Биология 1 модуль. ДНК и РНК. Днк и рнк нуклеиновые кислоты

• Название: Днк и рнк нуклеиновые кислоты
• Анкор: Биология 1 модуль
• Дата: 16.11.2021
• Размер: 41.23 Kb.
• Имя файла: ДНК и РНК.docx
• Тип: Документы; #273821

ДНК и РНК

Нуклеиновые кислоты – это непериодические линейные гетерополимеры, мономерами которых является нуклеотиды.

Нуклеотид состоит из:

1. 
   Азотистого основания (1-конец). Пуринового – А, Г; Пиримидинового – Ц, Т в ДНК и У в РНК. Образует нуклеозид
   
2. 
   Сахара пентозы 5-углеродного:
   ДНК - дезоксирибоза
   РНК – рибоза
   
3. 
   Группа ОН у 3 конца.
   
4. 
   Фосфат присоединяетя к 5 атому с помощью эфирной связи. Различают моно-, ди-, трифосфаты.
   

ДНК

ДНК – 2цепочечная спирально закрученная молекула. Содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков и нетранксрибируемые участки.
Полимеры молекулы ДНК могут содержать от 2000 до 10^8 и более мононуклеотидов.

Кольцевидная ДНК прокариот содержится в цитоплазме (нуклеоид, плазмид).
Линейные ДНК эукариот в ядре к хроматинах, в виде кольцевых молекул в хлоропластах и митохондриях.

Первичная структура – соединенные друг за другом в разном порядке нуклеотиды образуют цепь.
Благодаря действию ДНК-полимеразы к ОН-группе, через фосфатную группу присоединяется следующий нуклеотид. Образуется 3-5-фосфодиэфирная связь.
Первичная структура состоит из информативных и неинформативных участков (экзоны и итроны).

Цепь ДНК полярна – в начале цепи 5-конец, в конце 3-конце.

Вторичная структура ДНК представлена двойной спиралью, состоящих из 2 полинуклеотидных цепей, антипараллельно направленных.

Комплементарные азотистые основания находятся парами друг на против друга и соединены водородными связями (А-Т – 2; Г-Ц – 3). А=Т, Г=Ц.
Соотношение (А+Т)/(Г+Ц) видоспецифично.

Репликация ДНК

Происходит синтез 2 дочерних молекул ДНК по матрицам цепей ДНК материнской молекулы.

Синтез по принципу комплементарности, полуконсервативный репликация.

Способность ДНК к самоудвоению лежит в основе наследственности – свойства живых систем передавать следующему поколению способность к определенному типу индивидуального развития и обмену веществ.

Репликация начинается с сайта инициации (ориджина). В них денатурация ДНК начинается с расхожления цепей двойной спирали и образования репликативной вилки Y-образной формы.
Последовательность ДНК, ограниченная 2 ориджинами, называется единицей репликацией или репликон.

Двойная спираль расплетается по ходу движения репликативной вилки. Этому способвуют два белка фермента – ДНК-топоизмераза и ДНК-хеликаза.
ДНК-топоизмераза, обладая нуклеазной активностью, обратимо разрывает цепь ДНК, ослабляя напряжение в двойной спирали и препятствуя образованию супервитков. По окончанию формирования репликативной вилки фермент ликвидирует разрывы в цепи и отделяется от ДНК.
ДНК-хеликаза разрывает водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями и продвигает репликативную вилку.

Одинарные цепи ДНК связываются со специальными белками (SSB), которые растягивают остовы цепей, делая их азотистые основания доступными для связывания с комплементарными нуклеотидами.

Синтез дочерей цепи ДНК начинается с образования РНК-затравки (праймера). Праймер – это небольшой фрагмент РНК, состоящий из 8-10 рибонуклеотидов. Без него ДНК-полиизмераза не может начать репликацию, так как она способна лишь присоединять дезоксирибонуклеотиды к 3-ОН-концу уже имеющейся цепи. Праймер образуется из РНК-полимеразы (РНК-праймазы).

Считывание идет с 3-конца в 5-конец, а синтез дочерней с 5-конца в 3-конец.

В силу того, что цепи материнской ДНК полярны, синтез идет неравномерно. На матричной цепи 3-5 нет задержек и пробелов, там лидирующая дочерняя цепь.
На матричной цепи 5-3 всё медленно и с пробелами. Там запаздывающая или отстающая цепь.

