Главная страница
Навигация по странице:

  • Пол как наследственный признак

  • Определение пола

  • Наследование признаков, сцепленных с полом и ограниченных полом

  • Сцепление генов. Опыты и правило Моргана

  • Основные положения хромосомной теории наследственности

  • Молекулярная генетика План

  • Этапы развития молекулярной генетики

  • Генетический код и его свойства

  • Лекции биология. Курс лекций для студентов, обучающихся на русском языке Рязань 2008


    Скачать 7.22 Mb.
    НазваниеКурс лекций для студентов, обучающихся на русском языке Рязань 2008
    АнкорЛекции биология.doc
    Дата15.05.2017
    Размер7.22 Mb.
    Формат файлаdoc
    Имя файлаЛекции биология.doc
    ТипКурс лекций
    #7624
    страница6 из 12
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

    План

    1.Пол как наследственный признак.

    2.Определение пола.

    3.Наследование признаков, сцепленных с полом и ограниченных полом.

    4.Сцепление генов. Опыты и правило Моргана.

    5.Основные положения хромосомной теории наследственности.
    Хромосомная теория наследственности - раздел генетики о локализации наследуемых факторов в хромосомах клеток.

    Суть ее заключается в том, что все признаки и свойства живых организмов определяются генами, расположенными в хромосомах клетки в линейном порядке. Основателем ее явился американский генетик Томас Морган, теория разработана его сотрудниками в начале ХХ века.
    Пол как наследственный признак
    Одним из признаков у многих живых организмов является пол (мужской и женский).

    Пол - это совокупность морфологических, физиологических, биохимических и поведенческих признаков организма, которые обуславливают репродукцию (воспроизведение).

    Пол - это генетически обусловленный признак, т.е. пол зародыша определяется генетическими механизмами - комбинацией половых хромосом. Половые хромосомы определяют первичные половые признаки.

    Под их влиянием формируются половые железы (семенники и яичники), выделяющие мужские и женские половые гормоны. Половые гормоны определяют развитие вторичных половых признаков того или другого пола и проявляются у организмов в период полового созревания (у человека в 12 - 15 лет). Вторичные половые признаки - различие в размерах и пропорциях тела, тембр голоса, степень развития волосяного покрова и др.

    Определение пола
    У большинства организмов пол определяется в момент оплодотворения (сингамно) и регулируется хромосомным набором зиготы, его называют хромосомный тип определения пола.

    У человека и млекопитающих женские особи имеют в кариотипе две Х - хромосомы (ХХ), а мужские Х- и У- хромосомы. Женские особи являются гомогаметными, поскольку формируют лишь один тип гамет, а мужские - гетерогаметными, т.к. образуют два типа гамет.

    У птиц и бабочек гетерогаметным полом является женский пол, а гомогаметными - мужской. У них половые хромосомы обозначают как Z и W.

    У некоторых клопов, жуков самки имеют состав половых хромосом ХХ, самцы же несут всего одну из них - (ХО).

    Совершенно особый тип определения пола имеется у перепончатокрылых, в частности, у пчел. У этих насекомых самки развиваются из оплодотворенных яиц и клетки их тела диплоидны, а самцы развиваются партеногенетически из неоплодотворенных яиц и имеют гаплоидные клетки.

    Хромосомная теория наследования пола утверждает, что гены определяющие развитие пола, локализованы в половых хромосомах. У человека гены, обуславливающие развитие женского пола, находятся в Х - хромосоме, а гены мужского пола - в У - хромосоме.

    Основные типы хромосомного определения пола


    Иначе обстоит дело у дрозофилы. При изучении наследования пола у мухи - дрозофилы было установлено, что у самки две одинаковые Х - хромосомы, а у самца Х- и У- - хромосомы. У дрозофилы гены, определяющие женский пол, находятся в Х - хромосоме, а У - хромосома генетически инертна и гены, определяющие развитие мужского пола, находятся в аутосомах. Оплодотворенные яйцеклетки, имеющие диплоидный набор хромосом и две Х - хромосомы дают начало самкам (2А + ХХ), а имеющие диплоидный набор аутосом и одну Х - хромосому дают самцов(2А+ХУ).

    Опыты подтвердили, что чем больше наборов аутосом, тем больше были выражены признаки мужского пола. Из этого был сделан вывод, что У - хромосома у мухи - дрозофилы не имеет существенного значения для определения мужского пола.

