1 Генетика, предмет и задачи. Понятие о наследственности и изменчивости. Генетика
 Скачать 0.61 Mb.
|
|
24. Генетическая роль ДНК и РНК. Её доказательство. Нуклеиновые кислоты – ДНК и РНК. 1949-51 – Чаргаф установил след закономерность количество аденина в любой молекуле ДНК равно количеству тимина, а кол-во Г=Ц, сумма пуриновых оснований (АГ) = сумме пиримидиновых (ТЦ) – правило Чаргафа. Долгое время считали, что ДНК может быть только в виде право закрученной спирали. Однако в 1979 Рич док-зал, что ДНК сущ и в виде левозакрученной спирали (z-ДНК). Встречается на участках обогащ парами ГЦ (закручивается в левую сторону). Первое время док-во генетической роли ДНК принадлежало Гриффетсу 1928 открыл явл трансформации пневмококков. У пневмококков различных по характеру роста на плотных средах и одновр по свойству патогенности по отношению к подопытным животным – мыши. S-форма м/о образ на пит среде гладкие блестящие колонии, благодаря тому, что клетки в полисахаридную капсулу. S-форма явл патогенной для мышей т.к. капсула предохраняет бак клетки от иммунной системы зараж животных. Мыши которым вживили S-форму пневмококка погибали, пневмококка R-форма, которая явл не вирулентной. Входе опыта было установлено, что после одноврем введения мышам убитых нагреванием до 65 С S-формы и живых R-формы животное погибало, убитые пневмококки вирулентного S-типа при нагревании распологают фактором, котор способен невир клетки R-типа в вирулентные. Трансформация – процесс поглощения клеткой организма свободной молекулы ДНК из среды и встраивание её в геном, что приводит к появлению у такой клетки новых для неё наследуемых признаков, харак для организма донора ДНК. 25. Репликация. Репликация ДНК – образование идентичных копий для передачи генетической информации в поколениях клеток и организмов. Участок в котором в данный момент времени происходит синтез ДНК назыв вилкой репликации. Начало репликации назыв точкой ori. Репликационный глазок - это участок, где ДНК уже реплицирована. В репликационной вилке ДНК копирует крупные белковый комплекс, главным ферментом которого явл ДНК-полимераза. Репликационная вилка движется со скоростью 100000пар оснований в минуту – это у прокариот, у эукариот от 500 до 5000. Репликация начинается в точках ori (их может быть несколько). Этапы репликации: 1. Инициация 2 Элонгация 3 Терминация. Единица репликации – репликон – это участок ДНК от одной точки начала репликации до следующей. Способы репликации: 1 консервативный – исходная ДНК остаётся неизменной во время всего процесса репликации, а дочерняя ДНК из вновь синтезированной. 2 полуконсервативный – в каждом акте репликации половина родительской переходит в дочернюю. 3 дисперсный – ДНК распадается на короткие фрагменты которые используются в качестве матриц для построения фрагментов 2-х новых молекул ДНК, соедин между собой. 26. Полуконсервативный способ репликации. Полуконсервативный способ был доказан Тейлором 1958 на митотических клетках корешков бобов. Семена бобов проращ на среде, содерж Т в состав которого входил радиоактивн Н, радиоакт метка включ в ДНК и обнаружив в хромосомах делящ клеток. В нормальной среде после 1-го деления клеток метку обнаруживали в обеих хроматидах, но её кол-во было меньше на половину т.к. метка оставалась только в материнской нити ДНК, а вновь синтезир нить была уже без метки, резултаты опыта позволили предположить, что хроматида состоит из 1-й молекулы ДНК и ДНК реплиц полуконсервативно. Полуконсервативный – в каждом акте репликации половина родительской переходит в дочернюю. Способ репликации двухцепочечной молекулы ДНК, при котором исходная молекула разделяется на две цепи (с образованием репликативной вилки), каждая из которых служит матрицей для синтеза второй (новой) комплементарной полинуклеотидной цепи 27. Ферменты репликации. Репликационная вилка. Участок, в котором в данный момент времени происходит синтез ДНК назыв вилкой репликации. Репликационная вилка — Y-образная структура, перемещающаяся вдоль родительской спирали ДНК и характеризующаяся местным расхождением двух её цепей, в пределах которой происходит активная репликация ДНК. Сам процесс разделения цепей называется денатурацией, или плавлением. Количество энергии, которое нужно затратить на денатурацию участка ДНК, зависит от соотношения AT и GC связей. Гуанин и цитозин соединяются 3 водородными связями, а аденин и тимин — 2, благодаря чему первые оказываются более стабильными. Разные концы цепочки ДНК называются 3'-конец и 5'-конец. Фермент ДНК-полимераза, осуществляющий репликацию, может использовать в качестве матрицы только одноцепочечную ДНК, двигаясь вдоль неё в направлении 3'→5'. Ферменты репликации: 1 Хеликазы – это ферменты, которые способны расплетать комплиментарные нити ДНК с исп энергии, полученной при гидролизе АТФ. 2 белки инициации репликации. 