|
|
работа. Билет 1 Уровни организации жизни. Проявление главных свойств жизни на разных уровнях ее организации
|
БИЛЕТ № 22
Генетическая инженерия как новый этап развития биотехнологии. Синтез гена. Способы внедрения в клетки искусственно синтезированных генов.
Генная (генетическая) инженерия - совокупность приемов, методов и технологий выделения генов из организмов (клеток), осуществления манипуляций с генами и введения их в другие организмы. Генетическая инженерия не является наукой в широком смысле, но является инструментом биотехнологии, используя методы таких биологических наук, как молекулярная и клеточная биология, цитология, генетика, микробиология, вирусология.
Получение генов.
Для химического синтеза необходимо иметь полностью расшифрованную последовательность нуклеотидов. Последовательность нуклеотидов в ДНК определяют по и-РНК.
Химическим путем можно синтезировать небольшие по размеру гены прокариот. Синтез генов эукариот, состоящих из 1000 и более нуклеотидов путем химического синтеза создавать не удается. Кроме этого, это метод очень трудоемкий и практически не применяется на практике.
В настоящее время рекомбинантные молекулы ДНК чаще всего получают путем гибридизации инвитро фрагментов ДНК вирусного и бактериального происхождения, и в меньшей степени эукариотического происхождения. Трансдукция — перенос фрагментов ДНК с помощью вируса из одной клетки в другую Трансформация — изменение наследственных свойств клетки, вызванное поглощенной ДНК.
Системы доставки экзогенных ДНК:
«бомбардировка» частицами на поверхности которых находятся гены
Электропорация - создание пор в клетке под действием удара, через которые ДНК попадают в клетку.
липосом-опосредованный транспорт рецептор-опосредованный транспорт (доставка генов к определенным клеткам)
использование векторных молекул Вектор — молекула ДНК, способная к включению чужеродной ДНК и к автономной репликации, служащая инструментом для введения генетической информации в клетку.
Основные типы векторов: аденовирусные (для внедрения в покоящиеся клетки), герпесные (в клетки нервной системы), ретровирусные (в быстро размножающиеся клетки).
Чтобы встроить ген в вектор, используют ферменты — рестриктазы и лигазы, также являющиеся полезным инструментом генной инженерии.
Плазмидные технологии легли в основу введения искусственных генов в бактериальные клетки. ( В основе этого явления лежит примитивный половой процесс, который у бактерий сопровождается обменом небольшими фрагментами нехромосомной ДНК, плазмидами.)
Учёные исследовали особенности внедрения чужеродной ДНК и использовали как принцип введения генетического материала в клетку. Такой процесс получил название трансфекция. ( подобно вирусам и бактериофагам ).
Внутри- и межаллельные взаимодействия генов. Плейотропия.
Взаимодействие между аллельными генами рассматривается как различные типы доминирования. Исследования проводятся при моногибридном скрещивании.
Типы доминирования:
Полное
Неполное
Кодоминирование
Сверхдоминирование
Полное доминирование.
Полное доминирование заключается в том, что в гетерозиготе, полученной при скрещивании представителей чистых линий, различающихся по одной пара
альтернативных признаков, один из двух аллелей не проявляет своего действия. При скрещивании гетерозигот между собой (или при самоопылении) в потомстве появляется два фенотипических класса особей в соотношении 3:1. В фенотипе 3 частей проявился доминантный признак, а у 1 части – рецессивный.
Неполное доминирование.
При неполном доминировании гибриды первого поколения имеют фенотип, укладывающийся в рамки проявления признака между исходными родителями и никогда их не достигающий (т.е. признак может быть любым, но не как у представителей чистых линий: меньше максимального, но больше минимального). При скрещивании таких гибридов между собой во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу на три класса в соотношении 1:2:1. В фенотипе 1 части проявился признак одного из родителей (представителя чистой линии «А»), в фенотипе 2 частей проявился признак гибридов первого поколения, в фенотипе ещё 1 части проявился признак другого родителя (представителя чистой линии «а»).
Кодоминирование.
При кодоминантном типе наследования гибриды первого поколения в полной мере несут в своём фенотипе сочетание признаков обоих родителей без какихлибо изменений. Во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 1:2:1 (как и при неполном доминировании). В фенотипе у 1 части особей проявляется признак как у одного из родителей (представителя одной чистой линии), в фенотипе 2 частей проявляются признаки обоих родителей (как и у гибридов первого поколения, сочетающих в себе признаки сразу двух чистых линий), в фенотипе ещё 1 части проявляется признак как у второго из родителей (представителя другой чистой линии).
