Шпоры. шпоры. 7. Митохондриальная днк (мтднк) представляет собой геном клеточных органелл митохондрий
 Скачать 168 Kb.
|
|
7. Митохондриальная ДНК (мтДНК) представляет собой геном клеточных органелл – митохондрий. Эндосимбиотическое происхождение этих органелл обуславливает полуавтономное существование генетической системы митохондрий. Так, синтез ДНК в митохондриях проходит независимо от синтеза ДНК ядерной, а наследование этой цитоплазматической генетической структуры – митохондриальной хромосомы – происходит в норме строго по материнской линии. Это дает авторам основание условно выделить совокупность митохондриальных генов и любых реплицирующихся фрагментов мтДНК в отдельный генетический ресурс популяции – митохондриальный генофонд. ДНК-содержащие структуры в митохондриях были выявлены в 60-х годах. За последние четверть века детально изучена структурная и функциональная организация митохондриального генома человека и многих видов животных. Митохондриальная хромосома представлена кольцевой двухцепочечной молекулой ДНК, которая присутствует в органелле в виде ковалентно замкнутой суперспирализованной формы, ассоциированой с внутренней мембраной митохондрии. Каждая органелла содержит от 1 до 8 молекул ДНК, что составляет 1000 – 8000 копий на клетку. Как правило, один организм обладает единой формой мтДНК, т.е. одним гаплотипом, унаследованным по материнской линии. 17.Рибосома представляет собой элементарную клеточную машину синтеза любых белков клетки. Все они построены в клетке одинаково, имеют одинаковую молекулярную композицию, выполняют одинаковую функцию - синтез белка - поэтому их можно так же считать клеточными органоидамиПоэтому основная масса клеточной РНК представляет собой именно рибосомную РНК. РНК рибосом относительно стабильна, рибосомы могут существовать в клетках культуры ткани в течение нескольких клеточных циклов. В печеночных клетках время полужизни рибосом составляет 50-120 часов. Рибосомы - это сложные рибонуклеопротеидные частицы, в состав которых входит множество молекул индивидуальных белков и несколько молекул РНК, Рибосомы прокариот и эукариот по своим размерам и молекулярным характеристикам отличаются, хотя и обладают общими принципами организации и функционирования. К настоящему времени методом рентгеноструктурного анализа высокого разрешения полностью расшифрована структура рибосом. Адапторная» функция тРНК: присоединяясь одним концом к аминокислоте, а другим спариваясь с кодоном, тРНК переводит последовательность нуклеотидов в последовательность аминокислот. 18. В процессе трансляции растущие полипептидные цепи приобретают высокоспецифическую пространственную структуру, которая формируется полностью после завершения биосинтеза. Процесс сворачивания полипептидной цепи в пространственную структуру получил название фолдинга. В результате фолдинга в водных растворах у водорастворимого полипептида уменьшается свободная энергия, гидрофобные остатки аминокислот упаковываются преимущественно внутрь молекулы, а гидрофильные остатки располагаются на поверхности белковой глобулы. Правильное сворачивание ( фолдинг ) полипептидных цепей некоторых белков в клетках эукариот обеспечивается специфическими белками, называемыми шаперонами, которые необходимы для эффективного формирования третичной структуры полипептидных цепей других белков, но не входят в состав конечной белковой структуры. Новосинтезированные белки после выхода с рибосом для правильного функционирования должны укладываться в стабильные трехмерные структуры и оставаться такими на протяжении всей функциональной жизни клетки. Поддержание контроля качества структуры белка осуществляется шаперонами, специальными белками, катализирующими укладку полипептидов. 25.Гено́м — совокупность всех генов организма; его полный хромосомный набор. Термин геном для описания совокупности генов, заключённых в гаплоидном наборе хромосом организмов одного биологического вида. Первоначальный смысл этого термина указывал на то, что понятие генома в отличие от генотипа является генетической характеристикой вида в целом, а не отдельной особи. С развитием молекулярной генетики значение данного термина изменилось. Известно, что ДНК, которая является носителем генетической информации у большинства организмов и, следовательно, составляет основу генома, включает в себя не только гены в современном смысле этого слова. Большая часть ДНК эукариотических клеток представлена некодирующими («избыточными») последовательностями нуклеотидов, которые не заключают в себе информации о белках и РНК. Генетическая информация в клетках содержится не только в хромосомах ядра, но и во внехромосомных молекулах ДНК. У бактерий к таким ДНК относятся плазмиды и некоторые умеренные вирусы, в клетках эукариот — это ДНК митохондрий, хлоропластов и других органоидов клеток. Объёмы генетической информации, заключённой в клетках зародышевой линии (предшественники половых клеток и сами гаметы) и соматических клетках, в ряде случаев существенно различаются.