3 SSB–белки (1968) они снижают температуру плавления на 20-40 С и связыв с ДНК. 4 ДНК-полимераза – основной фермент при репликации, катализирующий синтез дочерних цепей на матрице ДНК по принципу комплиментарности. 5 ДНК-лигазы – сшивает одноцепоч фрагменты ДНК. 28. Этапы биосинтеза РНК. Транскрипция (синтез РНК). Прежде чем начнут синтезироваться белки, информацию об их строении необходимо "достать" из ДНК и доставить ее к месту синтеза белков. Этим занимаются информационные или матричные РНК. Одновременно клетке нужны транспортеры аминокислот – транспортные РНК и структурные компоненты органелл, синтезирующих белок, – рибосомальные РНК. Поэтому существует процесс переписывания или транскрипции данных с ДНК на РНК. Транскрипция – первая стадия реализации генетической информации в клетке. Синтез всех типов РНК. В ходе этого процесса происходит синтез цепи РНК, нуклеотидная последовательность которой комплементарна последовательности одной из цепей ДНК. Выделяют три стадии транскрипции: инициация, элонгация и терминация. Инициация Промотор содержит стартовый сигнал транскрипции – ТАТА-бокс. Так называется определенная последовательность нуклеотидов ДНК, связывающая первый фактор инициации ТАТА-фактор. Этот ТАТА-фактор обеспечивает присоединение РНК-полимеразы к той нити ДНК, которая будет использоваться в качестве шаблона для транскрипции (матричная нить ДНК). Так как промотор ассиметричен ("ТАТА"), то он связывает РНК-полимеразу только в одной ориентации, что определяет направление транскрипции от 5'-конца к 3'-концу (5'→3'). Другие факторы инициации раскручивают спираль ДНК перед РНК-полимеразой. Элонгация Белковые факторы элонгации обеспечивают продвижение РНК-полимеразы вдоль ДНК и расплетают молекулу ДНК на протяжении примерно 17 нуклеотидных пар. РНК-полимераза продвигается со скоростью 40-50 нуклеотидов в секунду в направлении 5'→3'. Фермент использует АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ одновременно в качестве субстрата и в качестве источника энергии.Терминация РНК-полимераза остановится, когда достигнет терминирующих кодонов. С помощью белкового фактора терминации, так называемого ρ-фактора, от матрицы ДНК отделяются фермент и синтезированная молекула РНК, которая является первичным транскриптом, предшественником мРНК или тРНК или рРНК. 29. Транскрипция. Транскрипция – первая стадия реализации генетической информации в клетке. Синтез всех типов РНК. В ходе этого процесса происходит синтез цепи РНК, нуклеотидная последовательность которой комплементарна последовательности одной из цепей ДНК. В отличие от репликации, при которой копируется вся хромосома, транскрипция протекает избирательно. Участок ДНК, в котором заключена информация о структуре одного белка, называется структурным геном. Внутри этих участков существуют разрывы – интроны, которые не несут генетической информации, относящейся к синтезу белка, кодируемого данным геном. Кодирующие части гена называются экзонами. Выделяют три стадии транскрипции: инициация, элонгация и терминация. Инициация Промотор содержит стартовый сигнал транскрипции – ТАТА-бокс. Так называется определенная последовательность нуклеотидов ДНК, связывающая первый фактор инициации ТАТА-фактор. Этот ТАТА-фактор обеспечивает присоединение РНК-полимеразы к той нити ДНК, которая будет использоваться в качестве шаблона для транскрипции (матричная нить ДНК). Так как промотор ассиметричен ("ТАТА"), то он связывает РНК-полимеразу только в одной ориентации, что определяет направление транскрипции от 5'-конца к 3'-концу (5'→3'). Другие факторы инициации раскручивают спираль ДНК перед РНК-полимеразой. Элонгация Белковые факторы элонгации обеспечивают продвижение РНК-полимеразы вдоль ДНК и расплетают молекулу ДНК на протяжении примерно 17 нуклеотидных пар. РНК-полимераза продвигается со скоростью 40-50 нуклеотидов в секунду в направлении 5'→3'. Фермент использует АТФ, ГТФ, ЦТФ, УТФ одновременно в качестве субстрата и в качестве источника энергии.