этапы:

• Инициация:

RNA-полимераза связывается с промотором на ДНК и расплетает двойную спираль.

• Элонгация:

RNA-полимераза движется вдоль ДНК, добавляя нуклеотиды к растущей цепи РНК, комплементарно матричной цепи ДНК (замена тимина на урацил).

• Терминация:

Синтез РНК заканчивается, когда RNA-полимераза достигает терминирующей последовательности на ДНК.

2. Сплайсинг

После транскрипции в эукариотах происходит сплайсинг — удаление интронов (некодирующих последовательностей) и соединение экзонов (кодирующих последовательностей) для формирования зрелой мРНК.

3. Трансляция

Трансляция — это процесс синтеза белка на основе информации, закодированной в мРНК. Этот процесс происходит на рибосомах и включает три основных этапа:

• Инициация:

Малый рибосомный субъединица связывается с мРНК и первым тРНК, который переносит аминокислоту метионин. Затем присоединяется большой рибосомный субъединица.

• Элонгация:

Рибосома перемещается вдоль мРНК, а тРНК, несущие соответствующие аминокислоты, связываются с кодонами мРНК. Аминокислоты соединяются пептидными связями, образуя полипептидную цепь.

• Терминация:

Когда рибосома достигает стоп-кодона на мРНК, синтез белка завершается, и полипептид высвобождается.

Заключение

Реакции матричного синтеза — это фундаментальные процессы, которые обеспечивают передачу генетической информации и синтез белков, необходимых для функционирования клеток и организмов. Эти процессы строго регламентированы и контролируются различными факторами, что позволяет клеткам адаптироваться к изменениям в окружающей среде.

9. Теория гена: этапы становления, основные положения теории гена на современном этапе.

Этапы становления теории гена

1. Древние представления о наследственности:

В античные времена существовали различные теории о наследовании признаков, но они не имели научного обоснования.

2. Работы Грегора Менделя (1865):

Мендель провел эксперименты с горохом и сформулировал основные законы наследования, положив начало генетике. Он ввел понятия "аллель" и "гены".

3. Открытие хромосом (конец 19 века):

Исследования клеточного деления (митоз и мейоз) привели к пониманию роли хромосом в наследственности.

4. Хромосомная теория наследственности (1902):

Установление связи между хромосомами и генами. Генетики, такие как Уолтер Сэтон и Томас Хант Морган, доказали, что гены расположены на хромосомах.

5. Молекулярная биология и структура ДНК (1953):

Открытие структуры двойной спирали ДНК Джеймсом Уотсоном и Фрэнсисом Криком. Это открытие стало основой для понимания механизма хранения и передачи генетической информации.

6. Современные достижения (1970-е – 2000-е годы):

Разработка методов молекулярной генетики, таких как клонирование, секвенирование ДНК и генетическая инженерия. Прогресс в понимании функций генов и их взаимодействий.

Основные положения теории гена на современном этапе

1. Ген как единица наследственности:

Ген определяется как участок ДНК, кодирующий информацию для синтеза белка или РНК.

2. Аллели:

Гены могут иметь различные формы (аллели), которые определяют вариации признаков у организмов.

3. Геном:

Геном — это полный набор генов организма, содержащийся в его ДНК. У человека геном состоит примерно из 20,000-25,000 генов.

4. Экспрессия генов:

Процесс, при котором информация из гена используется для синтеза функционального продукта (белка или РНК). Экспрессия регулируется различными факторами, включая окружающую среду.

5. Генетическая регуляция:

Гены не действуют изолированно; их активность регулируется сложными сетями взаимодействий с другими генами и молекулами.

6. Мутации:

Изменения в последовательности ДНК, которые могут приводить к изменению фенотипа и эволюции видов.

7. Эпигенетика:

Изучение изменений в экспрессии генов, которые не связаны с изменениями в последовательности ДНК, например, метилирование ДНК и модификации гистонов.

8. Генетические технологии:

Применение методов редактирования генома (CRISPR/Cas9), генной терапии и других технологий для изменения генетического материала с целью лечения заболеваний или улучшения сельскохозяйственных культур.

Заключение

Теория гена прошла долгий путь от первых наблюдений Менделя до современных исследований в области молекулярной биологии и генетической инженерии. Она продолжает развиваться, открывая новые горизонты в понимании наследственности, эволюции и биологических процессов.

9. Свойства гена как функциональной единицы: дискретность, стабильность, лабильность, специфичность, плейотропия.

Гены обладают несколькими важными свойствами, которые делают их функциональными единицами наследственности. Рассмотрим каждое из указанных свойств:

1. Дискретность

Определение: Гены являются отдельными, четко определенными единицами наследственной информации. Каждый ген отвечает за определенный признак или функцию.

Пример: Ген, отвечающий за цвет глаз, является дискретной единицей, не смешиваясь с другими генами.

2. Стабильность

Определение: Гены сохраняют свою структуру и функции на протяжении поколений, что обеспечивает передачу наследственной информации.

Пример: Генетическая информация, содержащаяся в ДНК, остается стабильной, если не происходит мутаций.

