22. Плазмиды бактерий. Типы плазмид, функции.

Плазмиды — внехромосомные мобильные генетические структуры бактерий, представляющие собой замкнутые кольца двунитчатой ДНК. Плаз­миды способны автономно копироваться (реплицироваться) и существовать в цитоплазме клетки, поэтому в клетке может быть несколько копий плазмид. Плазмиды могут включаться (интег­рировать) в хромосому и реплицироваться вместе с ней. Разли­чают трансмиссивные инетрансмиссивные плазмиды. Трансмиссив­ные (конъюгативные) плазмиды могут передаваться из одной бактерии в другую. Плазмиды – необязательные автономные элементы клетки. Их можно убрать (элиминировать) из бактерии.

Типы плазмид.

F-факторы — плазмиды, которые определяют появление новых поверхностных структур клетки, — F-ворсинок, или пилей, позволяющих клеткам вступать в контакт (конъюгировать) и обеспечивать процесс переноса плазмидной ДНК из одной клетки в другую. Все плазмиды, которые сообщают своим хозяевам способность к переносу ДНК хромосомы, называют половыми. R-фактор — плазмиды, которые обусловливают множественную резистентность микроорганизмов к лекарственным веществам.

R-фактор обычно находится в автономном состоянии в цитоплазме, но может встраиваться в хромосому и тогда выполняет функции полового фактора, обеспечивающего перенос хромосомы хозяина в другую клетку. Появление штаммов, устойчивых к антибиотикам и сульфаниламидным препаратам, затрудняет лечение инфекционных больных. Соl-фактор, или фактор колициногенности, определяет способность бактерий образовывать особые вещества, которые вызывают гибель близкородственных штаммов. 

Функции плазмид. Перенос генетического материала при конъюгации — F-плазмида; плазмиды бактериоциногенности контролируют синтез белков, летальных для других бактерий — Col-плазмиды;с интез гемолизинов — (являются конъюгативными);устойчивость к тяжёлым металлам;устойчивость к антибиотикам (R-плазмиды);синтез энтеротоксинов — Ent-плазмиды;устойчивость к УФ-излучению;синтез антигенов, обеспечивающих адгезию бактерий на клетках в организме человека и животных — плазмиды антигенов колонизации;

23. Инсерционные элементы и транспозоны бактерий. Особенности строения. Роль в эволюции видов.

Мигрирующие элементы - транспозоны и IS-элементы - входят, как правило, в состав хромосом, но способны переходить из хромосомы в плазмиду, поэтому также могут быть отнесены к нехромосомным генетическим элементам. Транспозоны и IS-элементы - это линейные молекулы двунитевой ДНК, размеры которых колеблются от 200 до 6000 пар нуклеотидов. Отличительная особенность этих элементов - неспособность к автономной репликации. Мигрирующие элементы могут встраиваться в разные участки бактериальной хромосомы или переходить с бактериальной хромосомы на плазмиду; репликация этих элементов осуществляется под контролем тех же механизмов, что и у соответствующей хромосомы или плазмиды .

IS последовательность перемещается на новое место в  геноме с использованием фермента транспозазы , ген которой включен в нуклеотидную последовательность IS.

IS-элементы содержат информацию, необходимую только для их переноса внутри клетки, никаких выявляемых признаков в них не закодировано. Транспозоны устроены более сложно: в них включены некоторые гены, не имеющие отношения к процессу транспозиции. Известны транспозоны, содержащие гены устойчивости к антибиотикам, сульфамидам, ионам тяжелых металлов и другим ингибиторам.

Для переноса мигрирующих элементов между клетками нужны переносчики, которыми могут быть определенные плазмиды или фаги . Встраивание мигрирующих элементов в бактериальную хромосому оказывает мутагенное действие, так как при этом происходит включение фрагмента ДНК, приводящее к изменению порядка расположения нуклеотидов в триплете и, как следствие этого, нарушению процессатранскрипции .

IS элементы являются простейшей разновидностью транспозиционных элементов и не несут никакой генетической информации, за исключением той, которая необходима для транспозиции. IS были обнаружены в бактериях, бактериофагах, плазмидах и кукурузе. Бактериальные элементы обозначаются префиксом IS, за которым следует типовой номер. IS1 из кишечных бактерий Escherichia coli и Shigella dysenteria имеет длину около 770 нуклеотидов, включая два неидентичных инвертированных повтора длиной 23 н.п. каждый. Этот элемент содержит две рамки считывания, InsA и InsB, которые кодируют одну или две разновидности транспозазы, фермента, катализирующего включение транспозиционных элементов в сайты встраивания. У E.coli существуют десятки различных разновидностей инсерционных элементов, и геномы большинства линий, выделенных из дикого типа, содержат различное количество каждого из них.

24. Особенности генома эукариот. Средний размер. Повторяемость последовательностей. Примеры последовательностей: высокоповторяющиеся, умеренно повторяющиеся, уникальные.

регуляторные элементы. Энхансеры, сайленсеры.

 Ген это – совокупность сегментов ДНК, контролирующего образование либо молекулы РНК, либо белкового продукта. Гены бывают структурные и регуляторные. К структурным генам относятся гены транскрибирующие иРНК, рРНК и тРНК. К регуляторным относятся гены, участвующие в регуляции экспрессии генов. Оперон прокариот состоит из структурных генов (одного или нескольких) и регуляторной области. Последняя, в свою очередь, состоит из активатора, промотора, оператора и терминатора. Активатор активирует присоединение РНК-полимеразы к промотору, на оператор осаждается белок регулятор, блокируя движение РНК-полимеразы через оператор. Терминатор – область, где заканчивается транскрипция РНК. Состоит из бессмысленных кодонов. В отличие от прокариот каждый ген эукариот имеет отдельную регуляторную область. Кодирующая область эукариот состоит из экзонов (информативные участки) и интронов (неинформативные участки). Регуляторная область у эукариот устроена значительно сложнее. Есть область (промотор), где осаждается сложный транскрипционный комплекс, куда входит РНК-полимераза. Формирование этого комплекса контролируется специальными участками расположенными вблизи гена – контролирующие области. Главная количественная особенность генетического материала эукариот –  наличие избыточной ДНК. 

 

Нуклеотидные последовательности в геноме эукариот

Фунда­ментальная особенность молекулярной структуры генома эукариот – нуклеотидные  последовательности  разной степени повторяемости. Это открытие было сделано с по­мощью молекулярно-биологического метода изучения кинетики ренатурации денатурированной ДНК. Различают следующие фракции в геноме эукариот.1.        Уникальные, т.е. последовательности, представ­ленные в одном экземпляре или немногими копиями. Как правило, это цистроны – структурные гены, кодирующие белки.2.        Низкочастотные повторы – последовательности, повторяющиеся десятки раз.3.        Промежуточные, или среднечастотные, повторы – последовательности, повторяющиеся  сотни и тысячи раз. К ним относятся гены рРНК (у человека 200 на гаплоидный набор, у мыши – 100, у кошки – 1000, у рыб и цветковых растений – тысячи), тРНК, гены рибосомных белков и белков-гистонов.4.        Высокочастотные повторы, число которых достигает 10 миллионов (на геном). Это короткие (~ 10 пн) некодирующие последовательности, которые входят в состав прицентромерного гетерохроматина.

 

ДНК мышей на 70% состоит из уникальных последовательностей, на 20% – из низкочастотных и среднечастотных повторов, на 10% – из высокочастотных.

Повторы образуют так называемые семейства, под которыми понимают совокупность последовательностей, полностью или по большей части гомологичных друг другу.