    Кроме сингамного способа определения пола существует эпигамный способ дифференцировки пола, который определяется воздействием условий окружающей среды, например, у морского кольчатого червя Bonnelia определяется условиями развития яйцеклеток (прогамный способ, как у коловраток).
    Наследование признаков, сцепленных с полом и ограниченных полом
    Сцепленными с полом называют признаки, развитие которых обусловлено генами, расположенными в половых хромосомах.

    Если ген находится в У-хромосоме, то он наследуется у человека, млекопитающих - от отца к сыну, а у птиц - от матери к дочери.

    Если ген располагается в Х-хромосоме, наследование будет более сложным. Впервые особенности наследования генов, сцепленных с Х-хромосомой были открыты в опытах на дрозофиле при изучении наследования окраски глаз. Красная окраска глаз доминирует над белой.

    При скрещивании гомозиготной красноглазой самки с белоглазым самцом в F1 все потомство красноглазое.
    Р ♀ ХАХА х ♂ХªУ

    кр. бел.

    G (XА) (Xª) (У)

    F1 XАXª х XАУ

    кр. кр.

    G (ХА) (Xª) (XА) (У)

    F2 ХАХА , ХАХª, ХАУ, ХªУ

    кр. кр. кр. бел.
    При скрещивании гибридов первого поколения друг с другом в F2 происходит расщепление по фенотипу: 3 красноглазые особи: 1 белоглазая, и белоглазыми бывают только самцы.

    При реципрокном (обратном) скрещивании, когда самка гомозиготная по гену белоглазости, скрещивается с красноглазым самцом, расщепление в F1 по фенотипу 1:1. При этом белоглазыми будут только самцы. При скрещивании мух F1 между собой в F2 будут мухи с обоими признаками в равном отношении 1:1, как среди самок, так и среди самцов.

    Р ♀ ХªХª х ♂ХА У

    бел. кр.

    G (Хª) (ХА) (У)

    F1 ХАХª х ХªУ

    кр. бел.

    G (ХА) (Хª) (Хª) (У)

    F2 ХАХª, ХªХª, ХАУ, ХªУ

    кр. бел. кр. бел.

    Из результатов опыта Моргана можно заключить, что гены окраски глаз расположены только в половой Х-хромосоме. Результаты скрещивания зависят от того, какой пол несет доминантный признак.

    Наследование, сцепленное с полом, необходимо отличать от наследования, ограниченного полом.

    Развитие признаков (ограниченных полом) обусловлено генами, расположенными в аутосомах (а не в половых хромосомах), но на проявление признаков в фенотипе сильно влияет пол, т.е. развитие признака зависит от влияния половых гормонов.

    Например, облысение со лба, типично для мужчин. У мужчин под действием мужских половых гормонов (тестостерона) ген ведет себя как доминантный. Еще пример, тембр голоса - баритон и бас - характерны только для мужчин.
    Сцепление генов. Опыты и правило Моргана
    Изучение сцепленного с полом наследования стимулировало изучение сцепления между генами, находящимися в аутосомах.

    Для любого организма характерно видовое постоянство хромосом в кариотипе. Генов, определяющих признаки, у организмов намного больше, чем хромосом. Например, у мухи дрозофилы 8 хромосом в соматических клетках, а генов около 1000. Значит, в каждой хромосоме находится много генов.

    Гены, локализованные в одной хромосоме, образуют группы сцепления.

    Число групп сцепления равно гаплоидному числу хромосом.

    Наследование генов, локализованных в одной хромосоме, называется сцепленным наследованием.

    В начале ХХ века Т. Морган и его сотрудники описали явление сцепления генов - совместную передачу групп генов из поколения в поколение.

    Опыты проводились на мухах дрозофилах с учетом двух пар альтернативных признаков:

    Цвет тела – серый (В) и черный (в)

    Длина крыльев – нормальные (V) и короткие (v)
    У мухи - дрозофилы окраски тела и длины крыльев находятся в одной паре гомологичных хромосом, т.е. относятся к одной группе сцепления, что и было доказано в опытах. Запись генотипов при сцеплении видоизменяется: генотип записывается BV



    bv

    (две черточки означают, что организм диплоидный).

    При скрещивании мух, имеющих серый цвет тела и нормальные крылья с мухами черного цвета и короткими крыльями в F1 все мухи имели серый цвет тела и нормальные крылья.

    Запись схемы скрещивания:
    P ♀BV ♂bv

    ═ x ═

    BV bv

    сер.нор. чер.кор.

    G (BV) (bv)

    BV

    F1

    bv
    Провели анализирующее скрещивание. В первом случае скрестили гибридного самца с серым телом и нормальными крыльями

    с черной самкой, имеющей короткие крылья, и в результате скрещивания получили 2 типа потомков, похожих на родителей в соотношении 1:1.

