Основи молекулярної генетики.

Класифікація мутацій

Особливості мутацій

1. Мутаційні зміни обумовлені зміною спадкових структур у статевих або соматичних клітинах і можуть відтворюватись у поколіннях, тобто є спадковими;

2. Мутації виникають раптово у поодиноких особин, носять випадковий, ненаправлений характер, можуть бути рецесивними та домінантними;

3. Мутації можуть у різних напрямах, торкатися одне чи кілька ознак і властивостей, може бути цінними, корисними чи шкідливими. Мутації, що знижують виживання мутантів більш ніж 10%, шкідливі для природних популяцій (Рігер Р., Міхаеліс А., 1967). У сільськогосподарській практиці цінність мутації визначається її значенням для селекції;

4. Одні й самі мутації можуть виникати повторно.

1. Геномні (поліплоїдія)

А) Гаплоїдія

Б) Еуплоїдія

Автополіплоїдія

Алоплоїдія

В)Гетероплоїдія

2. Хромосомні аберації

Деліція

Дефішенсі

Інверсія

Дуплікація

Фрагментація

Транслокація

Транспозиція

Заміна нуклеотидів у ДНК

Вставка або випадання нуклеотидів у ДНК

Поліплоїдія – це геномна мутація,обумовлена зміною числа хромосом у клітинах, а також процес виникнення чи створення геномних мутантів (поліплоїдів). Поліплоїдія найчастіше зустрічається у рослин і є захисною реакцією організму (у горах більше поліплоїдних рослин). Поліплоїди відрізняються від диплоїдів плодючістю. Гаплоїди – це організми, які мають одинарний набір хромосом. У клітинах гаплоїдів міститься лише половина соматичного набору хромосом (п), властивого даному виду, тобто така сама кількість хромосом, як і нормальних статевих клітинах – гаметах. Гаплоїдибезплідні, але можуть розмножуватися партеногенетично та зберігатися при вегетативному розмноженні.

Еуплоїди(Справжні поліплоїди) – організми, у клітинах яких міститься більше двох гаплоїдних наборів хромосом одного виду або відбувається з'єднання та кратне збільшення хромосомних наборів різних видів. Автополіплоїди- організми, у клітинах яких міститься більше двох гаплоїдних наборів хромосом, властивих даному виду (триплоїди (3 п число хромосом), тетраплоїди (4п), пентаплоїди (5п), гексаплоїди (6п) і т.д.). Автополіплоїдія зумовлює зміну морфологічних ознак та властивостей, властивих вихідним типам. У поліплоїдів збільшуються розміри ядра і клітини загалом, і навіть кількість органоїдів цитоплазми – пластид, мітохондрій, рибосом. Алополіплоїди - міжвидові поліплоїди, в каріотипі яких містяться подвоєні набори хромосом різних видів. Алополіплоїдам зазвичай притаманні ознаки та властивості вихідних диплоїдних батьківських форм у різних поєднаннях, як це зазвичай буває при міжвидовій та міжродовій гібридизації. Поліплоїдизация дозволяє відновити плодючість, оскільки міжвидові та міжродові гібриди, як правило, безплідні.

Гетероплоїди –або анеуплоїди – це організми, число хромосом у яких неразове гаплоїдному (2п-1, 2п+1). Причиною виникнення гетероплоїдів може бути відсутність поділу хромосом на хроматиди за відсутності кон'югації гомологічних хромосом. Залежно від числа додаткових або відсутніх хромосом застосовують такі терміни: 2п-112 - моносомік, 2п-212 - нулісомік, 2п +15 - трисомік, 2п +25 - тетрасомік. Нижній індекс вказує номер хромосомної пари в каріотипі, де змінилося число хромосом.

Поліплоїдія у тварин зустрічається дуже рідко. Наприклад, золотистий хом'ячок у каріотипі якого міститься 44 хромосоми, тоді як у тварин інших пологів сірого та звичайного хом'яка їх 22. У аксолотля були отримані тетраплоїдні самки. При схрещуванні їх із диплоїдними самцями було отримано триплоїдне, повністю безплідне потомство. Бичачий гіпогонадизм характеризується трисомією за статевою Х-хромосомою. Такі бички відстають у зростанні та розвитку, характеризуються недорозвиненням вторинних статевих ознак та зниженим рівнем спермопродукції аж до її відсутності.

У людей встановлені та описані наступні хвороби (синдроми поліплоїдії): синдром Патау – тяжке захворювання, обумовлене трисомією за 13 хромосомою. Частота народження – 1:5000-7000 новонароджених. Характерна багатопалість (полідактилія), вади внутрішніх органів (перегородки серця), головного мозку та висока рання смертність. Синдром Дауна обумовлений трисомією за 21-1 хромосомою. Частота народження 1:700-800 народжень. Характерна розумова відсталість, розбовтаність суглобів, вади форми голови та обличчя. Моносомія Х-хромосомою обумовлює синдром Шершевського-Тернера. Характерно безпліддя (оскільки таких жінок немає яєчників), недорозвинення статевих ознак, низький ріст. Відзначено випадки народження чоловіків лише з однією Х-хромосомою, а У-хромосома відсутня внаслідок анеуплоїдної мутації. У медицині цей синдром називається Клайнфелтером. Характерно недорозвинення сім'яників, євнухоїдна статура. Трисомія по хромосомі 8 призводить до ряду аномалій – косоокості, дефектів у будові нігтів, збільшення носа та вух, розумової відсталості. Нуллісомія (повна відсутність будь-якої хромосоми) для людини смертельно. Нулісомія за тією чи іншою хромосомою може призвести до загибелі та пов'язана з фенотиповими змінами.

Більшість генів організму суворо локалізовано, кожен ген перебуває у певному місці однієї з хромосом. За допомогою генетичних та цитологічних методів для кожної хромосоми можна скласти її генну карту. Тільки деякі так звані мобільні генетичні елементи («стрибають гени») можуть бути розкидані в різних місцях хромосом і здатні іноді переміщатися в інші місця тієї чи іншої хромосоми.

Розглянемо хромосомні аберації (перебудови).

Характер хромосомної перебудови багато в чому залежить стану хромосоми в останній момент впливу мутагенного чинника. Якщо хромосома перебуває у стані одиночної нитки (період G 1 інтерфази, анафаза і телофаза мітозу), то в наступний період інтерфази S вона подвоюється і аберація зберігається в обох хроматидах, тобто виникають хромосомні аберації.Якщо мутаген діє на хромосому, що знаходиться в стані подвійної нитки (період G 2 або S інтерфази, профаза та метафаза мітозу), аберація може відбутися тільки в одній хроматиді. У цьому випадку виникають хроматидні перебудови.

Розрізняють внутрішньо- та міжхромосомні аберації.

Внутрішньохромосомні аберації.

Деліція- Випадання ділянки хромосоми в середній її частині, що містить зазвичай цілий комплекс генів. У разі випадання кінцевої ділянки виникає кінцева делеція - дефішенсі.Коли делеція і дефішенсі захоплюють невеликий фрагмент хромосоми, це викликає зміну ознаки, наприклад, жовте забарвлення тіла і білоокість у дрозофіли. Великі делеції спричиняють загибель організму. Ілюстрацією шкідливого впливу великих делецій може бути хронічний мієлоз в людини. Ця важка форма білокрів'я, що характеризується нестримним розмноженням деяких видів лейкоцитів, викликається дуже великою делецією в одній з аутосом 21 пари.

Інверсія- виникає в результаті розриву хромосоми одночасно в двох місцях із збереженням внутрішньої ділянки, яка з'єднується з цією ж хромосомою після повороту на 180 про. Інверсія не впливає на фенотип особи. Гетерозиготність за інверсією сильно заважає в мейозі нормальної кон'югації та утворюються анеуплоїдні статеві клітини. У гомозиготних по інвертованій хромосомі особин кон'югація у мейозі протікає нормально. Результатом інверсії можуть бути гетероплоїдні нащадки або безплідність. Інверсії часто зустрічаються у природі. Особливо багато отримано даних про поширення інверсій у популяціях різних видів мух, комарів та мошок, у яких інверсії легко виявити в хромосомах слинних залоз, де вони мають величезні розміри та чітко виражену структуру.

