
- •Белки, наследственность и обмен веществ
- •Фенилкетонурия
- •Для метаболизма аминокислот фенилаланина и тирозина требуется несколько ферментов.
- •Гипотеза один ген – один фермент
- •Опыты Билла и Татума с мутантами нейроспоры
- •Бидл и Татум (Nobel 1958) индуцировали ауксотрофные мутации питания в Neurospora, подвергая бесполые
- •При попытке вырастить мутанты на минимальной среде с добавлением различных органических соединений, мутации
- •Бидл и Татум смогли определить, что каждая генетическая мутация связана с потерей ферментативной
- •Гены и ферменты – биохимический анализ
- •Метаболический путь для синтеза аминокислоты аргинина в Neurospora был установлен путем предоставления смеси
- •Один ген – одна полипептидная цепь
- •Серповидноклеточная анемия
- •Коллинеарность между генами и полипептидами
- •Полинг (Nobel 1954) изолировал нормальные (HbA) и серповидные (HbS) молекулы гемоглобина человека и
- •Белок расщепляется на пептидные фрагменты протеолитическими ферментами.
- •Коллинеарность в гене trpA, который кодирует A субъединицу фермента триптофан синтетазы в E.coli
- •Структура и биологическое разнообразие белков
- •Аминокислоты содержат карбоксильную группу, амино группу и R группу, связанную с центральным углеродом
- •Ковалентная пептидная связь образуется, когда аминогруппа одной аминокислоты реагирует с карбоксильной группой другой
- •Известно 4 уровня белковой структуры. Первичная
- •Водородные связи в регулярных, повторяющихся фрагментах стабилизируют секции полипептида, образуя альфа-спиральную вторичную структуру.
- •Водородная связь может также образовать бета-складчатый лист вторичной структуры в плоскости зигзага.
- •Если вторичная структура белка описывает порядок аминокислот в определенной области полипептидной цепи, то
- •Четвертичная структура характерна только для белков, состоящих из двух и более полипептидных цепей,
- •Некоторые белки, особенно ферменты, являются олигомерами: состоят из более, чем одной полипептидной цепи.
- •Посттрансляционная модификация белков
- •Функции белков
- •Белковые домены и перетасовка экзонов
- •1985 г – мембранный рецептор липопротеинов низкой плотности LDL (в транспорте холестерола) –
- •Ген человеческого рецептора холестерина содержит 18 экзонов, кодирующих 5 доменов в белке.
- •Различные молекулы гемоглобина производится в
- •Генные мутации
- •Классификация мутаций
- •Спонтанные и индуцированные мутации
- •Спонтанные мутации происходят естественно и случайно и, как правило, связаны с нормальными биологическими
- •Герминальные и соматические мутации
- •Другие виды мутаций
- •Следующий тип мутаций касается регуляции работы генов.
- •Уровень спонтанных мутаций
- •Молекулярная основа мутаций
- •Точечные мутации являются заменами оснований, в которых одна пара нуклеотидов изменяется.
- •Таутомерные сдвиги
- •Нуклеотиды могут существовать в таутомерных формах (структурных изомеров) из-за изменения положения протона (таутомерного
- •Мутация транзиции.
- •В следующем раунде репликации, несоответствующие члены пар оснований разделяются; таутомер обычно смещается назад
- •Аналоги оснований
- •5-бромурацил (5-BU) - производное урацила и ведет себя как аналог тимина, который увеличивает
- •Алкилирующие соединения
- •Акридиновые красители и мутации сдвига рамки
- •Акридиновый красители, такие как профлавин и
- •Апуриновые сайты и дезаминирование
- •Причиной некоторых мутаций может стать дезаминирование, т.е. превращение аминогруппы в кето-.
- •Химические мутагены, такие как азотистая кислота (HNO2) может привести к
- •Ультрафиолет и жесткая радиация
- •Воздействие УФ-излучения может привести к созданию димеров тимина в ДНК. Димеры искажают конформацию
- •Ионизирующая радиация
- •Коротковолновая радиация, такая как Х-лучи, называется ионизирующей радиацией.
- •Определенные стадии клеточного цикла оказались более чувствительными к радиации. Рентгеновские лучи могут вызывать
- •Выявление мутагенности: тест Эймса
- •Тест Эймса подвергает ауксотрофные штаммы сальмонеллы (his–)
- •Исправление повреждений ДНК: системы репарации
- •Фотореактивная репарация у прокариот
- •Фотореактивная
- •Эксцизионная репарация у прокариот и эукариот
- •Известно два типа эксцизионной репарации – репарация оснований и репарация нуклеотидов.
- •Репарация оснований в E.coli.
- •Эксцизионная репарация нуклеотидов.
- •Репарация ошибок репликации
- •Но как система репарации должна узнать, какая цепь матричная, а какая вновь синтезированная
- •Пострепликативная репарация и система SOS-репарации
- •Пострепликационная репарация.