Следовательно, под геномом организма понимают суммарную ДНК гаплоидного набора хромосом и каждого из внехромосомных генетических элементов, содержащуюся в отдельной клетке зародышевой линии многоклеточного организма. В определении генома отдельного биологического вида необходимо учитывать, во-первых, генетические различия, связанные с полом организма, поскольку мужские и женские половые хромосомы различаются. Во-вторых, из-за громадного числа аллельных вариантов генов и сопутствующих последовательностей, которые присутствуют в генофонде больших популяций, можно говорить лишь о некоем усреднённом геноме, который сам по себе может обладать существенными отличиями от геномов отдельных особей. Размеры геномов организмов разных видов значительно отличаются друг от друга и при этом часто не наблюдается корреляции между уровнем эволюционной сложности биологического вида и размером его генома. 26. ДНК в митохондриях представлена циклическими молекулами, не образующими связь с гистонами, в этом отношении они напоминают бактериальные хромосомы. У человека митохондриальная ДНК содержит 16,5 тыс. н.п., она полностью расшифрована. Найдено, что митохондральная ДНК различных объектов очень однородна, отличие их заключается лишь в величине интронов и нетранскрибируемых участков. Все митохондриальные ДНК представлены множественными копиями, собранными в группы, кластеры. Так в одной митохондрии печени крысы может содержаться от 1 до 50 циклических молекул ДНК. Общее же количество митохондриальной ДНК на клетку составляет около одного процента. Синтез митохондриальных ДНК не связан с синтезом ДНК в ядре. Так же как и у бактерий митохондральная ДНК собрана в отдельную зону – нуклеоид, его размер составляет около 0, 4 мкм в диаметре. В длинных митохондриях может быть от 1 до 10 нуклеоидов. При делении длинной митохондрии от нее отделяется участок, содержащий нуклеоид (сходство с бинарным делением бактерий). Количество ДНК в отдельных нуклеоидах митохондрий может колебаться в 10 раз в зависимости от типа клеток. При слиянии митохондрий может происходить обмен их внутренними компонентами. На митохондриальном геноме синтезируются и транспортные РНК, всего синтезируется 22 тРНК. Триплетный код митохондриальной синтетической системы отличен от такового, используемого в гиалоплазме. Несмотря на наличие казалось бы всех компонентов, необходимых для синтеза белков, небольшие молекулы митохондриальной ДНК не могут кодировать все митохондриальные белки, только лишь их небольшую часть. 27. Геном человека — это геном биологического вида Homo sapiens. В нормальной ситуации в большинстве клеток человека должно присутствовать 46 хромосом: 44 из них не зависят от пола (аутосомные хромосомы), а две — X-хромосома и Y-хромосома — определяют пол (XY — у мужчин или ХХ — у женщин). Хромосомы в общей сложности содержат приблизительно 3 миллиарда пар оснований нуклеотидов ДНК, в которых по оценкам содержится 20000-25000 генов. [1] В ходе выполнения проекта «Геном человека» содержимое хромосом находящихся в стадии интерфаза в клеточном ядре (вещество эухроматин) было выписано в виде последовательности символов. В настоящее время эта последовательность активно используется по всему миру в биомедицине. В ходе исследований выяснилось, что человеческий геном содержит значительно меньшее число генов, нежели ожидалось в начале проекта. Только для 1.5 % всего материала удалось выяснить функцию, остальная часть составляет так называемую мусорную ДНК. [2] В эти 1,5 % входят собственно сами гены, которые кодируют РНК и белки, а также их регуляторные последовательности, интроны и, возможно, псевдогены). 44.Генетический маркер - участок ДНК с известной локализацией. Г.м. может служить аллель с известной локализцией, определяющий какой-либо признак; отличительный морфологический признак какой-либо хромосомы, например, перетяжка (морфологический маркер); полиморфные фрагменты ДНК (молекулярные маркеры). Г.