На отстающей цепи образуются короткие фрагменты – фрагменты Оказаки. Им предшествует образование РНК-затравки.
В дальнейшем ДНК-полимераза удаляет праймеры и вместо них вставляет дезоксирибонуклеотиды.

ДНК-лигаза соединяет между собой фрагменты.
Коррекция и репарация ДНК

Репарация ДНК – это особая функция клеток, которая осуществляется спец. ферментными системами.
По времени: до-, пострепликативная и SOS-репарация.

Прямая репарация без разрушения цепи ДНК.

Эксцизионная в 3 этапа: вырезание, синтез дочерней по матрице неповрежденной по принципу комплиментарности и антипараллелельности, и вшивание.

Пострепликативная – в процессе рекомбинативной репарации путем обмена между двумя сестринскими цепями ДНК.
Ген и организация гена

Ген – это участок ДНК, кодирующий функциональную молекулу РНК или полипетида.

Экспрессия гена – реализаия гена в организме.

Ген обладает следящими свойствами:

1. 
   Способность к репликации
   
2. 
   Стабильность
   
3. 
   Способность к мутациям
   
4. 
   Дискретность
   
5. 
   Специфичность
   
6. 
   Множественность действий
   
7. 
   Дозированность действия (плейотропия)
   
8. 
   Способность взаимодействовать с другими генами
   

Ген состоит из транскрибируемой части и регуляторных элементов.

У эукариот регуляторная часть – это промотор и терминатор. Транскрибируемая часть состоит из кодирующих и некодирующих последовательностей – экзонов и итронов.
Также там имеются энхансеры, инсуляторы и сайленсеры.

У прокариот почти полностью отсутствуют некодирующие части. У них оперонная система организации гена.
Оперон включает:

1. 
   Промотор
   
2. 
   Оператор
   
3. 
   Структурные гены (цистроны)
   
4. 
   Терминатор
   

В результате транскрипции у прокариот образуется полицестронная мРНК, единицами которой являются цистроны.

Молекула ДНК включает множество транскриптонов (участков ДНК, ограниченных промотором и терминатором, - единиц транскрицпии).

У прокариот транскриптоны заключают в себе информацию нескольких генов.

мРНК эукариот моноцистронна, в состав транскриптона входит только 1 ген.

Транскрипция

Синтезируется по матричной цепи ДНК. Считывание 3-5 конец, синтез 5-3 РНК. Матричная цепь антипараллельна синтезируемой нуклеиновой кислоте.

Состоит из 3 этапов:

1. 
   Инициация:
   

1. 
   На промоторе гена
   
2. 
   На поликнулеотидной последовательности собирается транскрибируемый комплекс состоящий из РНК-полимеразы и общих факторов транскрипции
   
3. 
   Белки помогают:
   

А) Разрушить нуклеосомы,

Б) Деспирализовать ДНК,
В) Определить сайт инициации;

4) Первый рибонуклеотид комплементарно связывается водородными связами с нуклеотидом матричной цепи ДНК сайта инициации.

2. 
   Элонгация (рост цепи РНК):
   1) РНК-полимераза присоединяется следующий рибонуклеотид к 3-ОН-группе предыдущего нуклеотида с образованием 3-5-фосфодиэфирной связи.
   2)Способствуют белковые факторы элонгации.
   
3. 
   Терминация:
   1) На терминаторах (участках матрицы)
   2) Раскручивание двойной спирали ДНК в области сайта терминации делает его доступным для белков-факторов терминации.
   3) Белки-факторы терминации облегчают отделение от матрицы:
   А) РНК-полимеразы от матрицы,
   Б) Комплементарного матрице первичного РНК-транскрипта.
   

Посттранскрипционные процессы

Прокариот:

1. 
   Геном очень компактный. Почти НЕТ некодирующих последовательностей нуклеотидов.
   
2. 
   Большинство мРНК используется в биосинтезе белка в том виде, который у них после транскрипции.
   

Эукариот:

1. 
   Имеются участи, комплементарные экзонам и итронам.
   
2. 
   мРНК претерпевает ряд изменений – посттранскрипционный модификации (процессинг мРНК).
   