3. Лабильность

Определение: Гены могут изменяться под воздействием различных факторов, таких как мутации или эпигенетические изменения. Это свойство позволяет организму адаптироваться к изменениям окружающей среды.

Пример: Мутации в генах могут приводить к изменению признаков, таких как устойчивость к болезням у растений.

4. Специфичность

Определение: Каждый ген кодирует определенный продукт (обычно белок или РНК), что делает его специфичным для определенной функции или признака.

Пример: Ген, кодирующий инсулин, будет специфически отвечать за синтез этого гормона.

5. Плейотропия

6. Определение: Один и тот же ген может влиять на несколько различных признаков или функций организма. Это свойство объясняет, почему изменения в одном гене могут приводить к множественным эффектам.

Пример: Ген, отвечающий за цвет шерсти у животных, может также влиять на другие признаки, такие как размер или поведение.

Заключение

Свойства гена как функциональной единицы — дискретность, стабильность, лабильность, специфичность и плейотропия — играют ключевую роль в понимании механизмов наследственности и вариаций в организмах. Эти характеристики помогают объяснить, как гены взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой, формируя фенотипические проявления.

9. Молекулярное строение генов прокариот, эукариот.

Молекулярное строение генов прокариот и эукариот существенно различается, что связано с их клеточной организацией и сложностью. Рассмотрим основные отличия.

Генетическая структура прокариот

1. Хромосомы:

Прокариоты (например, бактерии) имеют одну кольцевую хромосому, которая не окружена ядерной оболочкой.

Хромосома содержит все гены организма и компактно упакована с помощью белков-органайзеров.

2. Гены:

Гены прокариот обычно имеют простую структуру и часто организованы в операоны — группы генов, которые транскрибируются вместе и регулируются одним промотором.

Прокариотические гены часто не содержат интронов, то есть они состоят из экзонов (кодирующих участков).

3. Регуляция:

Регуляция экспрессии генов осуществляется через промоторы и операторные участки, что позволяет быстро адаптироваться к изменениям в окружающей среде.

4. Репликация и транскрипция:

Происходят одновременно в цитоплазме, так как у прокариот нет ядра.

Генетическая структура эукариот

1. Хромосомы:

Эукариоты имеют линейные хромосомы, которые находятся в ядре клетки.

Хромосомы организованы в пары (гомологичные хромосомы) и содержат большое количество ДНК, которая связана с гистонами и другими белками.

2. Гены:

Эукариотические гены имеют более сложную структуру и часто содержат интроны (не кодирующие участки), которые вырезаются из предварительной РНК во время сплайсинга.

Гены могут быть разбросаны по всей хромосоме, и их экспрессия может регулироваться различными факторами.

3. Регуляция:

Регуляция экспрессии генов более сложна и включает взаимодействие множества регуляторных элементов, таких как усилители (enhancers) и подавители (silencers).

4. Репликация и транскрипция:

Репликация происходит в ядре, а транскрипция — также в ядре, после чего мРНК транспортируется в цитоплазму для трансляции.

Заключение

Различия в молекулярном строении генов прокариот и эукариот отражают уровень их организации и сложность. Прокариоты имеют более простую и компактную структуру генов, тогда как эукариоты обладают более сложной архитектурой, что позволяет им эффективно регулировать экспрессию генов и адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды.

9. Общие принципы генетического контроля экспрессии генов. Роль генетических факторов в регуляции генной активности.

Генетический контроль экспрессии генов — это сложный процесс, который включает множество механизмов и факторов. Основные принципы и роли генетических факторов в регуляции генной активности можно рассмотреть следующим образом:

Общие принципы генетического контроля экспрессии генов

1. Регуляция на уровне транскрипции:

Основной этап регуляции, на котором контролируется, насколько активно гены транскрибируются в мРНК.

Важную роль играют промоторы (участки ДНК, к которым связываются РНК-полимеразы) и регуляторные элементы (усилители и подавители).

2. Посттранскрипционная регуляция:

Включает процессы, такие как сплайсинг (вырезание интронов), модификации 5'-конца (кэпирование) и 3'-конца (полиаденилирование) мРНК.

Регуляция стабильности мРНК и её транспортировки из ядра в цитоплазму.

3. Трансляционная регуляция:

Контроль процесса перевода мРНК в белок.

Включает взаимодействия с рибосомами и факторами инициации трансляции.

4. Посттрансляционная модификация:

Изменения, которые происходят с белками после их синтеза, включая фосфорилирование, гликозилирование и другие химические модификации.

Эти изменения могут влиять на активность, локализацию и стабильность белков.

Роль генетических факторов в регуляции генной активности

1. Регуляторные белки:

Транскрипционные факторы: белки, которые связываются с ДНК и регулируют транскрипцию генов. Они могут действовать как активаторы или репрессоры.

2. Эпигенетические изменения:

Модификации ДНК (метилирование) и гистонов (ацетилирование, метилирование) могут изменять доступность ДНК для транскрипционных факторов и РНК-полимераз.

Эпигенетические изменения могут быть устойчивыми и передаваться из поколения в поколение.