м. служат опорными точками для картирования генов. Банк генов — библиотека генов, набор фрагментов ДНК, в котором представлены все гены организма. Банк генов представляет собой культуру микроорганизмов, в каждую клетку которых введен вектор, несущий один из фрагментов этого набора. Банк генов можно длительно хранить в замороженном состоянии и по необходимости выделять отдельные микроорганизмы, содержащие фрагменты ДНК с нужными генами, и размножать их. Клонированные таким способом гены выделяют из клеток и используют для решения различных теоретических и практических задач генетики, медицины и биотехнологии. Клонотека генов представляет собой набор разных последовательностей нуклеотидов ДНК, клонированных в составе векторных молекул, которые в сумме составляют весь геном исследуемого организма или какую-либо известную его часть. При этом репрезентативная клонотека должна заключать в себе с высокой долей вероятности любую последовательность нуклеотидов изучаемого генома. Для большинства генов эукариот характерна интрон-экзонная структура, а интроны, присутствующие в первичных транскриптах таких генов, вырезаются в процессе сплайсинга с образованием зрелых молекул мРНК. Для получения экспрессии эукариотических генов в клетках прокариот, а также изучения тканеспецифической экспрессии генов возникает необходимость в получении кодирующих последовательностей эукариотических генов без интронов. В этом случае задача решается через создание репрезентативных клонотек кДНК, в которых с высокой вероятностью представлены последовательности нуклеотидов мРНК, синтезирующихся в тканях, культурах тканей или отдельных соматических клетках. 45. Трансгенные организмы — растения и животные, геном которых изменен в результате генно-инженерных операций. Клонирование,в биологии – метод получения нескольких идентичных организмов путем бесполого размножения. Таким способом на протяжении миллионов лет размножаются в природе многие виды растений и животных. Однако сейчас термин «клонирование» обычно используется в более узком смысле и означает копирование клеток, генов, антител и даже многоклеточных организмов в лабораторных условиях. Появившиеся в результате бесполого размножения экземпляры по определению генетически одинаковы, однако и у них можно наблюдать наследственную изменчивость, обусловленную случайными мутациями или создаваемую искусственно лабораторными методами. 1,2,3. Молекулярная биология и мед. Генетика – наука, изучающая процессы жизнедеятельности живых организмов, включая человека на мол – ген. Уровне. Предметом науки является: 1. макромолекулы кл., их строение, функции, свойства. К НК (ДНК) принадлежит гл роль: хранение, передача информации и воспроизведение наследственной информации (репликация). Белки являются продуктом деятельности НК. Белки составляют такие важнейшие клет структуры: мемб-ы, ферменты, функциональные белки (гемоглабин в эритразитах, миоглабин мышечной ткани актинимиозин, ослин-костной ткани). Белки-рецепторы, сигнальные вещество. Задачами НБ и мед. Генетики явл.: 1. изучение мол-й структуры и ф-и осн. Компонентов живых организмов, 2. изменение молекулярного строения и функции различных структур, 3. изучение молекулярных основ жизнедеятельности в тесном контакте с наследственной болезнью человека, 4. разработка методов молекулярной генетики для улучшения диагностики, лечения и профилактики наследственных патологий. Уетсон, Крик – мод ДНК, Жакоб и Моно – мод. Регуляции генной активности. Гамов и Корано – расшифровали структуру и форму генного кода. Бенза – изучил тонкое строение гена мутон, рекон и цестон. Рекон-ед. рекомбинации. Мутон-ед. мутации. Цестрон-часть гена. В настоящее время успехи мол биологии мед генетики всецело зависит от коллективного труда спец-х институтов, лабораторий, диагностических центров. В Казахстане есть институт МБ. Они занимаются молекулярными основами онкогенеза. 17. Адаптационная функция тРНК. тРНК имеет своеобразную пространственную структуру. Она имеет 2 функциональные структуры: 1. на переднем конце располагается антикодон и специфичной для каждой аминокислоты. Функция антикодона – поиск соответствующего кодона в мРНК, проходящей через рибосому, 2. Место присоединения аминокислоты с тРНК. Процесс присоединения А К – ферментотивный и энергетический. Получ-е сложный комплекс аминоацил тРНК. В таком виде этот комплекс входит в большую субъединицу рибосомы. 24. Генная инженерия – наука, задачей которой является создание организмов основными нассл. свойствами. Методы генной инженерии является введение натуральных или синтезированных генов в организм (чаще бактерии). Суть метода заключается в том, что 1. получение желательного гена, 2. присоединение гена к вектору (носителю). Векторами служат вирусы, 3. бактерии (коли) кишечной палочки обрабатывают вирусом с прикрепленным геном. Ген войдя в бактерию встраивается в хр либо в плазмиду, 4. ген начинает функционировать, работать и синтезировать то вещество информацию о котором он несет. Например так синтезируется интерферон, инсулин, самотостатин. 