Дуплікація- Подвоєння ділянки хромосоми. Характерні слабкі фенотипічні прояви. В еволюційному плані дуплікації збагачують генотипи новими генами (смугоподібні очі у дрозофіли при дуплікації гена Bar).

Міжхромосомні аберації.

Транслокація- Обмін ділянками між негомологічними хромосомами. У особин гетерозиготних транслокації порушується кон'югація гомологічних хромосом і утворюються нежиттєздатні гамети (або рання ембріональна смертність). Такі особини характеризуються зниженою плодючістю або утворюються гетероплоїдні нащадки (мутанти шовковичного шовкопряда, де самці виводяться тільки з білих яєчок і утворюють більші кокони для шовківництва).

Транспозиція (інсерція)- це вставка в якесь місце хромосоми мобільного генетичного елемента (мге), перенесеного туди з іншого місця тієї чи іншої хромосоми. У геномі організму може бути кілька різних мгэ у сумі вони можуть становити 10-15 % геному. Мутації, що викликаються транспозицією, іноді нестійкі (ревертовані). Для бактерій показано, що транспозиції мге можуть відбуватися між близькими видами, а також між бактеріальною хромосомою і геномом вірусу, що заразив її (фага).

Фрагментація– відбувається внаслідок розриву хромосом чи хроматид у кількох місцях одночасно. Зумовлює виникнення летальних мутантів.

Генні,або поштовхові мутації- Це зміна структури молекули ДНК на ділянці певного гена, що кодує синтез відповідної білкової молекули (або стійкі зміни окремих генів). У будь-якого організму генні мутації призводять до надзвичайно різноманітних змін різноманітних морфологічних, фізіологічних та біохімічних ознак. У бактерій генні мутації змінюють колір і форму колоній, рухливість клітин, темп їх поділу, здатність зброджувати різні цукру, стійкість до високої температури, лікарських речовин, сприйнятливість до зараження фагами, здатність рости на неповноцінному поживному середовищі, токсичність і т.д. У дрозофіли в результаті генних мутацій змінюються колір, розмір і будова очей, розмір, форма і жилкування крил, будова черевця, грудей, ніг та вусиків, число, товщина і форма щетинок, плодючість, тривалість життя, швидкість вироблення умовних рефлексів. Картина генних мутацій загалом універсальна всім живих істот.

Генні мутації можуть бути домінантними, рецесивними чи напівдомінантними. Прикладом може бути домінантна мутаціяу дрозофіли, що викликає розвиток щетинок на жилках крил мухи. Різний характер редукції щетинок на тілі дрозофіли викликали численні алелі гена scut - sc 1, sc 2, sc 3. Вперше множинний алелізмбуло встановлено 1930 р. А.С.Серебровским, Н.П.Дубининым і Б.П.Сидоровым у дрозофіли. Множинним алелізмом називають різний стан одного й того ж локусу (гена), обумовлений поштовховими мутаціями, що детермінують різний прояв одного й того самого ознаки чи властивості. Алелі одного гена, що виникли в результаті поштовхової мутації, називають множинними алелями. Яскравим прикладом множинного алелізму можуть бути алелі, що кодують синтез глобіну – білка, необхідного для утворення складних молекул гемоглобіну крові. Відомо 100 типів гемоглобіну, контрольованих серією множинних алелів. У гомозиготному стані гемоглобін обумовлює тяжке спадкове захворювання – серповидно-клітинну анемію.

Процес відновлення початкової структури та виправлення пошкоджень молекули ДНК називається репарацією.Найбільш вивчені фотореактивація та темнова репарація. Фотореактивація здійснюється фотореактивуючим ферментом. Світло активує фермент, і він відновлює вихідну структуру молекули ДНК, пошкоджену ультрафіолетовими променями. Темнова репарація протікає в кілька етапів за участю чотирьох типів ферментів, послідовна дія яких виправляє пошкодження ДНК (ендонуклеаза-обстежує, ендонуклеаза-розширює ділянку ДНК, ДНК-полімераза - синтезує, лігаза - скріплює синтезовані ДНК).

Генетичні відмінності в активності репаруючих ДНК-ферментів є однією з головних причин різної стійкості організмів до дії мутагенів, зокрема іонізуючої радіації та ультрафіолетових променів. Подібні відмінності існують не лише між генотипно неоднаковими особинами в межах виду, а й між рівними видами. Так, у людини відома вроджена хвороба, яка називається пігментною ксеродермією. Шкіра таких людей ненормально чутлива до сонячних променів і при їх інтенсивному впливі покривається великими пігментними плямами, покривається виразками, а іноді процес набуває злоякісний характер (рак шкіри). Пігментна ксеродермія викликається мутацією, що інактивує ген, відповідальний за синтез ферменту, що репарує пошкодження ДНК шкірних клітин ультрафіолетовою частиною сонячних променів.

Знання різних типів мутацій та причин їх виникнення необхідне для практичної селекції мікроорганізмів, оброблюваних рослин та свійських тварин, а також для ветеринарної медицини та медицини з метою діагностики, попередження та дослідження способів лікування хвороб тварин і людини.

Найбільш разючі успіхи в селекції бактерій та грибів – продуцентів антибіотиків та інших біологічно активних речовин. Активність променистого гриба – продуцента вітаміну В12 – підвищилася у 6 разів, а активність бактерії – продуцента амінокислоти лізину – у 300-400 разів. Штучне викликання мутацій використовується та економічно виправдано у селекції рослин. Пшениця, жито, кукурудзу, ячмінь та інші культури перевершують вихідні форми по врожайності, вмісту білка, скоростиглості, стійкості до вилягання, різних хвороб. Радянським генетиком Струнніковим В.А. розроблений придатний для практичного шовківництва і широко тепер впроваджений спосіб отримання у шовковичного шовкопряда тільки чоловічого потомства. Кокони самців містять на 25-30% більше шовку, ніж кокони самок.

Гібрид, який отримав назву біохімічної, або молекулярної генетики, виявився надзвичайно продуктивним і дав більше інформації, ніж її можна було отримати з генетики та біохімії окремо (Роберт Вудс, 1982). Біохімічна генетика– це наука про спадкові закономірності біохімічних процесів, які є основою життєдіяльності організму в нормі та патології; структуру, функції та синтез нуклеїнових кислот, які складають матеріальну основу спадковості; біосинтезі та генетичної регуляції біосинтезу білків; генетичному значенні та ролі змін цих процесів у патології. Першу вказівку на потенційні можливості цієї гібридної дисципліни було отримано у 1909 р., коли Гаррод показав, що хвороба фенілкетонуріяобумовлена порушенням метаболізму ароматичних амінокислот фенілаланіну та тирозину. Назвав він цю хворобу "вродженою помилкою метаболізму". Це приклад біохімічної плейотропії, спричиненої мутацією генів, відповідальних синтез ферментів. Нездатність генотипу виробляти ці ферменти призводить до того, що амінокислота, що надходить з їжею, фенілаланін накопичується в плазмі крові, а потім у мозку. Надлишок її визначає плейотропний ефект: у хворих дітей розвивається розумова відсталість, втрата мови, відсутність координації рухів. У тканинах накопичуються проміжні продукти розщеплення кетокислот (фенілацетат, фенілактат), які є токсинами для ЦНС. Це призводить до дибільності чи ідіотії. Цю хворобу встановлюють за допомогою реактиву Фелінга, який додають у пробірку із свіжою сечею. Позитивна реакція – наявність синьо-зеленого фарбування. Фенілкетонурія належить до аутосомно-рецесивних захворювань. Хворі були гомозиготними за рецесивним алелем (а/а), тоді як у гетерозигот (А/а) та у домінантних гомозигот (А/А), ознак захворювання не спостерігалося. За допомогою спеціальної дієти, отримана можливість, запобігти цьому захворюванню.

У 1914 р. було показано, що у хворих алкаптонурієювідсутня активність ферменту – оксидази гомогентизинової кислоти, який перетворює гомогентизинову кислоту на малеїлацетооцтову кислоту. Виявляється хвороба у віці 40 років і старше та характеризується патологічними змінами суглобів кінцівок, хребта, потемнінням сечі, захворюванням серця та судин, атеросклерозом. Лікується великими дозами вітаміну С.