Терминация РНК-полимераза остановится, когда достигнет терминирующих кодонов. С помощью белкового фактора терминации, так называемого ρ-фактора, от матрицы ДНК отделяются фермент и синтезированная молекула РНК, которая является первичным транскриптом, предшественником мРНК или тРНК или рРНК. 30. Процессинг первичных транскриптов у эукариот. Процессинг РНК – совокупность процессов в клетках эукариот, которые приводят к превращению первичного транскриптов в зрелую РНК. Типы процессинга: 1 кэпирование – Кэпирование представляет собой присоединение к 5'-концу транскрипта 7-метилгуанозина, а также метилирование остатков рибозы двух первых нуклеотидов. Процесс кэпирования происходит во время синтеза молекулы пре-мРНК. 31. Обратная транскрипция. 2 полиаденилирование – фермент поли(А)-полимераза присоединяет 3'-концу транскрипта от 100 до 200 остатков адениловой кислоты. Полиаденилирование осуществляется при наличии сигнальной последовательности 5'- AAUAAA-3' на 3'-конце транскрипта. 3 сплайсинг После полиаденилирования мРНК подвергается сплайсингу, в ходе которого удаляются интроны (участки, которые не кодируют белки), а экзоны (участки, кодирующие белки) сшиваются и образуют единую молекулу. Сплайсинг катализируется крупным нуклеопротеидным комплексом — сплайсосомой, состоящей из белков и малых ядерных РНК. Многие пре-мРНК могут быть подвергнуты сплайсингу разными путями, при этом образуются разные зрелые мРНК, кодирующие разные последовательности аминокислот (альтернативный сплайсинг). 4 редактирование Редактирование РНК — процесс, в ходе которого информация, содержащаяся в молекуле РНК, изменяется путём химической модификации оснований. 5 метилирование – модификация молекулы ДНК без изменения самой последовательности ДНК. мРНК эукариот подвергаются посттранскрипционному метилированию. То есть сметению (метилированию) наружу ингибиторного гена. 31. Обратная транскрипция Обратная транскрипция – процесс образования 2-цепочечной ДНК на матрице 1-цепоч РНК. В донном участвует фермент обратная транскриптаза (ревертаза). Обратная транскриптаза необходима для осуществления жизненного цикла ретро-вирусов (напр вирус ВИЧ). После попадания вирусной РНК в клетку обратная транскриптаза, содерж в вирусных частицах синтезирует комплиментарную ей ДНК, а затем на этой цепи, как на матрице достраивает вторую цепь. Ретро-вирусы – РНК-содержащие вирусы в жизненный цикл которых входит стадия образования ДНК обратной транскриптазой и внедрение в её геном клетки хозяина в форме провируса. Некоторые формы имеют возможность транскрибировать РНК в ДНК. ВИЧ имеет РНК-геном, который встраивается в ДНК и в результате ДНК вируса объединен с геномом клетки встраивается в ДНК, и в рез ДНК-вируса объединен с геномом клетки хозяина. Результатом явл синтез вирусных протеинов клеткой хозяина, которые образ новые вирусы при митозе и мейозе и передаются дочерним клеткам и потомкам. 32. Трансляция. Трансляция (синтез белка) Трансляция – это биосинтез белка на матрице мРНК. После переноса информации с ДНК на матричную РНК начинается синтез белков. Каждая зрелая мРНК несет информацию только об одной полипептидной цепи. Если клетке необходимы другие белки, то необходимо транскрибировать мРНК с иных участков ДНК. Биосинтез белков или трансляция происходит на рибосомах, внутриклеточных белоксинтезирующих органеллах, и включает 5 ключевых элементов: матрица – матричная РНК, растущая цепь – полипептид, субстрат для синтеза – 20 протеиногенных аминокислот, источник энергии – ГТФ, рибосомальные белки, рРНК и белковые факторы. Выделяют три основных стадии трансляции: инициация, элонгация, терминация. Инициация Для инициации необходимы мРНК, ГТФ, малая и большая субъединицы рибосомы, три белковых фактора инициации, метионин и тРНК для метионина. После формирования тройные комплексы объединяются с большой субъединицей рибосомы. В этом процессе активно участвуют белковые факторы инициации, источником энергии служит ГТФ. После сборки комплекса инициирующая метионил-тРНК связывается с первым кодоном АУГ матричной РНК. После присоединения большой субъединицы начинается стадия элонгации. Элонгация для этой стадии необходимы все 20 аминокислот, тРНК для всех аминокислот, белковые факторы элонгации, ГТФ. Удлинение цепи происходит со скоростью примерно 20 аминокислот в секунду. три шага: 1 Присоединение аминоацил-тРНК к кодону мРНК. 2 образованием пептидной связи между метионином (АУГ) и второй аминокислотой. 