22. Ген- функциональная единица наследственного материала. Ген- как структурно-функциональная единица наследственности определяет возможность развития отдельного признака организма. В химическом отношении это фрагмент молекулы ДНК, несущий информацию о последовательности аминокислот в составе белка. Белки обладают различной структурой, обладают специфическими свойствами и участвуют в формировании признаков организмов. С генами связано свойство дискретности наследственного материала или его делимости. Они несут ответственность за передачу по наследству отдельного признака или свойства организма. Изменение в структуре генов приводит в конечном счете к изменению элементарных признаков. В современной молекулярной генетике под определением ген понимается функциональная единица наследственного материала определяющая возможность синтеза полипептидной цепи, т-РНК или р-РНК. Свойства генов. В процессе реализации наследственной информации проявляются свойства генов. Дискретность- ген определяет возможность развития отдельного качества или свойства присущего клетке или организма. Специфичность- в гене заключается информация об аминокислотной последовательности определенного полипептида. Плейотропность- проевление одного гена в формировании различных признаков, предположительно через участие его в разных биохимических процессах. Дозированность- количественная зависимость результата действия гена от дозы соответствующего аллеля этого гена. 23. Классификация генов. Выделяют основные группы, связанные с обеспечением процессов биосинтеза в организме. 1.Структурные(конститутивные) гены- контролирующие развитие конкретных признаков. Продуктом их первичной активности являются полипептиды, рРНК или тРНК. 2.Гены регуляторы- координирующие активность структурных генов, в зависимости от специализации клеток и периода индивидуального развития. 3.Гены модуляторы- ингибиторы, мутаторы, модификаторы, вызывающие различные смещения в процессе развития признака. 33. Мутации. Геномные мутации. Они связаны с изменением числа хромосом в клетках организма. К геномным мутациям относятся: полиплоидия и анеуплоидия. Полиплоидия – это увеличение числа хромосом, кратно гаплоидному набору. Полиплоидные организмы имеют хромосомные наборы 3п, 4п, 5п и более. У человека полиплоидия приводит к гибели зародышей на различных стадиях эмбриогенеза. Анеуплоидия это изменение числа хромосом в хромосомном наборе клеток по отдельным парам гомологичных хромосом. Виды анеуплоидии: Моносомия- уменьшение хромосомного набора на 1 зромосому (2n-1). Трисомия – увеличение хромосомного набора на 1 хромосому (2n+1). Тетрасомия (двойная трисомия) увеличение хром. набора на 2 хром-ы (2n+2). Полисомия увеличение хром.набора на 3 и более число хромосом. Нуллисомия уменьшение хром.набора на 2 хромосомы (2n -2). Хромосомные мутации (аберрации) Они связаны с нарушениями структуры отдельных хромосом. В основе структурных перестроек хромосом лежат разрывы ДНК, происходящие во время кроссинговер в мейозе при гаметообразовании или под воздествием мутагенных факторов как следствие радиационного, химического и биологического мутагенеза. Хромосомные мутации подразделяются на несколько видов: Внутрихромосомные перестройки. Делеции (нехватки) потери фрагментов хромосом. Дупликации удвоение фрагментов хромосом. Инверсии повороты фрагментов на 180 градусов с последующим встраиванием их в хромосому противоположными концами. Межхромосомные перестройки. Транслокации- обмены фрагментами между хромосомами-реципрокные транслокации или переносы фрагментов с одной хромосомы на другую, негомологичную – транспозиции. Хроматидно-хомосомные обмены. Такие обмены нарушают нормальную конъюгацию гомологичных хромосом в профазе первого мейоза и приводят к сложным перестройкам хромосом в гаметах. Генные мутации (трансгенации) это нарушения происходящие в структуре генов. Причина заключается в изменениях нуклеотидного ДНК. По молекулярному механизму таких изменений генные мутации подразделяются на несколько видов. 1.Замены нуклеотидов, 2.Выпадения нуклеотидов, 3.Вставки нуклеотидов. Генные мутации приводят к изменениям в структуре кодонов генетического кода и сопровождаются соответствующими изменениями в аминокислотном составе полипептидов. Генные мутации реализуются также при нарушениях в системе репарации ДНК. |