Тирозиноз- Захворювання, обумовлене порушеннями в метаболізмі амінокислоти тирозину. Накопичення в організмі надлишку цієї амінокислоти та її метаболітів обумовлює затримку у розвитку немовляти, кретинізм, недоумство, патологію нирок та печінки.

Альбінізм– хвороба, зумовлена відсутністю ферменту тирозинази, що сприяє синтезу меланіну з тирозину. При альбінізмі меланін відсутній у шкірі, волоссі, райдужці ока, що призводить до світлобоязні, погіршення зору, глухоти з немотою, епілепсії, запалення шкіри при сонячному опроміненні. Альбінізм буває місцевим та загальним. Місцевий альбінізм ніколи не вражає очі, а лише шкіру та волосся – успадковується домінантно. Загальний альбінізм успадковується за аутосомно-рецесивним типом. Чи не лікується.

Порфірія– хвороба великої рогатої худоби, що виникає внаслідок порушення метаболізму з надмірним утворенням червоного пігменту – порфірину та накопиченням його в крові, кістках, зубах та інших частинах тіла. Порфірин - це обов'язковий компонент гемоглобіну. Надмірне накопичення та виведення його – це наслідок ферментної блокади метаболізму при утворенні гема з попередника – профобіліногену. У хворих тварин чорно-коричнева сеча та рожеве забарвлення зубів. Тварини дуже чутливі до сонячних променів і як наслідок опіки та пошкодження, а потім шкірні рубці (навколо очей, ніздрів, уздовж спини, ділянки позбавлені волосся). Якщо тварини не випускати на сонці, то хвороба не виявиться. Аномалія спостерігається у шортгорнської худоби, голштинофризів – за аутосомно-рецесивним типом, у свиней – за домінантним типом спадкування. У овець спостерігається різновид порфірії при надмірному накопиченні філоеритрину. Виявляється хвороба 5-7 тижнів у ягнят саутдаунських овець. Печінка ягнят не синтезує філлоеритрин, який утворюється при розщепленні хлорофіла та при дії сонячного опромінення. На лицьовій частині черепа та вухах утворюється екзема, а через 2-3 тижні тварини гинуть. Успадковується за аутосомно-рецесивним типом.

Зоб- Нестача в організмі тварин йоду у зв'язку зі спадковими порушеннями метаболізму. У кіз зоб успадковується домінантно, у овець – за аутосомно-рецесивним типом, а у свиней – у формі мікседеми (гіпертиреоз). При цій хворобі збільшується кількість телят мертвонароджених з припухлостями на шиї або у вигляді водянки плода.

Перелічені хвороби відносять до ферментопатій.

У 1950 р. стало ясно, що гени кодують ферменти (Мітчелл та Лейн).

генетичний код.

Кодом спадковості або гентичним кодом називається процес перекладу триплетної послідовності нуклеотидів молекули ДНК у послідовність амінокислот у білковій молекулі. Однією з найважливіших властивостей генетичного коду є його колінеарність– чітка відповідність між послідовностями кодонів нуклеїнових кислот та амінокислотами поліпептидних ланцюгів (таблиця). Важливе значення для розкриття генетичного коду мали дослідження М.Ніренберга та Дж.Маттеї, а потім С.Очао із співробітниками, розпочатими ними у 1961 р. у США.

Колінеарність генетичного коду

Гібрид, який отримав назву біохімічної, або молекулярної генетики, виявився надзвичайно продуктивним і дав більше інформації, ніж її можна було отримати з генетики та біохімії окремо (Роберт Вудс, 1982). Біохімічна генетика – це наука про спадкові закономірності біохімічних процесів, які є основою життєдіяльності організму в нормі та патології; структуру, функції та синтез нуклеїнових кислот, які складають матеріальну основу спадковості; біосинтезі та генетичної регуляції біосинтезу білків; генетичному значенні та ролі змін цих процесів у патології. Перша вказівка на потенційні можливості цієї гібридної дисципліни була отримана в 1909 р., коли Гаррод показав, що хвороба фенілкетонурія обумовлена порушенням метаболізму ароматичних амінокислот фенілаланіну та тирозину. Назвав він цю хворобу "вродженою помилкою метаболізму". Це приклад біохімічної плейотропії, спричиненої мутацією генів, відповідальних синтез ферментів. Нездатність генотипу виробляти ці ферменти призводить до того, що амінокислота, що надходить з їжею, фенілаланін накопичується в плазмі крові, а потім у мозку. Надлишок її визначає плейотропний ефект: у хворих дітей розвивається розумова відсталість, втрата мови, відсутність координації рухів. У тканинах накопичуються проміжні продукти розщеплення кетокислот (фенілацетат, фенілактат), які є токсинами для ЦНС. Це призводить до дибільності чи ідіотії. Цю хворобу встановлюють за допомогою реактиву Фелінга, який додають у пробірку із свіжою сечею. Позитивна реакція – наявність синьо-зеленого фарбування. Фенілкетонурія належить до аутосомно-рецесивних захворювань. Хворі були гомозиготними за рецесивним алелем (а/а), тоді як у гетерозигот (А/а) та у домінантних гомозигот (А/А), ознак захворювання не спостерігалося. За допомогою спеціальної дієти, отримана можливість, запобігти цьому захворюванню.

У 1914 р. було показано, що у хворих на алкаптонурію відсутня активність ферменту – оксидази гомогентизинової кислоти, який перетворює гомогентизинову кислоту на малеїлацетооцтову кислоту. Виявляється хвороба у віці 40 років і старше та характеризується патологічними змінами суглобів кінцівок, хребта, потемнінням сечі, захворюванням серця та судин, атеросклерозом. Лікується великими дозами вітаміну С.

Тирозиноз – захворювання, зумовлене порушеннями метаболізму амінокислоти тирозину. Накопичення в організмі надлишку цієї амінокислоти та її метаболітів обумовлює затримку у розвитку немовляти, кретинізм, недоумство, патологію нирок та печінки.

Альбінізм - хвороба, зумовлена відсутністю ферменту тирозинази, що сприяє синтезу меланіну з тирозину. При альбінізмі меланін відсутній у шкірі, волоссі, райдужці ока, що призводить до світлобоязні, погіршення зору, глухоти з немотою, епілепсії, запалення шкіри при сонячному опроміненні. Альбінізм буває місцевим та загальним. Місцевий альбінізм ніколи не вражає очі, а лише шкіру та волосся – успадковується домінантно. Загальний альбінізм успадковується за аутосомно-рецесивним типом. Чи не лікується.

Порфирія – хвороба великої рогатої худоби, що виникає внаслідок порушення метаболізму з надмірним утворенням червоного пігменту – порфірину та накопиченням його в крові, кістках, зубах та інших частинах тіла. Порфірин - це обов'язковий компонент гемоглобіну. Надмірне накопичення та виведення його – це наслідок ферментної блокади метаболізму при утворенні гема з попередника – профобіліногену. У хворих тварин чорно-коричнева сеча та рожеве забарвлення зубів. Тварини дуже чутливі до сонячних променів і як наслідок опіки та пошкодження, а потім шкірні рубці (навколо очей, ніздрів, уздовж спини, ділянки позбавлені волосся). Якщо тварини не випускати на сонці, то хвороба не виявиться. Аномалія спостерігається у шортгорнської худоби, голштинофризів – за аутосомно-рецесивним типом, у свиней – за домінантним типом спадкування. У овець спостерігається різновид порфірії при надмірному накопиченні філоеритрину. Виявляється хвороба 5-7 тижнів у ягнят саутдаунських овець. Печінка ягнят не синтезує філлоеритрин, який утворюється при розщепленні хлорофіла та при дії сонячного опромінення. На лицьовій частині черепа та вухах утворюється екзема, а через 2-3 тижні тварини гинуть. Успадковується за аутосомно-рецесивним типом.

