МИКРОБИОЛОГИЯ 1-90. 1. Відмінності вірусів від інших мікроорганізмів Віруси мають такі відмінності
 Скачать 253.74 Kb.
|
|
20. Зворотня транскрипція (С.М. Гершензон), ревертазна реакція. Транспозиції. Зворотна транскриптаза (або РНК-залежна ДНК-полімераза) — фермент (КФ 2.7.7.49), що каталізує синтез ДНК з використанням РНК як матриці. Називається так тому, що більшість процесів транскрипції в живих організмах відбуваються в іншому напрямку, а саме, з молекули ДНК синтезується РНК-транскрипт. Зворотна транскриптаза була відкрита Говардом Теміном в Вісконсинському Університеті в Медісоні і незалежно близько Девідом Балтімором в MIT в 1970 році. Обидва разом зРенато Дульбекко розділили Нобелівську премію з фізіології і медицини за це відкриття. Зворотну транскрипцію також описав київський генетик Сергій Гершензон Транспозиція в генетиці - переміщення певних генетичних елементів з одного місця на хромосомі в інше. 21. Мобільні генетичні елементи про- та еукаріотів. Відкриття мобільних генетичних елементів еукаріотів Б. Мак Клінток. Мобільні генетичні елементи — послідовності ДНК, здатні переміщатися усередині геному живих організмів. МГЕ повсюдно поширені в живій природі від плазмід, фагів і бактерій до вищих тварин і рослин. Переміщення мобільних елементів сприяє структурним реорганізаціям генома, межвидовому (горизонтальному) переносу генетичного матеріалу і мутаційної нестабільності генів У геномі еукаріот, залежно від особливостей структурної організації і молекулярних механізмів транслокації та інтегрування, виділяють такі види мобільних генетичних елементів: транспозони, ретротранспозони і ретропозони. Значний внесок у вивчення мобільних генетичних елементів геному еукаріот було зроблено працями Г. Георгієва, який встановив, що мобільні генетичні елементи, або, так звані, мобільно дисперговані гени (МДГ) можуть виявляти вплив як на структуру, так і на експресію інших генів і, як наслідок, на властивості генних продуктів. Крім того, дослідженнями Г. Теміна (1972 р.) було виявлено подібність транспозонів, мобільно диспергованих генів та онкогенів провірусів, які можуть вступати в рекомбінантну взаємодію з окремими клітинними генами та зумовлювати онкотрансформацію клітин.Ретропозони. Цей вид мобільних генетичних елементів являє собою вбудовані в геном еукаріот ДНК-копії, які синтезуються на різних видах клітинних РНК за участю ферменту зворотної транскриптази.Ретротранспозони. За структурою ретротранспозони подібні до проретровірусів, які вбудовуються в геном за участю ферменту зворотної транскриптази. На структурних ділянках знаходяться відкриті рамки зчитування (ОRF), які кодують ферменти (зворотну транскриптазу та інтегразу);Транспозони. Цей вид мобільних генетичних елементів геному еукаріот подібний до транспозонів прокаріот, однак має певні специфічні риси: до складу транспозонів крім генів, здатних до транспозиції, входять ділянки ДНК, які розміщені поруч, або фрагменти інших генів, локалізовані на певній відстані; кожен транспозон містить чергування нуклеотидів, які забезпечують вбудовування його в геном. Повні копії транспозонів містять відкриті рамки зчитування (ORF), які кодують фермент транслоказу, необхідний для перенесення мобільних генетичних елементівМобільні генетичні елементи геному прокаріот:ІS-елементи– це вбудований сегмент, фрагменти ДНК, довжиною 750-1500 н.п., здатні до транслокації (перенесення) з однієї ділянки геному до іншої. ІS-елементи містять лише ті гени, які необхідні для їх власної транспозиції. Ці елементи виявлені в бактеріальних хромосомах у вигляді чисельних повторів нуклеотидів.