Сверхдоминирование.
При сверхдоминировании у гибридов первого поколения признак в фенотипе выражен ярче, чем у любого из родителей. Во втором поколении вновь появляется расщепление в соотношении 1:2:1. В фенотипе у 1 части особей проявляется признак одного из родителей, в фенотипе 2 частей проявляется признак как у гибридов первого поколения, в фенотипе ещё 1 части проявляется признак как у второго из родителей.
Взаимодействие неаллельных генов.
Исследования по изучению взаимодействия неаллельных генов проводятся по схеме дигибридного скрещивания.
Типы взаимодействия неаллельных генов:
Комплементарное взаимодействие
Эпистаз (доминантный и рецессивный)
Полимерия (аддитивная и неаддитивная)
Модифицирующее действие
Комплементарное взаимодействие.
Комплементарным называется взаимодействие, при котором действие генов из одной пары дополняется действием генов из другой пары таким образом, что в результате появляется новый признак.
В качестве примера приводится схема наследования формы гребня у кур.
Действие генов:
А – розовидная форма гребня
а – листовидная
В – гороховидная форма гребня
b – листовидная
А.В.– ореховидная форма гребня
При скрещивании особей, имеющих розовидную форму гребня, с особями, имеющими гороховидную форму гребня, у гибридов первого поколения появляется новая форма гребня - ореховидная. При скрещивании гибридов первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 9:3:3:1 (9 – с ореховидной формой гребня, 3 – с розовидной, 3 – с гороховидной, 1 – с листовидной).
Отличительная особенность комплементарного взаимодействия от закона независимого наследования признаков заключается в количестве учтённых признаков: в третьем законе рассматривается комбинирование двух признаков, а в комплементарном взаимодействии четыре вариации одного признака.
Эпистаз.
Термин «эпистаз» означает подавление. Различают доминантный и рецессивный эпистаз.
Доминантный эпистаз. При доминантном эпистазе действие доминантных генов из одной пары подавляет работу также доминантных генов из другой пары.
Доминантный эпистаз у лошадей.
Действие генов:
С – серая масть
с – рыжая
В – вороная масть
B – рыжая
С. В. – серая масть
При скрещивании серых лошадей (ССВВ) с рыжими (ссbb) гибриды первого поколения все оказываются серыми, так как ген «С» подавляет ген «В». Во втором поколении появляется расщепление по фенотипу в соотношении 12:3:1 (12 – имеют серую масть, 3 – вороную, 1 – рыжую). Вороная масть появляется только в том случае, если в генотипе отсутствуют доминантные гены «С».
Доминантный эпистаз у кур.
Действие генов:
С – окрашенное перо
с – белое (неокрашенное)
J – подавляет ген «С»
j – не подавляет ген «С»
При скрещивании белых кур (ССJJ) c белыми (ссjj) все гибриды первого поколения (СсJj) оказываются белыми, так как в их генотипе имеется ген «С». Во втором поколении наблюдается расщепление в соотношении 13:3. Окрашенными оказываются особи только в тех случаях, когда в генотипе отсутствуют гены «J».
Рецессивный эпистаз.
При рецессивном эпистазе действие доминантных генов из одной пары подавляется действием рецессивных генов из другой пары.
Рецессивный эпистаз у мышей.
Дейсчтвие генов:
С – отвечает за неравномерное распределение пигмент
с – отвечает за равномерное распределение пигмента
А – отвечает за выработку пигмента (чёрного или другого цвета)
а – отвечает за отсутствие пигмента
При скрещивании чёрных мышей (ссАА) с белыми (ССаа) всё потомство первого поколения оказывается серым (СсАа), так как неравномерное распределение чёрного пигмента приводит к тому, что чёрный пигмент выглядит как серый. Во втором поколении наблюдается расщепление по фенотипу в соотношении 9:3:4. В 9 случаях (С.А.) особи оказываются серыми, в 3 (ссА.) чёрными и в 4 (С.аа, ссаа) белыми.
Полимерия.
Полимерия означает, что на один признак одновременно действуют несколько генов. Различают аддитивную и неаддитивную полимерию. При аддитивной полимерии проявление признака зависит от суммы доминантных генов в генотипе: чем их больше, тем ярче выражен признак. При неаддитивной полимерии проявление признака от общей суммы доминантных генов не зависит: достаточно всего лишь одного доминантного гена из любой пары и признак будет иметь такое же фенотипическое проявление как и в полной гомозиготе.