3 Фермент транслоказа перемещает мРНК относительно рибосомы таким образом, что первый кодон АУГ оказывается вне рибосомы, далее второй… Цикл элонгации повторяется столько раз, сколько аминокислот необходимо включить в полипептидную цепь. Терминация Синтез белка продолжается до тех пор, пока рибосома не достигнет на мРНК особых терминирующих кодонов – стоп-кодонов УАА, УАГ, УГА. Данные триплеты не кодируют ни одной из аминокислот, их также называют нонсенс-кодоны. Источником энергии для завершения трансляции является ГТФ. 33. Пол как признак. Половой диморфизм. Пол – признаки и свойства организма, обеспечивающие воспроизводство потомства и передачу наследственной информации. Существуют признаки по которым различают организмы разных полов : первичные и вторичные. Первичные признаки – это физиологические и морфологические особеннности организма, указывающие на его половую принадлежность. Первичные половые признаки обеспечивают образов гамет и соединение их в процессе оплодотворения. Вторичные – образ в процессе полового созревания и зависят от первичных. Половое размножение присуще большинству организмов. Существование полового процесса у эукариот и прокариот предполагает наличие по крайней мере 2х полов, в природе встреч раздельнополость чаще, но иногда у жив, а чаще у растений им формы у которых оба пола сущ совместно. Половой диморфизм – анатомические различия между самцами и самками одного и того же биологического вида. Пара хромосом, которые у самца и самки разные, получили название гетерохромосомы или половые хромосомы. Все остальные хромосомные организации – аутосомы. Сущ гомогаметный ХХ и гетерогаметный ХУ пол. У некоторых животных определение пола зависит от внешних условий напр у морского червя Bonellia. 34. Типы определения пола. 3 основных типа: 1. прогамный – пол определяется ДО оплодотворения (Коловратки, Тля). 2. эпигамный – пол определяется ПОСЛЕ оплодотворения яйцеклетки ( Морской червь). 3 сингамный - пол определяется в момент слияния гамет. Хромосомное определение пола – было изучено Уилсоном в 1906. 1 тип: ХУ ( ХХ - женский гомогаметный, ХУ - мужской гетерогаметный) 2 тип: ХО ( ХХ –самка, ХО-самец) 3 тип: У пчёл и муравьёв половых хромосом нет. Самки имеют диплоидный набор хромосом, а самцы — гаплоидный. Гермафродиты – особи с одноврем присутствием первичн и вторичн, м и ж половых признаков. 4 тип: Пол организма зависит от условий среды У некоторых животных пол определяется условиями внешней среды. Так, у некоторых видов крокодилов и черепах пол зависит от температуры, при которой происходит развитие зародыша в яйце: при высокой температуре появляется больше самок, при низкой — больше самцов. 35. Гинандроморфы, интерсексы, гермафродиты. Гермафродиты – организмы, обладающий признаками мужского и женского пола, в том числе и имеющий как мужские, так и женские половые органы. Большая часть высших растений являются гермафродитами, у животных гермафродитизм распространён прежде всего среди беспозвоночных — ряда кишечнополостных, подавляющего большинства плоских, некоторых кольчатых и круглых червей, моллюсков, ракообразных и насекомых. Гинандроморфизм – Гинандроморфы - это организмы, совмещающий в себе части тела разных полов — мужского и женского.Особи гинандроморфы наиболее ярко выражены у насекомых, с чётко проявл признаками полового диморфизма. Выделяют следующие типы гинандроморфов : 1. билатеральные (одна половина тела им признаки м, а вторая ж). 2. передне-задние (передняя м, а задняя ж). 3. мозичные (в хаотичном порядке). Интерсекс – особь, рождённая с половыми признаками, которые не соответствуют типичному определению мужского или женского тела. Это не обязательно наличие мужских и женских половых признаков одновременно — у человека может быть полностью женское тело, но без матки или полностью мужское, но с дополнительной Y хромосомой. Интерсекс — это про любую анатомию, которая отличается от типичного мужского или женского тела. Интерсекс — это не гермафродит. Люди и млекопитающие в целом не бывают гермафродитами в полном смысле этого слова, у них не бывает двух репродуктивных систем или двойного набора гениталий одновременно. Относится к физиологии и не имеет отношения к сексуальной ориентации и гендерной идентичности. От 0,5 – 1,7 % людей в мире явл интерсексами. 36. Наследование признаков, сцепленных с полом. |