Транспозони (Тп-елементи) – це мобільні генетичні елементи бактеріальних клітин, які являють собою фрагменти ДНК, подібні до ІS-елементів, однак мають значно складнішу будову. В складі транспозонів транслокуються не лише окремі гени, але і ділянки геному, які безпосередньо до них прилягають: гени токсинів, стійкості до антибіотиків, певних ферментів метаболізму. Кожен транспозон може містити один чи кілька сайтів вбудовування в певні ділянки геному.Важливою особливістю мобільних елементів бактеріальних клітин є те, що вони можуть не лише мігрувати з однієї ділянки геному до іншої, але і зумовлювати злиття окремих репліконів, внаслідок чого утворюються їх коінтеграти, розділені фрагментами мобільного елементу. 22. Плазміди бактерій, Ті-плазміди, Rі-плазміди. Плазміда – це позахромосомний генетичний елемент клітини, здатний до самовідтворення. Цей фрагмент ДНК має кільцеву форму і довжину від 2 до 400 тис. пар нуклеотидів. Назву для позахромосомного генетичного матеріалу запропонували у 1952 році американські дослідники Дж. Ледерберг з співавторами.Плазміди здатні автономно копіюватися (реплицироваться) і існувати в цитоплазмі клітини, тому в клітці може бути кілька копій плазмід. Плазміди можуть включатися (інтегрувати) в хромосому і реплицироваться разом з нею. Розрізняють трансмісивні і нетрансміссівние плазміди. Трансмісивні (кон'югатівних) плазміди можуть передаватися з однієї бактерії в іншу.У одній прокаріотичній клітині може бути близько десяти таких плазмід. Плазміди зустрічаються також у тих компартментах еукаріотичних клітин, які мають власний геном (мітохондріях, пластидах). Це ще один доказ симбіотичного походження мітохондрій. Відповідно до функціональних особливостей, плазміди поділяють на такі основні типи:· F-плазміди (фертильність або плодючість);· R-плазміди (резистентність або стійкість до антибіотиків та сульфаніламідних препаратів); · Col-плазміди (продукують коліцини або бактеріоцини); · Ti-плазміди (викликають пухлини у вищих рослин). Ті-плазміди відносяться до класу коньюгативних плазмід, тобто може передаватися у клітини А. tumefaciens, які позбавлені її.Плазміди часто реплікуються разом з ДНК хазяїна, але вони не потрібні для виживання його клітини. Головними властивостями плазмід є їхня здатність до автономної реплікації і трансмісивність (здатність до самопередавання). Плазміди можуть існувати в клітині не тільки в автономному, а й в інтегрованому (об'єднаному) стані з бактеріальною хромосомою (подібно до хромосомних генів). У цьому разі їх називають епісомами. Головними властивостями плазмід є їхня здатність до автономної реплікації і трансмісивність (здатність до самопередавання). Переважна більшість плазмід складається із трьох груп генів: ділянкиДНК, яка відповідає за автономну реплікацію плазміди в клітині; генів, що забезпечують можливість перенесення плазмід із однієї клітини в іншу, і генів, котрі визначають корисні властивості для клітини-хазяїна. 23. Використання мобільних генетичних елементів у генетичному аналізі та конструюванні еукаріот, прокаріот. Мобільні генетичні елементи — послідовності ДНК, здатні переміщатися усередині геному живих організмів. МГЕ повсюдно поширені в живій природі від плазмід, фагів і бактерій до вищих тварин і рослин. Переміщення мобільних елементів сприяє структурним реорганізаціям генома, межвидовому (горизонтальному) переносу генетичного матеріалу і мутаційної нестабільності генів.У геномі еукаріот, залежно від особливостей структурної організації і молекулярних механізмів транслокації та інтегрування, виділяють такі види мобільних генетичних елементів: транспозони, ретротранспозони і ретропозони. Значний внесок у вивчення мобільних генетичних елементів геному еукаріот було зроблено працями Г. Георгієва, який встановив, що мобільні генетичні елементи, або, так звані, мобільно дисперговані гени (МДГ) можуть виявляти вплив як на структуру, так і на експресію інших генів і, як наслідок, на властивості генних продуктів. Крім того, дослідженнями Г. Теміна (1972 р.) було виявлено подібність транспозонів, мобільно диспергованих генів та онкогенів провірусів, які можуть вступати в рекомбінантну взаємодію з окремими клітинними генами та зумовлювати онкотрансформацію клітин.