Аддитивная (суммирующая) полимерия (на примере скрещивания краснозёрной и белозёрной пшеницы).
Действие генов:
А1, А2 – усиливают интенсивность окрашивания зерна
а1, а2 – зерно белое
При скрещивании краснозёрной (А1А1А2А2) пшеницы с белозёрной (а1а1,а2а2) все гибриды первого поколения оказываются с средней степенью окрашивания («розовыми»). Во втором поколении появляются особи с различной степенью окрашивания: от интенсивно окрашенных, имеющих в генотипе все доминантные гены, до белых, имеющих в генотипе все рецессивные гены. Числовое расщепление
для гибридов второго поколения приводится как 15:1 (15 частей в большей или меньшей степени окрашенных к 1 части белых).
Неаддитивная полимерия (на примере наследования формы стручка у пастушьей сумки).
Действие генов:
А1, А2 – определяют форму стручка с срезанными краями
а1, а2 – определяют округлую форму стручка
При скрещивании особей, дающих форму стручка со срезанными краями (А1А1А2А2), с особями, дающими округлую форму стручка (а1а1а2а2), в первом поколении все особи образуют форму стручка со срезанными краями (А1а1А2а2). Во втором поколении наблюдается чёткое расщепление 15:1 (15 частей имеют форму стручка со срезанными краями, 1 часть с округлыми). Округлую форму стручка дают особи только в рецессивной гомозиготе (а1а1а2а2), во всех остальных случаях вне зависимости от генотипа со срезанными краями.
Модифицирующее действие.
Гены модификаторы сами по себе не определяют какой- то признак, но могут усиливать или ослаблять действие основных генов, вызывая таким образом изменение фенотипа. В качестве примера обычно приводится наследование пегости у собак и лошадей. Числового расщепления никогда не даётся, так как характер наследования больше напоминает полигенное наследование количественных признаков.
Плейотропия — явление множественного действия гена. Выражается в способности одного гена влиять на несколько фенотипических признаков. Таким образом, новая мутация в гене может оказать влияние на некоторые или все связанные с этим геном признаки. Этот эффект может вызвать проблемы при селективном отборе, когда при отборе по одному из признаков лидирует один из аллелей гена, а при отборе по другим признакам — другой аллель этого же гена.
Механизм
Плейотропия — это действие одного гена на несколько фенотипических признаков. Продукт фактически каждого гена участвует как правило в нескольких, а иногда и в очень многих процессах, образующих метаболическую сеть организма. Особенно характерна плейотропия для генов, кодирующих сигнальные белки.
Урбоценозы и агроценозы.
Город во многом напоминает такие экологические системы, как пещерные, глубоководные и иные биогеоценозы, зависящие в основном от поступления в них энергии и вещества извне. Они полностью или частично лишены продуцентов и поэтому называются гетеротрофными.
Город от большинства природных экологических систем отличается следующими особенностями:
1) более интенсивным метаболизмом на единицу площади, для чего используется в первую очередь не солнечная энергия, а энергия горючих материалов и электричества; 2) более активной миграцией веществ, в которую вовлекается перемещение металлов, пластмасс и т.д., причем не столько в пределах системы, сколько на входе и на выходе из нее;
3) более мощным потоком отходов, многие из которых вообще не реутилизируются и являются более токсичными, чем естественное сырье, из которого они получены.
В отличие от городов, агроценозы, или сельскохозяйственные экосистемы, характеризуются основным компонентом - автотрофными организмами, которые обеспечивают их органическим веществом и выделяют кислород. От естественных биогеоценозов они отличаются следующими особенностями.
• Кроме солнечной энергии для поддержания агроценозов необходимы затраты дополнительной энергии: химической в виде удобрений, механической в виде работы мышц человека и животных, а также энергии горючих материалов и электричества.
• Видовое разнообразие организмов резко снижено и представлено отдельными сельскохозяйственными культурами, иногда даже только одной, сорняками и вредителями сельскохозяйственных растений, а также ограниченным числом видов домашних животных.
• Доминирующие виды растений и животных находятся под контролем искусственного отбра. Агроценозы организуют таким образом, чтобы получать максимальное количество продуктов питания. В настоящее время около 10% свободной ото льда суши занято пахотными землями, еще 20% используются как пастбища.
|
|
БИЛЕТ № 23
Репликационный аппарат клетки
Репликация - процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК. В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение.
Репликация осуществляется по матричному принципу, причем роль матрицы играет «материнская» молекула ДНК.