Зоб - нестача в організмі тварин йоду у зв'язку зі спадковими порушеннями метаболізму. У кіз зоб успадковується домінантно, у овець – за аутосомно-рецесивним типом, а у свиней – у формі мікседеми (гіпертиреоз). При цій хворобі збільшується кількість телят мертвонароджених з припухлостями на шиї або у вигляді водянки плода.

Перелічені хвороби відносять до ферментопатій.

У 1950 р. стало ясно, що гени кодують ферменти (Мітчелл та Лейн).

генетичний код.

Кодом спадковості або гентичним кодом називається процес перекладу триплетної послідовності нуклеотидів молекули ДНК у послідовність амінокислот у білковій молекулі. Однією з найважливіших властивостей генетичного коду є його колінеарність – чітка відповідність між послідовностями кодонів нуклеїнових кислот та амінокислотами поліпептидних ланцюгів (таблиця). Важливе значення для розкриття генетичного коду мали дослідження М.Ніренберга та Дж.Маттеї, а потім С.Очао із співробітниками, розпочатими ними у 1961 р. у США.

Колінеарність генетичного коду

Кінець роботи -

Ця тема належить розділу:

Предмет ветеринарної генетики та її завдання. Генетика популяцій

Еукаріотична клітина клітина грибів рослин і тварин є основною.

Якщо Вам потрібний додатковий матеріал на цю тему, або Ви не знайшли те, що шукали, рекомендуємо скористатися пошуком по нашій базі робіт:

Що робитимемо з отриманим матеріалом:

Якщо цей матеріал виявився корисним для Вас, Ви можете зберегти його на свою сторінку в соціальних мережах:

Найменування параметру	Значення
Тема статті:	Основи біохімічної генетики
Рубрика (тематична категорія)	Генетика

Класифікація мутацій

Особливості мутацій

2. Мутації виникають раптово у поодиноких особин, носять випадковий, ненаправлений характер, бувають рецесивними та домінантними;

3. Мутації можуть у різних напрямах, торкатися одне чи кілька ознак і властивостей, бувають цінними, корисними чи шкідливими. Мутації, що знижують виживання мутантів більш ніж 10%, шкідливі для природних популяцій (Рігер Р., Міхаеліс А., 1967). У сільськогосподарській практиці цінність мутації визначається її значенням для селекції;

4. Одні й самі мутації можуть виникати повторно.

1. Геномні (поліплоїдія)

А) Гаплоїдія

Б) Еуплоїдія

Автополіплоїдія

Алоплоїдія

В)Гетероплоїдія

2. Хромосомні аберації

Дієція

Дефішенсі

Інверсія

Дуплікація

Фрагментація

Транслокація

Транспозиція

Заміна нуклеотидів у ДНК

Вставка або випадання нуклеотидів у ДНК

Поліплоїдія – це геномна мутація,обумовлена зміною числа хромосом у клітинах, а також процес виникнення чи створення геномних мутантів (поліплоїдів). Поліплоїдія найчастіше зустрічається у рослин і є захисною реакцією організму (у горах більше поліплоїдних рослин). Поліплоїди відрізняються від диплоїдів плодючістю. Гаплоїди - це організми, які мають одинарний набір хромосом. У клітинах гаплоїдів міститься лише половина соматичного набору хромосом (п), властивого даному виду, тобто така сама кількість хромосом, як і нормальних статевих клітинах – гаметах. Гаплоїдибезплідні, але можуть розмножуватися партеногенетично та зберігатися при вегетативному розмноженні.

Гетероплоїди –або анеуплоїди - це організми, число хромосом у яких неразове гаплоїдному (2п-1, 2п+1). Причиною виникнення гетероплоїдів має бути відсутність поділу хромосом на хроматиди, за відсутності кон'югації гомологічних хромосом. Враховуючи залежність відрахування додаткових або відсутніх хромосом застосовують такі терміни: 2п-112 - моносомік, 2п-212 - нулісомік, 2п +15 - трисомік, 2п +25 - тетрасомік. Нижній індекс вказує номер хромосомної пари в каріотипі, де змінилося число хромосом.

У людей встановлені та описані наступні хвороби (синдроми поліплоїдії): синдром Патау – тяжке захворювання, обумовлене трисомією за 13 хромосомою. Частота народження – 1:5000-7000 новонароджених. Характерна багатопалість (полідактилія), вади внутрішніх органів (перегородки серця), головного мозку та висока рання смертність. Синдром Дауна обумовлений трисомією за 21-1 хромосомою. Частота народження 1:700-800 народжень. Характерна розумова відсталість, розбовтаність суглобів, вади форми голови та обличчя. Моносомія Х-хромосомою обумовлює синдром Шершевського-Тернера. Характерно безпліддя (оскільки таких жінок немає яєчників), недорозвинення статевих ознак, низький ріст. Відзначено випадки народження чоловіків лише з однією Х-хромосомою, а У-хромосома відсутня внаслідок анеуплоїдної мутації. У медицині даний синдром прийнято називати Клайнфелтера. Характерно недорозвинення сім'яників, євнухоїдна статура. Трисомія по хромосомі 8 призводить до ряду аномалій – косоокості, дефектів у будові нігтів, збільшення носа та вух, розумової відсталості. Нуллісомія (повна відсутність будь-якої хромосоми) для людини смертельно. Нулісомія за якоюсь хромосомою може призвести до загибелі, і пов'язана з фенотиповими змінами.

Величезна більшість генів організму строго локалізована, кожен ген знаходиться в певному місці однієї з хромосом. За допомогою генетичних та цитологічних методів для кожної хромосоми можна скласти її генну карту. Тільки деякі так звані мобільні генетичні елементи («стрибають гени») бувають розкидані в різних місцях хромосом і здатні час від часу переміщатися в інші місця тієї чи іншої хромосоми.

Розглянемо хромосомні аберації (перебудови).

Характер хромосомної перебудови багато в чому залежить стану хромосоми в останній момент впливу мутагенного чинника. Якщо хромосома перебуває у стані одиночної нитки (період G 1 інтерфази, анафаза і телофаза мітозу), то наступний період S інтерфази вона подвоюється і аберація зберігається в обох хроматидах, тобто виникають хромосомні аберації.Якщо мутаген діє на хромосому, що знаходиться в стані подвійної нитки (період G 2 або S інтерфази, профаза та метафаза мітозу), аберація може відбутися тільки в одній хроматиді. У цьому випадку виникають хроматидні перебудови.

Розрізняють внутрішньо- та міжхромосомні аберації.

Внутрішньохромосомні аберації.

Дієція- Випадання ділянки хромосоми в середній її частині, що містить зазвичай цілий комплекс генів. У разі випадання кінцевої ділянки виникає кінцева дієція – дефішенсі.Коли діеція і дефішенсі захоплюють невеликий фрагмент хромосоми, це викликає зміну ознаки, наприклад жовте забарвлення тіла і білоокість у дрозофіли. Великі справи викликають загибель організму. Ілюстрацією шкідливої дії великих подій може служити хронічний мієлоз у людини. Це важка форма білокрів'я, що характеризується нестримним розмноженням деяких видів лейкоцитів, викликається дуже великою дієцією в одній з аутосом 21-ї пари.

Інверсія- виникає в результаті розриву хромосоми одночасно в двох місцях із збереженням внутрішньої ділянки, яка з'єднується з цією ж хромосомою після повороту на 180 про. Інверсія не впливає на фенотип особи. Гетерозиготність за інверсією сильно заважає в мейозі нормальної кон'югації та утворюються анеуплоїдні статеві клітини. У гомозиготних по інвертованій хромосомі особин кон'югація у мейозі протікає нормально. Результатом інверсії бувають гетероплоїдні нащадки чи безплідність. Інверсії часто зустрічаються у природі. Особливо багато отримано даних про поширення інверсій у популяціях різних видів мух, комарів і мошок, у яких інверсії легко виявити в хромосомах слинних залоз, де вони мають величезні розміри та чітко виражену структуру.

Міжхромосомні аберації.