Ретропозони. Цей вид мобільних генетичних елементів являє собою вбудовані в геном еукаріот ДНК-копії, які синтезуються на різних видах клітинних РНК за участю ферменту зворотної транскриптази.Ретротранспозони. За структурою ретротранспозони подібні до проретровірусів, які вбудовуються в геном за участю ферменту зворотної транскриптази. На структурних ділянках знаходяться відкриті рамки зчитування (ОRF), які кодують ферменти (зворотну транскриптазу та інтегразу);Транспозони. Цей вид мобільних генетичних елементів геному еукаріот подібний до транспозонів прокаріот, однак має певні специфічні риси: до складу транспозонів крім генів, здатних до транспозиції, входять ділянки ДНК, які розміщені поруч, або фрагменти інших генів, локалізовані на певній відстані; кожен транспозон містить чергування нуклеотидів, які забезпечують вбудовування його в геном. Повні копії транспозонів містять відкриті рамки зчитування (ORF), які кодують фермент транслоказу, необхідний для перенесення мобільних генетичних елементівМобільні генетичні елементи геному прокаріот: ІS-елементи– це вбудований сегмент, фрагменти ДНК, довжиною 750-1500 н.п., здатні до транслокації (перенесення) з однієї ділянки геному до іншої. ІS-елементи містять лише ті гени, які необхідні для їх власної транспозиції. Ці елементи виявлені в бактеріальних хромосомах у вигляді чисельних повторів нуклеотидів.Транспозони (Тп-елементи) – це мобільні генетичні елементи бактеріальних клітин, які являють собою фрагменти ДНК, подібні до ІS-елементів, однак мають значно складнішу будову. В складі транспозонів транслокуються не лише окремі гени, але і ділянки геному, які безпосередньо до них прилягають: гени токсинів, стійкості до антибіотиків, певних ферментів метаболізму. Кожен транспозон може містити один чи кілька сайтів вбудовування в певні ділянки геному.Важливою особливістю мобільних елементів бактеріальних клітин є те, що вони можуть не лише мігрувати з однієї ділянки геному до іншої, але і зумовлювати злиття окремих репліконів, внаслідок чого утворюються їх коінтеграти, розділені фрагментами мобільного елементу. 24. Полімеразна ланцюгова реакція, її значення для молекулярного типування еу- та прокаріотів. Використання в медицині та криміналістиці. Полімеразна ланцюгова реакція— експериментальний метод молекулярної біології, спосіб значного збільшення малих концентрацій бажаних фрагментів ДНК в біологічному матеріалі (пробі). (цей процес називається ще і ампліфікацією, ПЛР дозволяє проводити безліч інших маніпуляцій з генетичним матеріалом (введення мутацій, зрощення фрагментів ДНК), і широко використовується в біологічній і медичній практиці, наприклад для клонування генів, введення мутацій, виділення нових генів, секвенування, для створення і визначення генетично модіфікованих організмів, діагностики захворювань (спадкових, інфекційних), ідентифікації малих кількостей ДНК, встановлення батьківства. Полімеразна ланцюгова реакція - дозволяє досягти значного збільшення певних фрагментів н/к в біологічному матеріалі. Перший етап : денатурування ДНК, яка міститься в зразку. Для цього суміш нагрівають до 92-95 , внаслідок чого дволанцюгові молекули ДНК розплітаються з утворенням двох одно ланцюгових молекул. Другий етапвідбувається відпал ( приєднання праймерів до ДНК- мішені з утворенням дволанцюгових ділянок ДНК).