Репликация ДНК — ключевое событие в ходе деления клетки. Принципиально, чтобы к моменту деления ДНК была реплицирована полностью и при этом только один раз. Это обеспечивается определёнными механизмами регуляции репликации ДНК.
Репликация проходит в три этапа:
1. инициация репликации
2. элонгация
3. терминация репликации.
Регуляция репликации осуществляется в основном на этапе инициации. Это достаточно легко осуществимо, потому что репликация может начинаться не с любого участка ДНК, а со строго определённого, называемого сайтом инициации репликации. В геноме таких сайтов может быть как всего один, так и много. С понятием сайта инициации репликации тесно связано понятие репликон.
Репликон - единица репликации. Это - фрагмент ДНК от точки начала репликации до точки ее окончания.
Репликация начинается в сайте инициации репликации (Точки начала репликации - специфические нуклеотидные последовательности размером около 300 нуклеотидов.) с расплетания двойной спирали ДНК, при этом формируется репликационная вилка — место непосредственной репликации ДНК.
Праймер — короткая нуклеотидная РНК-овая последовательность, комплементарно связанная с однонитевой ДНК; с его 3′-конца ДНК-полимераза начинает наращивать цепь.
Характеристики процесса репликации
матричный — последовательность синтезируемой цепи ДНК однозначно определяется последовательностью материнской цепи в соответствии с принципом комплементарности;
полуконсервативный — одна цепь молекулы ДНК, образовавшейся в результате репликации, является вновь синтезированной, а вторая — материнской; идёт в направлении от 5’-конца новой молекулы к 3’-концу;
полунепрерывный — одна из цепей ДНК синтезируется непрерывно, а вторая — в виде набора отдельных коротких фрагментов (фрагментов Оказаки);
Онтогенез, его периодизация. Эмбриональная индукция.
Онтогенез – индивидуальное развитие организма.
Выделяют следующие периоды онтогенеза:
эмбриональный — от образования зиготы до рождения или выхода из яйцевых оболочек
постэмбриональный — от выхода из яйцевых оболочек или рождения до смерти организма.
Эмбриональный период включает в себя: дробление, гаструляцию, гисто- и органогенез.
Дробление — ряд последовательных митотических делений оплодотворённого или инициированного к развитию яйца. Дробление представляет собой первый период эмбрионального развития, который присутствует в онтогенезе всех многоклеточных животных и приводит к образованию зародыша, называемого бластулой.
Гаструляция — гаструла формируется в результате инвагинации клеток. В ходе гаструляции клетки зародыша практически не делятся и не растут. Происходит активное передвижение клеточных масс (морфогенетические движения).
В результате гаструляции формируются зародышевые листки (пласты клеток). Гаструляция приводит к образованию зародыша, называемого гаструлой. Типы гаструляции: инвагинация(голотурия, ланцетник), иммиграция (медузы), эпиболия(пресмыкающиеся, птицы), деламинация (кишечнополостные).
Первичный органогенез — процесс образования комплекса осевых органов. В разных группах животных этот процесс характеризуется своими особенностями. Например, у хордовых на этом этапе происходит закладка нервной трубки, хорды и кишечной трубки.
Эмбриональная индукция — взаимодействие между частями развивающегося организма у многоклеточных, беспозвоночных и всех хордовых. Согласно этой гипотезе, существуют определенные клетки, которые действуют как организаторы на другие, подходящие для этого клетки. В условиях отсутствия клеток организаторов такие клетки пойдут по другому пути развития.
Норма реакции. Понятие о фено- и генокопиях.
Но́рма реа́кции — способность генотипа формировать в онтогенезе, в зависимости от условий среды, разные фенотипы. Она характеризует долю участия среды в реализации признака и определяет модификационную изменчивость вида. Чем шире норма реакции, тем больше влияние среды и тем меньше влияние генотипа в онтогенезе. Один и тот же ген в разных условиях среды может реализоваться в несколько проявлений признака (фенов). В каждом конкретном онтогенезе из спектра проявлений признака реализуется только один.
Фенокопии — изменения фенотипа под влиянием неблагоприятных факторов среды, по проявлению похожие на мутации. В медицине фенокопии — ненаследственные болезни, сходные с наследственными. При фенокопиях изменённый под действием внешних факторов признак копирует признаки другого генотипа.
Генокопии — это сходные фенотипы, сформировавшиеся под влиянием разных неаллельных генов. То есть это одинаковые изменения фенотипа, обусловленные аллелями разных генов, а также имеющие место в результате различных генных взаимодействий.
| |
|
|
Скачать 2.56 Mb.