Генні,або поштовхові мутації- Це зміна структури молекули ДНК на ділянці певного гена, що кодує синтез відповідної білкової молекули (або стійкі зміни окремих генів). У будь-якого організму генні мутації призводять до надзвичайно різноманітних змін усіляких морфологічних, фізіологічних та біохімічних ознак. У бактерій генні мутації змінюють колір і форму колоній, рухливість клітин, темп їх поділу, здатність зброджувати різні цукру, стійкість до високої температури, лікарських речовин, сприйнятливість до зараження фагами, здатність рости на неповноцінному поживному середовищі, токсичність і т.д. У дрозофіли в результаті генних мутацій змінюються колір, розмір і будова очей, розмір, форма і жилкування крил, будова черевця, грудей, ніг та вусиків, число, товщина і форма щетинок, плодючість, тривалість життя, швидкість вироблення умовних рефлексів. Картина генних мутацій загалом універсальна для всіх живих істот.

Генні мутації бувають домінантними, рецесивними чи напівдомінантними. Прикладом може бути домінантна мутаціяу дрозофіли, що викликає розвиток щетинок на жилках крил мухи. Різний характер редукції щетинок на тілі дрозофіли викликали множинні алелі гена scut - sc 1, sc 2, sc 3. Вперше множинний алелізмбуло встановлено 1930 року. А.С.Серебровським, Н.П.Дубініним та Б.П.Сідоровим у дрозофіли. Множинним алелізмом називають різний стан одного й того ж локусу (гена), обумовлений поштовховими мутаціями, що детермінують різний прояв одного й того самого ознаки чи властивості. Алелі одного гена, що виникли в результаті поштовхової мутації, називають множинними алелями. Яскравим прикладом множинного алелізму можуть бути алелі, що кодують синтез глобіну – білка, вкрай важливого для утворення складних молекул гемоглобіну крові. Відомо 100 типів гемоглобіну, контрольованих серією множинних алелів. У гомозиготному стані гемоглобін обумовлює тяжке спадкове захворювання – серповидно-клітинну анемію.

Процес відновлення початкової структури та виправлення пошкоджень молекули ДНК прийнято називати репарацією.Найбільш вивчені фотореактивація та темнова репарація. Фотореактивація здійснюється фотореактивуючим ферментом. Світло активує фермент, і він відновлює вихідну структуру молекули ДНК, пошкоджену ультрафіолетовими променями. Темнова репарація протікає в кілька етапів за участю чотирьох типів ферментів, послідовна дія яких виправляє пошкодження ДНК (ендонуклеаза-обстежує, ендонуклеаза-розширює ділянку ДНК, ДНК-полімераза - синтезує, лігаза - скріплює синтезовані ДНК).

Знання різних типів мутацій і причин їх виникнення вкрай важливе для практичної селекції мікроорганізмів, оброблюваних рослин і свійських тварин, а також для ветеринарної медицини та медицини з метою діагностики, попередження та дослідження способів лікування хвороб тварин і людини.

Найбільш разючі успіхи в селекції бактерій і грибів – продуцентів антибіотиків та інших біологічно активних речовин. Активність променистого гриба – продуцента вітаміну В12 – підвищилася у 6 разів, а активність бактерії – продуцента амінокислоти лізину – у 300-400 разів. Штучне викликання мутацій використовується і економічно виправдано в селекції рослин. Пшениця, жито, кукурудзу, ячмінь та інші культури перевершують вихідні форми по врожайності, вмісту білка, скоростиглості, стійкості до вилягання, різних хвороб. Радянським генетиком Струнніковим В.А. розроблений придатний для практичного шовківництва і широко тепер впроваджений спосіб отримання у шовковичного шовкопряда тільки чоловічого потомства. Кокони самців містять на 25-30% більше шовку, ніж кокони самок.

Гібрид, який отримав назву біохімічної, або молекулярної генетики, виявився надзвичайно продуктивним і дав більше інформації, ніж її можна було отримати з генетики та біохімії окремо (Роберт Вудс, 1982). Біохімічна генетика- це наука про спадкові закономірності біохімічних процесів, які є основою життєдіяльності організму в нормі та патології; структуру, функції та синтез нуклеїнових кислот, які складають матеріальну основу спадковості; біосинтезі та генетичної регуляції біосинтезу білків; генетичному значенні та ролі змін цих процесів у патології. Перша вказівка на потенційні можливості цієї гібридної дисципліни було отримано в 1909 р., коли Гаррод показав, що хвороба фенілкетонуріяобумовлена порушенням метаболізму ароматичних амінокислот фенілаланіну та тирозину. Назвав він цю хворобу «вродженою помилкою метаболізму». Це приклад біохімічної плейотропії, спричиненої мутацією генів, відповідальних синтез ферментів. Нездатність генотипу виробляти ці ферменти призводить до того, що амінокислота, що надходить з їжею, фенілаланін накопичується в плазмі крові, а потім у мозку. Надлишок її визначає плейотропний ефект: у хворих дітей розвивається розумова відсталість, втрата мови, відсутність координації рухів. У тканинах накопичуються проміжні продукти розщеплення кетокислот (фенілацетат, фенілактат), які є токсинами для ЦНС. Це призводить до дибільності чи ідіотії. Цю хворобу встановлюють за допомогою реактиву Фелінга, який додають у пробірку із свіжою сечею. Позитивна реакція – наявність синьо-зеленого фарбування. Фенілкетонурія належить до аутосомно-рецесивних захворювань. Хворі були гомозиготними за рецесивним алелем (а/а), тоді як у гетерозигот (А/а) та у домінантних гомозигот (А/А), ознак захворювання не спостерігалося. За допомогою спеціальної дієти, отримана можливість, запобігти цьому захворюванню.

Порфірія– хвороба великої рогатої худоби, що виникає внаслідок порушення метаболізму з надмірним утворенням червоного пігменту – порфірину та накопиченням його в крові, кістках, зубах та інших частинах тіла. Порфирин - це обов'язковий компонент гемоглобіну. Надмірне накопичення та виведення його - це наслідок ферментної блокади метаболізму при утворенні гема з попередника - профобіліногену. У хворих тварин чорно-коричнева сеча та рожеве забарвлення зубів. Тварини дуже чутливі до сонячних променів і як наслідок опіки та пошкодження, а потім шкірні рубці (навколо очей, ніздрів, уздовж спини, ділянки позбавлені волосся). Якщо тварини не випускати на сонці, то хвороба не проявиться. Аномалія спостерігається у шортгорнської худоби, голштинофризів – за аутосомно-рецесивним типом, у свиней – за домінантним типом спадкування. У овець спостерігається різновид порфірії при надмірному накопиченні філоеритрину. Виявляється хвороба 5-7 тижнів у ягнят саутдаунських овець. Печінка ягнят не синтезує філлоеритрин, який утворюється при розщепленні хлорофіла та при дії сонячного опромінення. На лицьовій частині черепа та вухах утворюється екзема, а через 2-3 тижні тварини гинуть. Успадковується за аутосомно-рецесивним типом.

Перелічені хвороби відносять до ферментопатій.

У 1950 р. стало ясно, що гени кодують ферменти (Мітчелл та Лейн).

генетичний код.

Кодом спадковості або гентичним кодом прийнято називати процес перекладу триплетної послідовності нуклеотидів молекули ДНК у послідовність амінокислот у білковій молекулі. Однією з найважливіших властивостей генетичного коду є його колін еарність– чітка відповідність між послідовностями кодонів нуклеїнових кислот та амінокислотами поліпептидних ланцюгів (таблиця). Важливе значення на розкриття генетичного коду мали дослідження М.Ниренберга і Дж.Маттеи, та був С.Очао з співробітниками, розпочаті ними 1961-го. в США.

Колінарність генетичного коду

Основи біохімічної генетики - поняття та види. Класифікація та особливості категорії "Основи біохімічної генетики" 2017, 2018.

Поняття білків, їх сутність та особливості, будова та функції в організмі. Нуклеїнові кислоти – ДНК та РНК, їх будова та значення. Сутність та роль в організмі процесів транскрипції та трансляції. Практичне застосування у медицині молекулярної генетики.

Реферат на тему:

«Біохімі ні основи спадковості»

1. Білки - будова та функції

2. Нуклеїнові кислоти

З. Транскрипція та трансляція

4. Генетичний код

5. Біосинтез білка у клітині

6. Ген – функціональна одиниця спадковості, його властивості.