Для забезпечення цього процесу праймери беруться в надлишку відносно матриці. З утвореними комплексами праймер-матриця зв’язуються ДНК-полімераза. Третій етап відбувається одночасне копіювання ДНК, яке починається власне з двох раймерів комплементарних відповідним ділянкам ДНК на протилежних ланцюгах. Для проведення ПЛР потрібно: Термостабільна ДНК-полімераза, ДН-матриця, два праймери,дезоксирибонуклеозидтрифосфати, іони магнію, буферний розчин. Метод генетичних відбитків пальців— метод, що використовується в криміналістиці для ідентифікації людини, порівнюючи її ДНК з ДНК в наданому зразку. ПЛР звичайно використовувається для ампліфікації набору певних регіонів ДНК, про які відомо, що воні змінюються в довжині від людини до людини. Комбінація довжин всіх цих регіонів, які потім розділяються за допомогою гелевого електрофорезу, створює «генетичний відбиток пальців». 25. Репараційний синтез ДНК. Ексцизійна репарація нуклеотидів. Постреплікативна репарація. Репарація ДНК один із загальних біологічних процесів, спрямований на виправлення помилок синтезу ДНК при реплікації, а також численних пошкоджень, що виникають у ДНК унаслідок дії хімічних і фізичних факторів (хімічні модифікації азотистих основ, ковалентні зшивки сусідніх пі-римідинів під дією ультрафіолетового випромінювання, одно- і дволанцюгові розриви, що виникають під дією іонізуючої радіації та вільних радикалів).Більшість репараційних процесів передбачає видалення пошкодженої одноланцюгової ділянки з наступним синтезом ДНК за допомогою ДНК-полімераз. Більш радикальним і ефективним шляхом виправлення порушень нуклеотидів є ексцизійна репарація, коли пошкоджена одноланцюгова ділянка вирізається з ДНК, а інший ланцюг використовується далі як матриця для нового синтезу. При ексицизійній репарації азотистих основ модифікована азотиста основа розпізнається ферментом, який відщеплює її від дезоксирибози. У ДНК залишається так званий АП-сайтñ . Ще два ферменти видаляють дезоксирибозу в АП-сайті, і в ДНК залишається прогалина довжиною в один нуклеотид. Ця прогалина заповнюється ДНК-полімеразою β(в еукаріотів)і ДНК-полімеразою І (у прокаріотів) , яка приєднує нуклеотид до3'-ОН групи попереднього нуклеотиду ланцюга. Праймер (затравка)- це короткий фрагмент нуклеїнової кислоти (олигонуклеотид), комплементарний ДНК-або РНК-мішені, служить затравкой для синтезу комплементарної ланцюга за допомогою ДНК-полімерази (при реплікації ДНК). В даний час встановлено, що синтез другого ланцюга ДНК здійс- . нюється короткими фрагментами (фрагменти Оказаки) також в напрямки від 5′- до З’-кінця Кінцевим результатом процесу реплікації є утворення двох молекул ДНК, нуклеотидна послідовність якої ідентична такій в материнській подвійній спіралі ДНК. Фрагмент ДНК від точки початку реплікації до точки її закінчення утворює одиницю реплікації— реплікон.Постреплікативна репарація здійснюється шляхом рекомбінації’ (обмін фрагментами) між двома знов утвореними подвійними спіралями ДНК. Прикладом такої постреплікативної репарації може служити відновлення нормальної структури ДНК при виникненні тимінових димерів (Т—Т). Ковалентні зв’язки, що виникають між залишками тиміну, якщо вони стоять поряд, роблять їх не здатними до зв’язування з комплеметарними нуклеотидами. В результаті в ланцюзі ДНК, що знов синтезується, з’являються розриви (проломи), які впізнаються ферментами ре репарації. 