Посттранскрипционный модификации – процесс, по итогу которого образуются зрелые РНК. Осуществляются в ядре клетки.
Включает 3 этапа:

1. 
   Кэпирование – присоединение к 5-концу незрелой мРНК остатка 7-метилгуанозина (КЭП). Начитается на стадии элонгации.
   

А) Образуется уникальная 5-5-фосфодиэфирная связь.
Б) Кэп необхожим для:
- осуществления сплайсинга,
- переноса мРНК в цитоплазму
- узнавания малой субъединицей рибосомы.

2. 
   Полиаденилирование – присоединение к 3-концу транскрипта полиА-последовательности (полиА-«хвоста»).
   А) ПолиА-«хвост» состоит из 100-200 остатков адениловой кислоты.
   Б) Облегчает выход мРНК из ядра и замедляет её гидролиз в цитоплазме.
   
3. 
   Сплайсинг – вырезание интронов и сшивание между собой экзонов.
   А) Катализируется сплайсомой
   Б) Сплайсома – нуклеопротеидный комплекс, состоящий из белков и малых ядерных РНК (мяРНК).
   В) Сплайсома осуществляет удаление нуклеотидных последовательностей интронов и соединение соединенных экзонов.
   Г) Интроны определяются по наличию последовательности:
   - ГУ на 5-конце,
   - Аг на 3-конце.
   Д) Нуклеотидные последовательности мяРНК комплементарны последовательностям на концах интронов.
   

Регуляция инициации транскрипции у прокариот

Инициация транскрипции используется клетками как наиболее важный и универсальный этап регуляции экспрессии генов. Помогает адаптироваться к окружающей среде.

Различные влияния среды могут приводить к индукции и репрессии определённых генов.
Модель контроля экспрессии гена у прокариот – модель оперона.

Регуляторная часть представлена промотором и оператором, а также гена-регулятора, который имеет собственный промотор.

Контроль экспрессии осуществляется с помощью белков-регуляторов (репрессоров и активаторов) - продуктов, кодируемых геном-регулятором. Они влияют на возможность РНК-полимеразы считывать информацию с цистрон.

Индукция на примере лактозы. Индуктор – лактоза. Будет неактивный репрессор.

Репрессия транскрипции на примере триптофана (аминокислота). Будет активный репрессор.

Регуляция инициации транскрипции и посттранскрипционных процессов эукариот

Имеют собственные промоторы и экспрессируются по отдельности.

Возникновение в течение онтогенеза различно специализированных клеток можно объяснить только работой в них различных генов, т.е. дифференциальной экспрессией генов.

Гены можно разделить на конститутивные и регулируемые.

Экспрессия конститутивных генов находится на одном уровне и не подвержена специфической регуляции. Тубулины, гистоны, различные РНК, факторы и так далее.

Экспрессия регулируемых генов меняется в зависимости от действия различных регулирующих факторов (гормоны, к примеру).
Сюда также входят гены конечной дифференцировки, определяющие синтез ткане- и типо-специфичных белков многоклеточных эукариот.

Компактизация ДНК эукариот осуществляется с помощью белков-гистонов.
Гистоны – основные (щелочные) белки, представлены пятью классами: Н1, Н2А, Н2В, Н3, Н4. Восемь молекул Н2А, Н2В, Н3, Н4 образуют нуклеосому, на которую накручена ДНК.
Гистоны положительно, ДНК отрицательно заряжены.

Нуклеосомы ингибируют транскрипцию. Чтобы прошла транскрипция, нужно локально разрушить нуклеосому.
Есть 2 способа:

1. 
   Постоянное освобождение участка ДНК от нуклеосом на конститутивных промоторах
   
2. 
   Индуцированное разрушение нуклеосом на регулируемых промоторах.
   

Факторы транскрипции могут связываться с ДНК до сборки нуклеосом или же конкурентно вытеснять их с участка ДНК.
Освобождение промотора от гистонов сопровождается образованием инициационного комплекса.

Другой механизм связан с модификациями гистонов, входящих в нуклесому. Ацетилирование, метилирование.

Гетерохроматизация Х-хромосом с образованием тельца Барра. Нужен центр инактивации Х-хромосомы (ХIC), в состав которых входит 2 белка: Xist и Tsix.

Самоподдерживающиеся изменения, обусловленные изменением свойств хроматина, лежат в основе геномного импринтинга.