7. Практичне застосування молекулярної генетики

1. Білки

Це полімери, які з мономерів - амінокислот. До складу білків входить до 20 різних амінокислот. Сполуки з кількох амінокислот називають пептидами. Залежно від кількості Е білці бувають дипептиди, три-, тетра-, пента- чи поліпептиди (від 6-10 до 300-500 амінокислот). Молекулярна маса білків коливається від 5000 ДО кількох мільйонів. Білки відрізняються один від одного не тільки складом і числом амінокислот, а й послідовністю чергування їх поліпептидної ланцюга.

Організація білкових молекул:

1) первинна структура - це полипептидная ланцюг, тобто. амінокислоти, з'єднані ковалентними пептидними зв'язками у вигляді ланцюга;

2) вторинна структура*- білкова нитка закручена у вигляді спіралі, що підтримується водневими зв'язками;

4) четвертинна структура - складається з декількох глобул; наприклад, гемоглобін, що складається з 4-х глобул.

Функції білка різноманітні:

1) каталітична: білки-ферменти прискорюють біохімічні реакції організму;

2) будівельна: білки беруть участь в утворенні всіх клітинних мембран та органоїдів;

3) рухова: білки забезпечують скорочення м'язів, мерехтіння вій, білки-гістони, скорочуючись, утворюють хромосоми з хроматину;

4) захисна: антитіла гамма-гло6уліни - розпізнають чужорідні для організму речовини та сприяють їх знищенню;

5) транспортна: білки переносять різні сполуки (гемоглобін – кисень, білки плазми – гормони, ліки тощо);

6) регуляторна: білки беруть участь у регуляції обміну речовин (гормони росту, гормон-інсулін, статеві гормони, адреналін та ін.);

7) енергетична – при розпаді 1 г білка до кінцевих продуктів виділяється 17,6 кДж. Енергія.

2. Нуклеїнові кислоти

До них відносяться ДНК-і РНК.

У 1953 р. Д. Вотсон і Ф. Крик відкрили структуру ДНК, що складається з двох ланцюгів, спірально закручених відносно один одного. Кожен ланцюг - полімер, мономерами якого є нуклеотиди. Кожен нуклеотид складається з цукру дезоксирибози, залишку фосфорної кислоти та однієї з 4-х азотистих основ (аденін, гуанін, тимін, цитозин).

Цукор пов'язаний з фосфорною групою ковалентним зв'язком, а з азотистими основами - водневим зв'язком.

Два ланцюги з'єднуються сла6ими водневими зв'язками між азотистими основами за принципом комплементарності; аденін доповнюється тиміном, гуанін – цитазином.

Найдовшою молекулою в організмі є ДНК (108 нуклеотидів), що має дуже велику молекулярну масу.

Перед розподілом клітини ДНК подвоюється, відбувається реплікація ДНК. Спочатку за допомогою ферменту ДНК-полімерази розриваються слабкі водневі зв'язки між двома ланцюгами ДНК, а потім до кожного вже окремого ланцюжка добудовуються за принципом комплементарності нуклеотиди (А-Т, Ц-Г), утворюються вже 2 ланцюжки ДНК абсолютно схожі один на одного. Реплікація ДНК забезпечує точне відтворення генетичної інформації у поколіннях клітин та організмів загалом.

Функції ДНК:

1) зберігає генетичну інформацію, записану у вигляді послідовності нуклеотидів;

2) передає спадкову інформацію з ядра до цитоплазми.

Для цього з ДНК знімає копію і-РНК та переносить інформацію до рибосом - місця синтезу білка;

3) передає спадкову інформацію від материнської клітини до дочірніх, для цього перед поділом клітина ДНК реплікується, а під час поділу перетворюється на суперспіраль за допомогою білка-гістону (хромосому).

Крім ДНК у клітині є РНК - рибонуклеїнова кислота, яка є полімером, мономерами якого будуть нуклеотиди.

На відміну від ДНК РНК – це: одноланцюжкова молекула; тільки у вірусів РНК – дволанцюжкова; замість цукру дезоксирибози до РНК входить цукор рибозу; до складу нуклеотидів входить азотна основа урацил замість тиміну;

4) складається із меншої кількості нуклеотидів, ніж ДНК.

Залежно від виконуваних функцій РНК бувають кілька видів:

· і-РНК – інформаційна або матрична РНК – переносить інформацію про структуру білка від ДНК до рибосом, вона становить ~ 1% від загального вмісту РНК.

· Т-РНК (транспортна) переносить амінокислоти з цитоплазми в рибосоми, частку т-РІК припадає близько 10% від загальної кількості РІК клітини.

· Р-РНК (рибосомальна)- становить одну з субодиниць рибосоми, на її частку припадає близько 90% від усіх РНК клітини.

3. Транскрипція та трансляція

ДНК – носій генетичної інформації. Вперше поняття ген було сформульовано у 1941 році Д. Бідлом та Е. Татумом. В даний час геном називають ділянку молекули ДНК, що кодує первинну структуру поліпептиду. ДНК безпосередньої участі у синтезі білків не бере. У клітинах людини молекули ДНК знаходяться в ядрі та відокремлені ядерною мембраною від цитоплазми, де проходить синтез білка. Інформацію несе посередник - і-РНК, який за принципом комплементарності зчитує (копіює) ДНК інформацію за участю ферменту РІК-полімерази. Переписування послідовності нуклеотидів або генетичної інформації відбувається з однієї нитки ДНК і називається транскрипцією (лат. transcriptio – переписування). Якщо в нитки ДНК, що переписується, стоїть нуклеотид гуанін (Г), то фермент РНК - полімераза включає в і-РНК комплементарний цитозин (Ц); якщо стоїть аденін (А), фермент включає урацил (У). За довжиною кожна з молекул і-РНК у сотні разів коротша за ДНК. p align="justify"> Інформаційна РНК є копією не всієї молекули ДНК, а тільки її частини - одного гена, що несе інформацію про структуру білка. Готова і-РНК відходить від ДНК і прямує до місця синтезу білка. Існує механізм «розпізнавання» вибору ланцюга ДНК для транскрипції – це система «оперону».

Вона складається з генів:

1) ген-активатор, до якого приєднується фермент РНК-полімераза;

2) ген-промотор, що вказує місце транскрипції, з його допомогою вибирається ділянка ДНК, яка під дією ферменту розкручується;

З) ген-початку синтезу - ТАЦ;

4) ген-оператор - керуючий роботою генів, нарощуванням ланцюга і-РНК, просуванням ферменту PHK-полімерази по ланцюжку ДНК;

5) ген-термінатор-ділянка ДНК, що припиняє транскрипцію – АТЦ, АТТ, АЦТ.

Завдяки процесу транскрипції в клітині здійснюється передача інформації від ДНК до білка по ланцюжку: ДНК-і-РНК-білок

Переведення інформації з і-РНК на послідовність амінокислот називається трансляцією (від латів. translatio – передача), яка відбувається на рибосомах.

4. Генетичний код

Генетичний код - це система запису інформації про послідовність розташування амінокислот в білках за допомогою суворої певної послідовності розташування нуклеотидів в ДНК та і-РНК. Ділянка молекули дик, що складається з трьох нуклеотидів, називається триплетом або кодоном.

Кожному триплету відповідає певна амінокислота. З 4 нуклеотидів (аденін, гуанін, тимін, цитозин) можна створити 64 різних комбінації по 3 нуклеотиди в кожній. Ці 64 триплети кодують 20 амінокислот. Тому амінокислота кодується кількома триплетами, тільки метіонін – одним триплетом – АУГ та триптофан УГГ. Ця множинність коду потрібна для надійного зберігання інформації.

Властивості генетичного коду:

1. Специфічність-кожен кодон шифрує ТІЛЬКИ одну певну амінокислоту;

2. Універсальність - один триплет кодує ту саму амінокислоту у всіх живих організмів. Це говорить про єдність всього живого Землі;

3. Код безперервний - кожен триплет передається у спадок повністю, не розриваючись на нуклеотиди, і переписування інформації відбувається строго потриплетно;

4. Триплети УАА, УАГ, УГА позначають кінець синтезу, тому що до них немає амінокислот. Вони перебувають у кінці кожного гена.