- •Пострепликационная репарация :
- •Пострепликационная репарация :
- •У E. coli обнаружена также система SOS-репарации, исправляющая повреждения ДНК другим способом. Если
- •Репарация разрывов двойной спирали у млекопитающих
- •Как и при пострепликативной репарации, при репарации двуцепочечных разрывов происходит гомологичная рекомбинация, поскольку
- •Мобильные генетические элементы
- •Встроенные последовательности
- •Анализ последовательностей большинства известных IS единиц обнаружил характерные для них структуры – инвертированные
- •Элементы бактериальной инсерционной последовательности (IS) содержат ген, который кодирует фермент, называемый транспозазой, что
- •Бактериальные транспозоны
- •Бактериальные транспозоны (Tn элементы) больше, чем IS элементы и содержат белок- кодирующие гены
- •IR сегменты могут гибридизованы после разделения первоначального дуплекса, образуя гетеродуплексные петли, которые можно
- •Система Ac-Ds у кукурузы
- •Позже такие элементы обнаружены и у других организмов. Оказалось, что IS элементы и
- •Транспозоны.
- •Транспозоны:
- •Транспозоны:
- •Сравнение структуры Ac и Ds элементов.
- •Copia и Р-элементы у дрозофилы
- •Каждый элемент copia (транскрибируется в "обильные" количества РНК) состоит из перевернутого концевого повтора
- •Другая группа мобильных элементов дрозофилы – семейство Р- элементов. Это семейство открыли при
- •Мобильные элементы у человека
- •Процессированные псевдогены

Различные молекулы гемоглобина производится в
организме человека на разных этапах жизни.
Все они тетрамеры, состоящие из семи различных полипептидных цепей, каждая кодируется отдельным геном.
Эмбриональный гемоглобин имеет ζ (дзета) и ε (эпсилон) цепей.
К восьми неделям беременности они заменяются фетальным гемоглобином с альфа-цепями и двух типами γ (гамма) цепей.
98% взрослого гемоглобина - HbA молекулы, состоящие из альфа- и бета-цепей; 2% - это HbA2, состоящий из альфа- и δ (дельта) цепей.
Генные мутации
Исторически термин «мутация» включает как изменения хромосом, так и отдельных генов. Мутации создают основу для изменчивости организмов и позволяют идентифицировать и исследовать гены, контролирующие отдельные признаки. В отсутствие мутаций и обусловленной ими изменчивости признаков генетический анализ был бы невозможен.
Классификация мутаций
Спонтанные и индуцированные мутации
Спонтанные – непроизвольно возникают в природе и не связаны с воздействием каких-либо факторов. Обусловлены случайными изменениями в нуклеотидных последовательностях.
Индуцированные – обусловлены действием специального мутагена и часто приводят к повышению чувствительности мутантных клеток к действию природных факторов (космической радиации, УФ, химическим веществам).
Обнаружена искусственная индукция в 1927 г. при облучении дрозофилы Х-лучами.

Спонтанные мутации происходят естественно и случайно и, как правило, связаны с нормальными биологическими или химическими процессами в организме.
Индуцированные мутации - результат влияния посторонних факторов, естественного или искусственного происхождения.
Флуктуационный тест Лурия- Дельбрюка показал, что мутации не являются адаптивными, но происходят спонтанно.
Герминальные и соматические мутации
У эукариот мутации могут возникать в соматических и
половых клетках.
Соматические – не передаются потомству и редко имеют последствия для всего организма. Вероятна экспрессия, если
мутация доминантная или сцеплена с Х-хромосомой. Герминальные – мутации в гаметах или тканях,
продуцирующих гаметы, передаются потомству.
Другие виды мутаций
Можно классифицировать по действию на организм. Наиболее заметны – внешние морфологические признаки.
Вторая категория – биохимические или метаболические изменения фенотипа. Эти мутации влияют на здоровье и
выживаемость носителей.
Третья группа – мутации, влияющие на спектр
поведенческих признаков (брачное поведение, циркадные ритмы). Трудно определить основу поведенческих мутаций.
Следующий тип мутаций касается регуляции работы генов.
Регуляторные мутации путем активации или инактивации
генов нарушают их нормальную работу.
Летальные мутации относятся к большой группе различных мутаций, включая метаболические и биохимические
Любые из перечисленных мутаций можно отнести к кондиционным мутациям, которые проявляются в
определенных условиях.
Уровень спонтанных мутаций
Уровень индуцированных мутаций значит превосходит уровень спонтанных. Уровень спонтанного мутирования очень низок, его скорость различна у разных организмов, также различна частота спонтанных мутаций в разных генах у организмов одного вида.
Средняя скорость у вирусных и бактериальных генов – 1 на 100 млн, такая же у нейроспоры. У кукурузы, дрозофилы и человека намного выше - между 1 на 100 тыс. и 1 на 1 млн., у мыши еще на порядок выше.