Эпигенетическое наследование – наследование признаков, обусловленных механизмами, непосредственно не затрагивающими последовательности нуклеотидов ДНК.

Экспрессия может регулироваться на разных этапах, но основной – транскрипция.

Белки-активаторы – это транскрипционный фактор. Могут быть общими факторами транскрипции, связывающие РНК-полимеразу с промотором, и специфическими, контролирующие синтез отдельных генов.

Повышение уровня экспрессии контролируется белками-активаторами. Они присоединяются к регуляторным участкам ДНК – энхансерам. ДНК образует петлю, приближая участки ДНК к контролируемому экзону.
Белки-репрессоры связываются с полинуклеотидными последовательностями ДНК сайленсеров, ослабляя транскрипцию.

Основные способы посттранкрипционной регуляции – альтернативный сплайсинг и изменение стабильности РНК.

В ходе сплайсинга экзоны первичного РНК-транскрипта могут объединяться в различных комбинациях. В результате альтернативного сплайсинга 1 ген может экспрессировать несколько мРНК, которые кодируют разные белки.

Деградация мРНК начинается разрушения с 3-полиА-конца, после 5-кэп конец. мРНК разрушается ферментами.

Трансляция

Трансляция – это синтез полипептида по матрице мРНК, осуществляемый рибосомами.

Информация об аминокислотах полипептида зашифрована в молекуле мРНК с помощью генетического кода.

Генетический код – свойственный организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков с помощью определенной последовательности нуклеотидов ДНК и мРНК.

Свойства генетического кода:

1. 
   Триплетность – 1 аминокислота закодирована 3 нуклеотидами (триплетом). Из 4 типов нуклеотидов можно получить 64 комбинации. 61 триплет будут кодировать 20 аминокислот (смысловые кодоны), а 3 не имеют кодируемую кислоту и служат для обозначения места терминации трансляции (нонсенс-кодоны, стоп-кодоны).
   
2. 
   Вырожденность – одну кислоту могут кодировать несколько триплетов.
   
3. 
   Неперекрываемость – 1 нуклеотид входит в состав ТОЛЬКО 1 триплета.
   
4. 
   Коллинеарность – последовательность между триплетами и аминокислотами в цепи.
   
5. 
   Специфичность – 1 триплет кодирует только 1 кислоту.
   
6. 
   Универсальность – ген.код един для всех на Земле.
   

Нонсенс-кодоны – УАА, УАГ, УГА.
Стартовый кодон – АУГ. Задает рамку считывания.
Один триплет у АУГ и УГГ.

Основные компоненты белкосинтезируемой системы:

1. 
   Рибосомы. Состоит из 2 суюъединиц – малой и большой. Каждая субъединица включается рРНК и белки. В присутствии информационной РНК субъединицы объединяются и формируют 2 центра для присоединения транспортной РНК (аминоацильный (А) и пептидильный (Р)), а также центр отсоединения тРНК от рибосомы (Е-сайт).
   
2. 
   Информационная РНК (мРНК или иРНК). Посредник, передающий информацию с ДНК на рибосомы и выступающий в качестве матрицы для транскрипции.
   
3. 
   Набор аминокислот. Должны быть все 20 аминокислот. Недостаток хоть 1 незаменимой ведет к приостановлению синтеза белка.
   
4. 
   Транспортрная РНК (тРНК). Транспортировка аминокислот к месту синтеза белка. Для каждой аминокислоты хотя бы одна транспортная РНК.
   

По форме тРНК напоминает клевер. Выделяют 4 части:
1) Акцепторный конец, образованный 2 комплементарно соединенными концевыми частями с выступающим на несколько неклеотидов одноцепочечным 3-концом, заканчивающимся последовательностью ЦЦА со свободной ОН-группой.
Остальные части образуют петли.
2) Средняя часть – антикодоновая петля – содержит антикодон – триплет нуклеотидов. Также может иметься азотистое основание инозин, который может соединяться с У, Г, А мРНК.
3) D-домен. Служит для спец. узнавания тРНК аминоацил-тРНК-синтетазой.
4) Т-домен – отвечает за связывание аминоаци-тРНК с рибосомой.

5. 
   Аминоацил-тРНК-синтетазы. Для каждой аминокислоты имеется отдельный фермент. Присоединяет к транспортной РНК.
   