У ДНК запрограмована вся спадкова інформація, і-РНК переписує інформацію з ділянки ДНК (гена) та переносить її в цитоплазму на рибосому. У еукаріотів і-РНК ще незріла. Тому в ядрі та при виході і3 нього відбувається його процесинг - дозрівання (вирізання неактивних ділянок та ін. процес), тому і-РНК коротшає

Дозріла і-РНК переносить інформацію про синтез білка в рибосому. Інформація закодована у вигляді триплетів ОДИН триплет (кодон) кодує одну амінокислоту, а послідовність триплетів і-РНК кодує послідовність амінокислот в білковій молекулі.

Генетичний код індивідуальний кожному за організму, може бути ідентичний лише однояйцевих близнюків.

5. Біосинтез білка

Проходить у рибосомі, до якої підходить іРНК, прикріплюється у функціональній зоні рибосоми. Одночасно в рибосомі міститься 2 триплети і-РНК.

У цитоплазмі клітини завжди є щонайменше 20 різних видів амінокислот і відповідних їм т-РНК. За допомогою специфічних ферментів амінокислоти впізнаються, активуються і приєднуються до т-РНК, яка переносить їх до місця синтезу білка в рибосому. У рибосомі (в-РНК) знаходиться кодон, а у т-РНК є антикодон, комплементарний строго певному триплету і-РНК.

Якщо рибосомі на і-РНК буде триплет АУГ, то до нього підійде т-РНК з комплементарним антикодоном УАЦ; якщо РРР - то т-РНК З антикодоном ЦЦЦ. Кожному антикодону відповідає своя амінокислота.

Амінокислоти проштовхуються у функціональну зону рибосоми одна за одною відповідно кодону і прикріплюються один до одного пептидним зв'язком. Ця реакція здійснюється у великій субодиниці рибосоми.

Т-РНК витісняються і «йдуть» У цитоплазму за іншою амінокислотою, а рибосома пересувається на наступний триплет і рнк. Так відбувається зчитування інформації. Коли рибосома опиниться на триплеті, що термінує (ген-термінатор), синтез білка закінчується. Синтез

Однією молекулою білка триває всього 3-4 секунди. Кожен етап синтезу білка каталізується відповідним ферментом та забезпечується енергією за рахунок розщеплення АТФ.

Після закінчення синтезу білка та утворення первинної структури білка в рибосомах формується в ендоплазматичній мережі вторинна, третинна, а іноді і четвертинна структура білка і він стає здатним виконувати свої функції.

Подібність та відмінність організмів визначається набором білків. Кожен вид має лише властивий набір білків, тобто. є основою видової специфічності, і навіть зумовлюють індивідуальність організмів. На Землі немає двох людей, у яких усі білки були б однаковими (за винятком монозиготних близнюків). ДНК ядра кожної клітини несе в собі інформацію про форму клітин, білки-ферменти, гормони, практично всі ознаки клітин і організму визначаються білками. Таким чином, в ДНК міститься вся інформація про структуру та діяльність клітин, органів та організму. Ця інформація називається спадковою. Небілкові молекули синтезуються на два етапи: спочатку утворюється специфічний білок-фермент, та був з його допомогою утворюються вуглеводи, ліпіди, вітаміни.

6. Ген – функціональна одиницяспадковості, його властивості

Ген - це елементарний матеріальний спадковий фактор, що визначає будову поліпептидного білкового ланцюга. Це ділянка ДНК, що кодує розвиток окремої ознаки.

Можливість прояву гена як ознаки залежить з інших генів гомологічної хромосоми і зажадав від умов довкілля.

У всіх організмів одного виду кожен конкретний ген розташований в тому самому місці - локусі - строго певної хромосоми.

У гаплоїдному наборі хромосом є лише один ген, відповідальний за розвиток цієї ознаки. У диплоїдному наборі хромосом містяться 2 гомологічні хромосоми і отже 2 гени визначають розвиток будь-якої ознаки. Гени, розташовані в одних і тих же локусах гомологічних хромосом і відповідальні за розвиток однієї ознаки, називаються алельними.

Домінантний ген – переважний, пригнічує прояв інших алелей; позначається великою літерою латинського алфавіту.

Рецесивний - пригнічений ген, проявляється лише у гомозиготному стані, позначають маленькою літерою.

Організм, у якому ця пара алельних генів однакова, називається гомозиготою: АА, аа.

Організм, в якому пара алелів неоднакова (Аа) – гетерозигота. Гемізигота – (від грецького hemi – підлоги та зигота), коли в диплоїдних клітинах присутній один ген з пари алелів і він завжди проявляється. Наприклад, у чоловіків у статевих Х-хромосомах деякі гени не мають другого аллеля*в хромосомах, і ознака визначається не парою алельних генів, а одним алелем.

Закон чистоти гамет: у процесі утворення гамет у кожну з них потрапляє лише 1 ген із алельної пари. Цитологічно це пояснюється мейозом: в анафазі мейозу гомологічні хромосоми розходяться і разом з ними розходяться аллельні гени.

Генотип – сукупність генів даного організму. Але часто під генотипом розуміють одну або дві пари алелів (гомозиготи чи гетерозиготи). Гени в генотипі взаємодіють друг з одним, впливаючи прояв певних властивостей. Таким чином, для генів існує своє генотипове середовище.

Властивості генів:

1) здатність до мутації;

2)здатність до рекомбінацій з іншими генами.

Фенотип - сукупність ознак даного організму (зовнішніх та внутрішніх). Він розвивається в результаті взаємодії генотипу із зовнішнім середовищем. У фенотипі реалізуються в повному обсязі генотипічні можливості, лише їх частина, котрим були оптимальні умови. Фенотип-це окремий випадок реалізації генотипу в конкретних умовах.

7. Практичне застосування молекулярної генетики

Практичне застосування молекулярної генетики відкриває великі перспективи переробки спадкової природи організмів. В організмі кишкової бактерії було виділено ген, відповідальний засвоєння лактози, а невдовзі генетики впровадили у організм кишкової палички ген інсуліну, не характерний їй. Тоді кишкові палички стали виробляти інсулін, що використано для промислового виробництва інсуліну для хворих на діабет. Поступово генетики дісталися розшифровки геному людини, що було остаточно зроблено в 2000 році. В даний час відкрито всі гени в молекулі ДНК, їх функції. Це допоможе у лікуванні спадкової патології шляхом генної інженерії.

Стало можливим впровадити ген сполучної тканини, що сприяє засвоєнню цукру галактози в культуру клітин сполучної тканини для лікування хворих на галактоземію. Виділено ген, який керує зростанням ракових клітин та фермент, який посилює зростання цих клітин.

Виявлено ген старіння клітин та організму. Все це відкриває великі перспективи в лікуванні та попередженні багатьох захворювань.

Генну інженерію давно використовують при отриманні бактерій-продуцентів незвичайних для них речовин або звичайних, але у великій кількості. Наприклад, продуценти антибіотиків, ферментів, вітамінів, білків.

Знання генетики стали використовуватиме клонування організмів, створюючи культуру клітин, тканин та організму, починаючи з одного ядра клітини, у якому записана вся інформація про організацію. У жовтні 2001 року генетики повідомили, що відкрили механізм регуляції мітозу та мейозу. Тепер можна буде керувати цим процесом, запобігти утворенню ракових клітин.

Список використаної літератури

1. Медична генетика/За ред. Бочкова Н.П. - М: Майстерність, 2001.

2. Яригін В.М., Волков І.М. та ін Біологія. - М: Владос, 2001.

3. Біологія/За ред. Чебишева. Н.В. - М: ГОУ ВУНМЦ, 2005.

4. Орєхова. В.А., Лажковська Т.А., Шейбак М.П. Медична генетика - Мінськ: Вища школа, 1999.

5. Посібник з біології для довузівського навчання іноземних учнів/За ред. Чернишова В.М., Єлизарова Л.Ю., Шведової Л.П.- М.: ГОУ ВУНМЦ МОЗ РФ, 2004.