    Ген серого цвета тела и ген нормального строения крыльев передаются вместе, а ген черного цвета тела и ген коротких крыльев тоже вместе. Этот опыт демонстрирует полное сцепление. Причина его заключается в том, что гены, обуславливающие два различных признака, лежат в одной хромосоме. Это видно на схеме полного сцепления:
    Р ♀bv ♂BV

    ═ x ═

    bv bv

    G ( bv) ( BV ) (bv)

    BV bv

    F1 ═ ═

    bv bv

    1:1
    Другой результат получается, если для анализирующего скрещивания брать гибридную самку с серым телом и нормальными крыльями и рецессивного по обоим признакам самца.

    В этом случае появилось четыре типа потомков в соотношении:

    серых длиннокрылых - 41, 5 %; серых короткокрылых - 8, 5 %,

    черных длиннокрылых - 8, 5% , черных короткокрылых - 41, 5 %.


    В этом случае имеет место неполное сцепление:

    Р ♀BV ♂ bv

    ═ x ═

    bv bv

    G ( BV) (bv)

    некроссов. ( bv)

    (Bv) (bV)

    кроссов.

    BV bv Bv bV

    F1 ═ ═ ═ ═

    bv bv bv bv

    41,5% 41,5% 8,5% 8,5%

    Причиной неполного сцепления генов является кроссинговер (перекрест хромосом) и обмен участками между гомологичными хромосомами в профазе I деления мейоза при созревании половых клеток. Кроссинговер происходит у самок, у самцов дрозофил кроссинговер не происходит (установлено, что для особей гетерогаметного пола характерна более низкая частота кроссинговер).

    При изучении результатов скрещивания получается 4 фенотипа среди потомков:

    17%(8, 5+8, 5) особей образовались из кроссоверныхгамет

    83%(41, 4+41, 5) особей образовались из некроссоверныхгамет.

    Частота кроссинговера зависит от расстояния между генами в хромосоме. Расстояние между генами выражается в процентах кроссинговера между ними и обозначается в морганидах.

    Изучение Морганом сцепления генов представляет собой закономерное биологическое явление.

    Гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются, сцеплено, причем сила сцепления зависит от расстояния между генами. Эта закономерность получила название правило Моргана.

    .

    Основные положения хромосомной теории наследственности
    Основные положения хромосомной теории наследственности сводятся к следующему:

    - носителями наследственной информации являются хромо-

    сомы и расположенные в них гены,

    - гены расположены в хромосоме в линейном порядке друг за

    другом в определенных локусах. Аллельные гены занимают

    одинаковые локусы гомологичных хромосом,

    - гены, расположенные в одной хромосоме, образуют группы

    сцепления и наследуются преимущественно вместе. Число

    групп сцепления равно гаплоидному набору хромосом,

    - между гомологичными хромосомами возможен обмен участ-

    ками - кроссинговер, который нарушает сцепление генов.

    Сила сцепления зависит от расстояния между генами,

    - процент кроссинговера пропорционален расстоянию между

    генами. За единицу расстояния принимается 1 морганида,

    которая равна 1% кроссинговера,

    - при неполном сцеплении в сумме вероятность некроссовер-

    ных гамет (гибридов) всегда больше, чем 50%,

    - при расстоянии в 50 морганид и больше признаки наследуют-

    ся независимо, несмотря на то, что локализованы в 1 хромо-

    соме.

    Лекция 11

    Молекулярная генетика

    План

    1. Этапы развития молекулярной генетики.

    2. Генетический код и его свойства.

    3. Функционально-генетическая классификация генов.

    4. Функциональная активность генов (экспрессия генов).

    5. Регуляция экспрессии генов у про - и эукариот.
    Молекулярная генетика занимается изучением структурно-функциональной организации генетического аппарата клеток и механизма реализации наследственной информации.
    Этапы развития молекулярной генетики
    Молекулярная генетика выделилась из биохимии и сформировалась как самостоятельная наука в 50-х годах прошлого столетия. Рождение этой науки связано с рядом важных биологических открытий:

    1). В 20-40 гг. ХХ века было установлено, что носителем наследственной информации в клетке является молекула ДНК, а не белок, как считали раньше. Были получены прямые доказательства роли ДНК в наследственности. Это явления трансформации, трансдукции, половой процесс у бактерий, строение вируса, а также обнаружение почти полной идентичности химического состава ДНК (но не белков) у всех представителей данного биологического вида.