Матричный синтез цепи на рибосоме делят на 3 стадии:

1. 
   Инициация. Малая субъединицы на 5-конец мРНК в области КЭПа и двигается вдоль молекулы мРНК, достигая стартового кодона (АУГ). К данному кодону присоединяется своим антикодоном инициирующая тРНК с метионином.
   К стартовому комплексу присоединяется большая субъединица рибосомы.
   В Р-центре оказывается АУГ-кодон мРНК с присоединенной к нему тРНК, несущей метионин.
   
2. 
   Элонгация. Происходит на основе информации триплетов мРНК, следующих за инициирующим кодоном в направлении 5-3.
   Этот процесс обеспечивает ферментативная активность входящей в состав большой субъединиц рибосомы рРНК. Она является важнейшим клеточным рибозимом (тРНК, обладающая каталитической активностью).
   В результате этого транспортная РНК в Р-центре теряет связь со своей аминокислотой, которая переходит в А-центр.
   Дальше происходит транслокация рибосомы, из-за чего синтезируемый пептид перемещается обратно в Р-центр. Свободная от аминокислоты транспортная РНК отсоединяется от рибосомы в Е-центре, а в область А-центра попадает следующий кодон мРНК.
   Двигается от 5-конца к 3-концу.
   
3. 
   Терминация. Рибосома достигает стоп-кодона в А-центре. К данному кодону присоединяется фактор освобождения, останавливающий трансляцию и вызывающий отделение завершенного полипептида от рибосомы.
   

Одну цепь мРНК одновременно транслируют сразу несколько рибосом. Такой комплекс называют полисомой (или полирибосомой).

В результате трансляции полипептид не обладает функциональной активностью. В связи с этим сразу после трансляции идут посттрансляционные процессы.

Посттрансляционные процессы

Это фолдинг и посттранляционные модификации белка.

Фолдинг белка – процесс спонтанного сворачивания полипептидной цепи в уникальную пространственную структуру. Большинство белков сворачиваются уже в процессе трансляции (котрансляционный фолдинг), некоторые после трансляции (посттрансляционный фолдинг).
Для правильного фолдинга ряда белков необходимы вспомогательные белки – шапероны.

Посттрансляционные процессы:

1. 
   Удаление с N-конца белка стартового метионина или нескольких аминокислот спец. аминопептидазами.
   
2. 
   Образование дисульфидных мостиков между остатками цистеина.
   
3. 
   Частичный протеолиз – удаление части пептидной цепи (инсулин)
   
4. 
   Присоединение химической группы е аминокислотным остаткам белковой цепи.
   
5. 
   Объединение протомеров в единый олигомерный комплекс с образованием функциональной четвертичной структуры.
   
6. 
   Включение простетической группы.
   

Регуляция трансляции и посттрансляционных процессов

Чаще всего на стадии инициации.

1. 
   Зависит от пространственной структуры инициирующего участка мРНК: сворачивание этого участка в стабильную вторичную или третичную структуру может блокировать инициацию. Для продолжения трансляции нужно разрушить эту структуру или специальные дестабилизирующие белковые ферменты.
   
2. 
   Регуляторные белки, связывающиеся со спец. нетранслируемой нуклеотидной последовательностью на 5-конце м-РНК препятствует её присоединение к рибосоме.
   
3. 
   Полиаденилирование и деаденилирование мРНК.
   

Хромосомный уровень организации

Хромосомы – морфофункциольные единицы ядра эукариотической клетки.

В период интерфазы хромосомы деконденсируют и такое их состояние называют хроматин.

Двойная спираль ДНК + гистоны – нуклеогистоновая нить.
Нуклеогистоновая нить в виде спирали – хроматиновая фибрилла.
Хроматиновая фибрилла укладывается в петли + негистоновые белки – интерфазные хроматиновые петли.
Дальнейшая компактизация – хроматид.
Метафазная хромосома = 2 хроматиды (две молекулы ДНК).

В ядрах интерфазных клеток ген. материал представлен в виде хроматина.

Хроматин:

1. 
   Эухроматин. Соответствует сегментам хромосом с менее плотной упаковкой ДНК.
   Эухроматиновые участки могут инактивироваться и приобретать свойства факультативного гетерохроматина.
   
2. 
   Гетерохроматин делится на:
   

1. 
   Конститутивные. Содержится в теломерах и околоцентромерных участках. Образован некодирующей ДНК.
   