26. Молекулярна та надмолекулярна будова хромосом. Нуклеосоми, пістони. Рівні компактизації ДНК у хромосомах. Хромосома — це велика молекулярна структура, де міститься близько 90 % ДНК клітини. Всі хромосоми містять дуже довгий безперервний полімеризований ланцюг ДНК (єдину ДНК-молекулу), що містить гени, регуляторні елементи та проміжні нуклеотидні послідовності. Хроматином називають комплекс ДНК та білків (гістонові та негістонові). Найменшими структурними компонентами хромосом є нуклеопротеїдні фібрили. Центромера - ділянка хромосоми, що характеризується специфічною послідовністю нуклеотидів і структурою. Центромера відіграє важливу роль в процесі розподілу клітинного ядра і в контролі експресії генів, бере участь у з'єднанні сестринських хроматид, формуванні кінетохора, кон'югації гомологічних хромосом і залучена в контроль експресії генів. Хроматида - структурний елемент хромосоми, що формується в інтерфазі ядра клітини в результаті подвоєння (реплікації) хромосоми.У хромосомах розрізняють різні рівні їх організації :Нуклеосомний рівень .Нуклеосома — структурна одиниця хромосоми в неконденсованому хроматині містить октамер гістонів, який складає її стержень. Навколо октамера накручені два витки ДНК. Гістони мають фізіологічно позитивний заряд завдяки наявності в них великої кількості амінокислот лізину та аргініну, а присутність фосфатних груп в нуклеотидах придає ДНК негативного заряду.Нуклеомерний рівень — більш конденсована ділянка хроматину — суперспіраль.Найвищий — хромомерний і хромосомний рівень організації хромосом.Гісто́ни — основний клас білків, необхідних для упакування молекул ДНК у хроматин. Гістони дуже багаті на основні амінокислоти (аргінін і лізин). Для всіх гістонів характерна наявність спільного структурного мотиву, представленого трьома α-спіралями, об'єднаними двома петлям. В еукаріотів гістони локалізуються в клітинному ядрі, в архей типу Euarchaeota — у цитоплазмі. Існує п'ять різних типів гістонів. Гістони також відіграють важливу роль у регуляції експресії генів, перебудові хроматину тощо. Молекули гістонів утворюють групи — нуклеосоми— структурна частина хроматину, утворена ділянкою нитки ДНК намотаною на серцевину із основних білків-гістонів. Серцевина нуклеосоми складається із восьми білків. Впродовж клітинного циклу нуклеосоми тимчасово від'єднуються від ДНК тільки під час реплікації, також вони можуть бути усунуті на ділянках, що транскрибуються у певний момент. 27. Хромосоми, їх морфологічна будова. Каріотип. Еухроматин тагетерохроматин. Будова центромер. Теломери, теломераза. Хромосоми — це основні функціональні ауторепродуктивні структури ядра, в яких концентрується ДНК і з якими зв’язана функція ядра. Супутники (трабанти, або сателіти)--це круглі або видовжені тільця, з'єднані з рештою хромосоми тонкою хроматиновою ниткою. Теломера — ділянка ДНК, що складається із великого числа повторів та розташований на кінці лінійної хромосоми. Основна роль теломер — захист ДНК. Теломераза — фермент, що додає певні повторювані фрагменти ДНК до теломери, розташованих на 3'-кінці ДНК хромосом еукаріотів. Фермент теломераза є зворотною транскриптазою, що містить свою власну РНК ,яка використовується в якості матриці для синтезу нових послідовностей теломери . Каріотип — набір хромосом, специфічний для кожного виду організмів; характеризується певною кількістю хромосом та особливістю їхньої будови. Генетичний матеріал присутній в ядрі у вигляді хроматину, або комплексу білка і ДНК. Є два види хроматину: еухроматин і гетерохроматин. Еухроматин — менш компактна форма ДНК. Області ДНК, які знаходяться у формі еухроматину містять гени, які часто зчитуються клітиною Області ДНК (ДНК більш компактно упакована), які знаходяться у формі гетерохроматину містять гени, які не зчитуються клітиною на даній стадії розвитку (цей вид гетерохроматину відомий як факультативний гетерохроматин) або є областями, які складають теломери і центромери хромосом (цей вид гетерохроматину відомий як конструктивний гетерохроматин).Центромера — ділянка в середині хромосоми, що характеризується специфічною нуклеотидною послідовністю і структурою. Центромера грає важливу роль в процесі поділу клітинного ядра і в контролі експресії генів. |