- •Кафедра биологии с экологией
- •Учебное пособие для студентов I курса
- •Ставрополь
- •Лауреаты нобелевской премии утверждают, что –
- •И.П.Павлов, 1935 г., на могиле сына, умершего от рака.
- •П.Берг, генетик, 1981г Предисловие
- •I. Биологические мембраны
- •Модели структурной организации биологических мембран
- •Мембрана в составе оболочки клеток
- •Свойства биологических мембран
- •Функции наружной клеточной мембраны (плазмалеммы)
- •Медицинские аспекты мембранологии
- •Осмотические свойства клетки
- •II. Строение и химический состав хромосом эукариотической клетки
- •Строение хромосом на микроскопическом уровне
- •Химический состав хромосом
- •Надмолекулярная организация хромосом
- •Продольная организация хромосом
- •Политенные хромосомы
- •Хромосомы типа ламповых щеток
- •Хромосомы человека
- •III. Хромосомный механизм детерминации и формирование признаков пола у человека
- •IV. Геномный уровень организации генетического материала Организация генома
- •Гены и генетический код
- •Митохондриальный геном и наследственная патология
- •V. Основы регуляции экспрессии генов
- •Строение оперона
- •Регуляция активности генов у прокариот
- •Особенности регуляции экспрессии генов у эукариот
- •Генетический импринтинг
- •VI. Генетическая инженерия
- •VII. Медико-генетическое консультирование
- •Этапы медико-генетического консультирования
- •Организация медико-генетического консультирования в г. Ставрополе
- •VIII. Наследственная патология и ее классификация Классификация наследственной патологии
- •Хромосомные болезни
- •Хромосомные болезни, обусловленные гетероплоидией аутосом
- •Болезнь Дауна
- •Синдром Эдвардса
- •Синдром Патау
- •Хромосомные болезни, обусловленные гетероплоидией половых хромосом Синдром Клайнфельтера
- •Синдром лишней y-хромосомы
- •Синдром Шерешевского-Тернера
- •Синдром трисомии (полисомии) по х-хромосоме
- •Хромосомная аномалия - кариотип yo
- •Болезни, обусловленные хромосомными аберрациями Синдром "Крика кошки"
- •Синдром "Филадельфийской" хромосомы
- •Синдром Мартина-Белла (иди синдром фрагильной х-хромосомы)
- •Транслокационная форма болезни Дауна
- •Молекулярные болезни
- •Некоторые формы болезней обмена Болезни, связанные с ферментным блоком (энзимопатии)
- •Нарушение аминокислотного обмена
- •Фенилкетонурия
- •Алкаптонурия
- •Альбинизм
- •Примеры молекулярных болезней, связанных с нарушениями углеводного обмена Галактоземия
- •Фруктозурия
- •Примеры наследственно обусловленных дефектов липидного обмена Амавротическая идиотия (болезнь Тея-Сакса)
- •Атеросклероз
- •Примеры наследственных форм нарушения минерального обмена Наследственная форма рахита
- •Примеры патологии транспортных белков Болезнь Вильсона-Коновалова
- •Гемоглобинопатии
- •Примеры наследственных дефектов структурных белков Синдром Элерса-Данлоса
- •IX. Болезни экспансии, вызываемые "динамическими" мутациями
- •X. Пороки развития лица и полости рта, имеющие генетическую основу Синдром Робена
- •(Синдром Папиллона-Псома).
- •Незаращение верхней губы
- •XI. Проблема канцерогенеза
- •XII. Экогенетика и экогенетические болезни
- •XIII. Антимутагенез
- •XIV. Этические проблемы в генетике человека и профилактика наследственных болезней
- •XV. Словарь некоторых терминов
- •Список литературы
- •Содержание
- •К некоторым вопросам медицинской биологии и генетики
- •355017, Г. Ставрополь, ул. Мира, 310.
Особенности регуляции экспрессии генов у эукариот
Регуляция экспрессии генов у эукариот протекает намного сложнее. Различные типы клеток многоклеточного эукариотического организма синтезируют ряд одинаковых белков и в то же время они отличаются друг от друга набором белков, специфичных для клеток данного типа. Уровень продукции зависит от типа клеток, а также от стадии развития организма. 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.
Опероны эукариотических клеток имеют несколько генов - регуляторов, которые могут располагаться в разных хромосомах.
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.
Сложная последовательность молекулы ДНК. Имеются информативные и неинформативные участки, уникальные и многократно повторяющиеся информативные последовательности нуклеотидов.
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.
Процесс транскрипции генов зависит от состояния хроматина. Локальная компактизация ДНК полностью блокирует синтез РНК.
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.
Некоторые гены эукариот имеют непостоянную локализацию (лабильные гены или транспозоны).
Методы молекулярной биологии выявили тормозящее действие белков-гистонов на синтез и-РНК.
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.
Генетический импринтинг
Одно из основных правил наследования признаков является правило равнозначной функции аллеля, полученного от отца и от матери. Однако, как показали подробные исследования, это правило может не соблюдаться.
Функции генов взаимосвязаны и могут изменяться вплоть до дифференциального выключения одного из аллелей на протяжении всего онтогенеза. Такое явление объясняется генетическим импринтингом, т.е. механизмом, с помощью которого различается активность генов в зависимости от того, от какого родителя они получены - материнского или отцовского организма.
Следовательно, генетический импринтинг - это эпигенетический (надгенетический – не кодируемый) процесс маркировки (обозначения) некоторых локусов хромосом одного из родителей, что сопровождается выключением экспрессии расположенных в маркированных локусах генов. Таким образом, в участках генома, подверженных импринтингу, происходит моноаллельная (а не биаллельная) экспрессия генов. При этом в одних случаях импринтингу подвергаются отцовские гены, и, следовательно,
транскрибируются материнские, а в других - материнские, и, следовательно, транскрибируются отцовские, что приводит к отклонению от менделевских законов. Речь идёт о стойких функциональных различиях экспрессии гомологичных генов у потомства.
В итоге, фенотипическое проявление конкретного гена может меняться из-за трёх причин: его делеции, мутации в нём и эпигенетического выключения экспрессии, т.е. импринтинга.
Механизм импринтинга наиболее вероятно заключается в специфическом метилировании цитозиновых оснований ДНК, что приводит к выключению транскрипции генов.
Сейчас у человека известно около 30 генов, подверженных импринтингу и имеющих тканеспецифическую моноаллельную экспрессию, и 3 кластера (пучков) генов, локализованных в 7q, 11p и 15q хромосомах. В случае отсутствия мутаций это явление обеспечивает фенотипическое разнообразие белковых структур на уровне организма. Если же в этих участках происходит мутация (микроделеции, микродупликации), то все они имеют отношение к наследственной патологии.
Генетический импринтинг может затрагивать целую хромосому и даже геномы. При изучении геномного импринтинга у человека на примере пузырного заноса (ткани эмбриона не развиваются, бурно разрастается [пролиферирует] трофобласт, заполняющий полость матки) стало известно, что развитие плаценты обеспечивается геномом отца, а раннее развитие эмбриональных структур - геномом матери.