Роль:

А) Прикрепление хроматина к ядерной оболочке

Б) Взаимное узнавание гомологичных хромосом в мейозе

В) Участие в процессе регуляции активности генов

Г) Разделение соседних участков структурных генов

2. 
   Факультативный. Содержит кодирующую ДНК. Чаще всего присутствуют в 1 гомологичной хромосоме (тельца Барра)
   

Метафазные хромосомы состоят из:

1. 
   Центромер
   
2. 
   Теломеры – концевые участки хромосом. Их концы содержат ДНК, состоящих из коротких следующих друг за другов повторов, содерржащих 6 нуклеотиов ТТАГГГ.
   Не содержат генов.
   Лимит Хейфлика – или остановка деления, или апоптоз.
   
3. 
   Сайта инициации репликации
   

На центромере происходит сборка кинетохора – сложной белковой структуры, определяющей прикрепление хромосомы к микротрубочкам веретена деления, обеспечивающих движения дочерних хромосом в митозе.

Центромера делится на 2 части – плечи.
Длинное – р,
Короткое – q.

Хромосомы делят на мета-, субмета- и акроцентрические хромосомы в зависимости от расположения центромеры.

Некоторые хромосомы на конце плеча имеют вторичную перетяжку – ядрышковый организатор. Отделяет часть хромосомы – спутник. Расположены на коротких плечах акроцентрических хромосом.

Кариотип и классификации хромосом.

Кариотип – это диплоидный набор хромосом, характерный для каждого биологического вида.

Цитогенетический метод – изучение кариотипа. Результаты идентификации хромосом представляют в виде идиограммы.

Денверская классификацаия:

1. 
   23 пары хромосом
   
2. 
   А – метацентрики – 1,3 и субметацентрик – 2.
   
3. 
   В – субметацентрики – 3,4.
   
4. 
   С – мета- и субметацентрики – 6-12 + Х-хромосома
   
5. 
   D – акроцентрики со спутником – 13-15
   
6. 
   Е – короткие мета и субметацентрики – 16-18
   
7. 
   F – небольшие метацентрики – 19-20
   
8. 
   G – акроцентрики – 21, 22 + Y-хромосома.
   

Парижская классификация основана на применении дифференциальных методов окраски хромосом.
Выделили плечи и в них сегменты.

Каждый ген занимает в хромосоме определенное место – локус.
В одинаковых локусах гомологичных хромосом расположены аллельные гены, контролирующие развитие 1 признака.
Некоторые гены расположены в виде кластеров в нескольких парах негомологичных хромосом.

Клеточный и митотический цикл

КЦ – от рождения клетки до деления или гибели.

МЦ – совокупность процессов, происходящих в клетке от одного деления до другого, в результате которых из 1 материнской образуются 2 дочерние клетки новой генерации.

В обновляющихся тканях до 80% постоянно в МЦ.

В растущие тканях 5-10% способны к делению.

В стабильных тканях нет МЦ.

Периоды МЦ:

1. 
   G1-период – образуются все органоиды, структурные и функциональные белки, синтез РНК, клетка достигает нормального размера. 2n2с (диплоидный набор).
   
2. 
   S-период – репликация ДНК, синтез белков хроматина (гистоны), удваиваются центриоли. 2n4с
   
3. 
   G2-период – синтез тубулинов (веретено деления), 2n2c
   
4. 
   Профаза – компактизация ДНК, хроматиды укорачиваются и утолщаются, распадается оболочка ядра, ядрышко исчезает, идет синтез микротрубочек (митотическое веретено деления). В области центромер образуются кинетохоры. Центриоли мигрируют к полюсам. 2n4с
   
5. 
   Метафаза – конденсация достигает максимума, образуется митотическая пластинка. 2n4с
   
6. 
   Анафаза – сестринские хроматиды теряют связь друг с другом и расходятся. 4n4с
   
7. 
   Телофаза – деконденсация хромосом. Происходит цитотомия (деление цитоплазмы). 2n2c
   

Модификация МЦ в норме

Полиплоидизация может быть из-за:

1. 
   Эндомитоз – процесс удвоения хромосом без деления.
   
2. 
   Политения – повторная редупликация молекул ДНК. Число хромосом сохраняется диплоидным.
   