    Данные о видовой специфичности строения ДНК получены в начале 50-х годов Эрвином Чаргаффом и его сотрудниками. Любая ДНК состоит из четырех типов нуклеотидов, содержащих одно из четырех азотистых оснований: аденин, тимин, гуанин, цитозин. Чаргафф с сотрудниками обнаружил, что соотношения между нуклеотидами, входящими в состав ДНК одинаковы в пределах вида и различаются у разных видов. Кроме того, число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых равно числу цитозиловых. Это открытие послужило главным ключом к выявлению структуры молекулы ДНК.

    Трансформация у бактерий – это передача от одной бактериальной клетки другой наследственного материала. В 1928 году Фред Гриффит изучал трансформацию у двух штаммов пневмококка: вирулентного (вызывающего гибель мышей) и авирулентного (не вызывающего гибели).

    Если убить вирулентные бактерии и вводить их вместе с живыми авирулентными, то часть животных все равно погибнет. Этот опыт свидетельствовал о том, что часть генетического материала из вирулентных бактерий проникла в авирулентные и сделала их вирулентными. После того как вирулентные клетки разделили на отдельные компоненты: углеводы, липиды, белки и ДНК, было обнаружено, что именно ДНК наделило живые бактерии генетическим признаком, которого у них до этого не было.

    Трансдукция – это явление, заключающееся в том, что вирусы, выходя из бактериальной клетки, в которой они паразитировали, могут захватывать с собой часть ДНК и, перемещаясь в новые клетки передавать им признаки прежних хозяев.

    Так, при внесении в неподвижные бактерии вирусов, размножавшихся в клетках подвижных культур, некоторые из бактерий становятся подвижными.

    Половой процесс у бактерий – коньюгация, когда происходит обмен молекулами ДНК, и хотя новые бактерии не образуются, но их наследственный материал изменяется, т.к. происходит рекомбинация генетического материала.

    Строение вируса или бактериофага: вирус состоит из молекулы ДНК (или РНК), заключенной в белковую оболочку. С помощью радиоизотопов было доказано, что именно ДНК проникает в клетку, а белковая оболочка остается снаружи. В результате образуются новые фаговые частицы. Таким образом, ДНК является носителем генетической информации и дает начало новым бактериофагам.

    Косвенные доказательства: в соматических клетках разных органов содержится одинаковое количество ДНК, вдвое большее, чем в половых. Количество белков варьирует и не всегда больше, чем в половых.

    2).Следующий этап развития молекулярной генетики связан с таким важным открытием, как установление структурной организации молекулы ДНК– в 1953 году. Крик и Уотсон установили, что ДНК состоит из двух спирально-закрученных цепей.

    В настоящее время принято говорить о первичной, вторичной и третичной структуре ДНК: Первичной структурой ДНК называют линейную полинуклеотидную цепь, в которой мононуклеотиды соединены 3`,5`- фосфоэфирными связями. Модель Крика и Уотсона – это вторичная структура ДНК, основанная на принципе комплементарности и получившая название двойной спирали. Один виток спирали состоит из 10 нуклеотидов, размер витка 3,4 нм.

    Дополнительное структурирование в пространстве двуспиральной молекулы ДНК (в конденсированных хромосомах) с образованием суперспирали является третичной структурой.

    3).Определение направления передачи информации – «один ген – один фермент» - Бидл и Татум – 50-е годы. (В настоящее время – один ген – один полипептид).

    4).Расшифровка генетического кода – Ниренберг, Очоа (К 1964 году расшифрованы коды для всех аминокислот). Выяснение механизма экспрессии генов у прокариот и ее регуляции – Франсуа Жакоб и Жан Моно – 50-е годы.

    5).70-е годы и до настоящего времени – выявление особенностей экспрессии генов у эукариот. Развитие генетической инженерии.
    Генетический код и его свойства
    Генетический код – это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в молекуле ДНК.

    Свойства генетического кода:

    1.Код триплетен – каждая аминокислота зашифрована последовательностью трех нуклеотидов, называемых триплетом или кодоном.

    2.Код вырожден – каждая аминокислота кодируется более чем одним кодоном. (Исключения – аминокислоты метионин и триптофан. Они кодируются одним кодоном.)

    3.Код универсален – одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты у всех организмов.

    4.Генетический код не перекрывающийся – триплеты нуклеотидов не перекрывают друг друга. У некоторых вирусов обнаружено перекрывание, но это исключение.

    5.Имеются стартовый и терминальный кодоны. Стартовый – единый для всех – АУГ. Терминальный трех видов – УАГ, УАА, УГА.
    1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12


    написать администратору сайта