3. 
   Нерасхождение хромосом в анафазе из-за веретена деления.
   
4. 
   Синхронный митоз двуядерной клетки.
   

Патологии МЦ

Патологический митоз в соматических клетках может привести к клеточному мозаицизму; в генеративной клетке – к образованию гамет с нарушенным хромосомным набором.

Может быть из-за:

1. 
   Повреждения хромосом.
   
2. 
   Разрушение веретена деления.
   
3. 
   Нарушение цитотомии.
   

Формы патологий МЦ:

1. 
   Многополюсной митоз – расхождение в 3 и больше направлений
   
2. 
   Неравный митоз – неодинаковость размеров, двух разошедшихся хромосомных групп
   
3. 
   Рассеивание хромосом – нет метафазной пластинки
   
4. 
   Полая метафаза – расположение хромосом по периферии клетки.
   
5. 
   Отставание хромосом – узнаётся по хромосомным мостикам.
   
6. 
   К-митоз (колхициновый митоз) – нерасхождение хромосом, задержкой в метафазе и гиперспирализацией.
   

Регуляция КЦ

Смена периодов зависит от циклинов и циклинзависимых киназ. Активация циклиназависимых киназ происходит из-за циклинов.

Контрольные точки:

1. 
   G1 – разрывы ДНК, разрушение системы микротрубочек, неверное распределение хромосом
   
2. 
   S – наличие свободных нуклеотидов, правильность репликации ДНК.
   
3. 
   G2 – крупные повреждения ДНК или не репликация каких-либо структур.
   
4. 
   В контрольной точке метафазы – правильная сборка веретена деления.
   

Апоптоз

Белок р53 синтезируются постоянно, но неустойчив. В норме он неактивный.
Разрывы ДНК узнает фермент ДНК-протеинкиназа и фосфорилирует белок р53, делая его активным.

Р53:

1. 
   Координирует процесс репарации ДНК
   
2. 
   Регулирует транскрипцию ряда генов-активаторов апоптоза.
   

Активный р53 является транскрипционным фактором для гена, координирующего белок р21, который является ингибитором всех C-Cdk.

Трансформация клеток про онкогенезе

Раковые клетки – это клетки, потерявшие систему контроля КЦ в результате стойкого изменения активности определенных генов.

Онгогены – возникают в следствие мутации протоонкогенов.

Протоонкогены – это обычные гены, кодирующие белки, регулирующие КЦ и дифференцировку.

Опухолевые супрессоры – гены, продукты которых подавляют пролиферацию клеток.

Мутаторные гены – гены, нарушение функций которых ведет к увеличению темпа возникновения мутаций.

RAS – семейство генов, кодирующих белки. В норме нет сигнала от рецептора фактора роста к каскаду протеинкиназ. Протоонкоген. 30%

Ген р53 – опухолевый супрессор. 50%

Мейоз

Мейоз – это процесс созревания половых клеток в гаметогенезе. Приводит к:

1. 
   Гаплоидности
   
2. 
   Возникновению в гаметах новых комбинаций.
   

Включает стадиции:

1. 
   Интерфаза 1 – тоже самое, что и в митозе
   
2. 
   Профаза 1:
   
   1. 
      Лептотена – начало конденсации хромосом.
      
   2. 
      Зиготена – конъюгация (синапсис) гомологичных хромосом. Образование бивалентов (тетрад)
      
   3. 
      Пахитена – кроссинговер
      
   4. 
      Диплотена
      
   5. 
      Диакинез
      
3. 
   Метафаза 1 – завершается формирование веретена деления. Бивалентны располагаются в плоскости.
   
4. 
   Анафаза 1 – гомологичные хромосомы расходятся.
   
5. 
   Телофаза 1 – формирование клеток.
   
6. 
   Профаза 2 – тоже самое, что и в митозе.
   
7. 
   Метафаза 2 – тоже самое, что и в митозе.
   
8. 
   Анафаза 2 – тоже самое, что и в митозе.
   
9. 
   Телофаза 2 – тоже самое, что и в митозе.
   

Патологии мейоза

Могут возникать хромосомные мутации. Причины:

1. 
   Неравный кроссинговер – дупликация и делеция. Могут быть и генные мутации.
   
2. 
   Полное нерасхождение хромосом ведет к полиплоидизации организма.
   
3. 
   Нерасхождение отдельных пар ведет к анэуплоидизации организма.
   

Существуют первичное и вторичное нерасхождение хромосом:

1. 
   Первичное происходит у родителей. Они фенотипически здоровы. Дети больны и являются носителями
   
2. 
   Если нет летального исхода или же бесплодия, то возможно повторное нерасхождение генов, частота которого возрастает.
   

Половое размножение. Гаметогенез

Овогенез:

1. 
   Гоноциты (перчичные половые клетки) остаются в корковом веществе яичника. Они образуют первичные фолликулы. Гоноцит растет и становится овогонием.
   
2. 
   Период размножения заканчивается до рождения. Митоз. (2n2с)
   
3. 
   Период роста. Образуется овоцит 1-порядка (2n4с). Остаются на стадии диплотены
   
4. 
   Период созревания наступает во время половой зрелости. Образуется овоцит 2-порядка (n2с) и первое полярное тельце. До оплодотворения останавливается на метафазе 2.
   
5. 
   После оплодотворения образуется овотида (nc) и второе полярное тельце.
   

Сперматогенез:

1. 
   Гоноциты мигрируют в зачаток гонады. Формируют смерматогонии.
   
2. 
   Формируются с периода половой зрелости, занимает 74-75 суток.
   
3. 
   Период размножения. Различают А и В. А делятся, а В участвуют дальше в сперматогенезе. 2n2c
   
4. 
   Период роста. Сперматоциты 1-порядка. 2n4c
   
5. 
   Период созревания. Сперматоциты 2-порядка (n2c) и дальше сперматиды (nc)
   
6. 
   Период формирования. Ядро, акросома и центриоли формируют смерматозоид (nc).
   

Изменчивость

Изменчивость – это свойство организмов приобретать новые признаки и свойства, отличающиеся от родительских особей.

Изменчивость:

1. 
   Наследственная
   1) Комбинативная
   2) Мутационная
   
2. 
   Ненаследственная (модификации)
   

Различают 3 вида мутаций:

1. 
   Генная
   
2. 
   Хромосомная
   
3. 
   Геномная
   

Генная мутация

Генная (точковая) мутация – изменение последовательности нуклеотидов в пределах гена.

Различают генные мутации:

1. 
   Генеративные – в половых клетках
   
2. 
   Соматические – в соматических клетках.
   

Соматические мутации могут приводить к возникновению генетических мозаик (наличие в тканях генетически различающихся клеток).

Минимальная единица мутирования – мутон – одна пара комплементарных нуклеотидов.

Основные виды генных мутаций:

1. 
   Замена нуклеотида
   
2. 
   Выпадение нуклеотида
   
3. 
   Вставка 1 или нескольких нуклеотидов
   
4. 
   Поворот на 180 градусов
   

Генные мутации могут сдвигать рамку считывания, а могут и не сдвигать.

Классификация генных мутаций по последствиям:

1. 
   Нейтральная (молчащая мутация)
   
2. 
   Миссенс-мутация – замена аминокислоты
   
3. 
   Нонсенс-мутация – образование стон-кодона
   
4. 
   Регуляторная мутация – в 5 или 3 концах, влияет на экспрессию гена
   
5. 
   Динамическая мутация – увеличение числа 3-нуклеотидных повторов.
   

Генные мутации составляют основу новых аллелей и обуславливают явление множественного аллелизма.

Хромосомные мутации

Хромосомные мутации (аберрации или перестройки) – изменения структуры хромосом, возникающие вследствие неравномерного кроссинговера или разрыва хромосом под действием мутагенов и неправильного воссоединения их фрагментов.

Хромосомные мутации:

1. 
   Внутрихромосомные
   

1) Делеция
2) Дефишенс

3) Дупликация

4) Инверсия
5) Транспозиция

2. 
   Межхромосомные
   1) Транслокация
   

Геномные мутации

Геномные мутации – изменение числа хромосом в диплоидном наборе.

Геномные мутации:

1. 
   Анэуплоидии – изменение числа отдельных хромосом.
   1) Моносомия – 45
   2) Трисомия – 47
   
2. 
   Полиплоидия – изменение гаплоидности отдельных хромосом
   1) Триплоидия
   2) Гаплоидия
   

Основной метод выявления хромосомных мутаций – цитогенетический метод.