6. Вроджені вади розвитку // Серія навчальної літератури «Освіта медсестер», модуль 10. – М.: Геотар-мед, 2002.

	Щоб скачати роботубезкоштовно потрібно вступити до нашої групи ВКонтакті. Просто клацніть по кнопці нижче. До речі, у нашій групі ми безкоштовно допомагаємо із написанням навчальних робіт. Через кілька секунд після перевірки передплати з'явиться посилання на продовження роботи.
	Безкоштовна оцінка
	Підвищити оригінальність даної роботи. Обхід антиплагіату.
	РЕФ-Майстер- Унікальна програма для самостійного написання рефератів, курсових, контрольних та дипломних робіт. За допомогою РЕФ-Майстра можна легко та швидко зробити оригінальний реферат, контрольну чи курсову на базі готової роботи – Біохімічні основи спадковості. Основні інструменти, що використовуються професійними рефератними агентствами, тепер є у розпорядженні користувачів реф.рф абсолютно безкоштовно!
	Як правильно написати Вступ? Секрети ідеального запровадження курсової роботи (а також реферату та диплому) від професійних авторів найбільших рефератних агентств Росії. Дізнайтеся, як правильно сформулювати актуальність теми роботи, визначити цілі та завдання, вказати предмет, об'єкт та методи дослідження, а також теоретичну, нормативно-правову та практичну базу Вашої роботи.

Молекулярною основою спадковості є ДНК. Передача спадкових властивостей здійснюється шляхом копіювання, точного відтворення генотипу.

Копіювання молекули ДНК (реплікація) – синтез дочірньої молекули ДНК на матриці материнської молекули ДНК, що базується на принципі комплементарності азотистих основ.

Диференціювання білків органів і тканин обумовлена наявністю ділянок ДНК, що транскрибуються і нетранскрибуються, в клітинах різних тканин, що призводить до появи різних м-РНК і до біосинтезу різних білків.

Регулювання біосинтезу білка.

Існує короткочасне та стійке регулювання біосинтезу білка.

Короткочасне регулювання здійснюється шляхом репресії та індукції на рівні оперону. Метою короткочасного регулювання є адаптація до умов зовнішнього середовища.

Стійке регулювання здійснюється дією білків – гістонів, метилюванням азотистих основ ДНК, конденсацією ділянок ДНК, суперспіралізацією ділянок ДНК.

Метою стійкого регулюванняє клітинне диференціювання тканинищо призводить до поліморфізму білків в організмі людини.

МУТАЦІЇ.

До молекулярних механізмів генетичної мінливості відносяться мутації та рекомбінації генів.

Мутації виникають внаслідок помилок при реплікації чи репарації.

Помилкискладаються в зміну нуклеотидного складу або розрив ланцюга ДНК.

Мутації викликають:

1. екзогенні фактори (УФ, радіація, хімічні фактори)

2. ендогенні фактори (посилення перекисного окиснення ліпідів, вільні радикали, альдегіди).

За типами мутації класифікують на:

1. прямі (заміни нуклеотидів, вставки, делеції, інверсії);

2. зворотні (реверсії).

Заміна нуклеотидів у кодоні може не змінювати значення кодону (код є виродженим) або призводити до утворення зміненого білка.

Вставки 1 або 2 нуклеотидів у кодоні призводять до біосинтезу білка з випадковою послідовністю амінокислот; вставки 3, 6, 9 нуклеотидів призводять до біосинтезу білка з подовженим ланцюгом.

Деліція- Втрата 1 або 2 нуклеотидів - призводить до біосинтезу білка зі зсувом рамки (зі зміною функцій);

втрата 3, 6, 9 нуклеотидів – до появи укорочених білків (зі зміною чи зміни функції).

Інверсія- Зміни С-і N-кінця молекули білка.

Реверсія- Зворотна мутація, призводить до відновлення спочатку втраченого гена.

Біологічне значення мутацій:

корисні мутації сприяють адаптації організму до умов навколишнього середовища,

шкідливі – спадковим захворюванням, непереносимості ліків, пухлин, імунодефіцитів.

Мутації, що відбуваються у статевих клітинах, успадковуються, у соматичних клітинах – не успадковуються, але можуть призводити до розвитку пухлин.

Молекулярні хвороби виникають внаслідок мутацій, що призводять до зниження кількості білків (гіпотрансляція) та до появи дефектних білків з порушеною функцією (неметаболічне та метаболічне порушення функцій).

Молекулярні хвороби класифікують на ензімопатії (порушення біосинтезу ферментів обміну білків, ліпідів, вуглеводів, НК) та патології, пов'язані з відсутністю або недостатністю білків неферментної природи (індивідуальні білки плазми – альбуміни, інгібікіни, протеїни системи, імуноглобуліни , білок гемоглобіну).

Генна інженерія спрямована на створення нових фенотипів шляхом прямої пересадки генів у ДНК клітин реципієнтів.

Мета генної інженерії – виправлення спадкових дефектів, створення нових лікарських засобів (інсулін, соматотропін, інтерферони), створення нових мікроорганізмів.

Сучасні методи молекулярно-генетичного аналізу структури ДНК

Спадкова інформація зберігається та реалізується в молекулі ДНК. Вся ядерна ДНК у клітині людини міститься у вигляді 23 пар молекул, що відповідають хромосомам. ДНК людини містить понад 3 млрд пар нуклеотидів. Мітохондріальна ДНК при заплідненні не потрапляє всередину яйцеклітини, отже, послідовність нуклеотидів мітохондріальної ДНК ідентична в осіб, які сягають загального предка по материнській лінії. Як в ядерній, так і в мітохондріальній ДНК є консервативні ділянки, однакові у всіх людей, але чергуються з варіабельними ділянками, нуклеотидна послідовність яких змінюється в результаті мутацій. Одна з варіабельних ділянок, так звана D – петля, найчастіше досліджується при встановленні спорідненості, ДНК – паспортизація людини та елітних тварин, для ДНК – діагностики спадкових вроджених захворювань, для високоточної лабораторної діагностики захворювань, що передаються статевим шляхом (хламідіоз, уреаплазмоз, мікоплазмоз, цитомегаловірусна інфекція та СНІД).

Хід дослідження. Для дослідження достатньо мати одну молекулу ДНК (для встановлення спорідненості, ДНК-паспортизації чи вродженого захворювання) або хоча б одну бактерію (при лабораторній діагностиці). За допомогою полімеразної ланцюгової реакції (ПЛР) на матриці досліджуваного фрагмента ДНК відтворюють велику кількість ідентичних фрагментів, достатніх для дослідження. Методом електрофорезу гелі фрагменти ДНК поділяють за величиною фрагментів.

Потім досліджують за допомогою нуклеотидного аналізатора послідовність розташування нуклеотидів у варіабельних ділянках ядерної ДНК. Ці визначення дозволяють встановити ступінь спорідненості. Дослідження послідовності нуклеотидів у D-петлі мітохондріальної ДНК дозволяє встановити ступінь спорідненості по материнській лінії.

У Росії її дослідження з цього напряму ведуться у межах науково-технічної програми «Геном людини». Для дослідження необхідні фахівці вузького профілю, реактиви та складна апаратура, яка зосереджена у спеціальних науково-дослідних інститутах мм. Москви, С.Петербурга, Ростова - на Дону, Новосибірська. У світі на сьогоднішній день створено комп'ютерні бази даних, що дозволяють виявляти комбінації нуклеотидів мітохондріальної ДНК не лише у дітей та батьків, а й у віддалених родичів. Звісно, що далі спорідненість, то складніше його виявити, так, індивід передає дітям 50% нуклеотидів, а онукам 25%. Аналіз молекулярно-генетичної структури ДНК на сьогоднішній день один із найбільш дорогих, але абсолютно точний.

Запитання для самопідготовки.

1. Що називають нуклеїновими кислотами? Як вони класифікуються?

2. Подібність та відмінності в хімічному складі ДНК та РНК. 1 та 2 структури.

3. Функції ДНК та РНК в організмі людини.

4. Якими є функції вільних мононуклеотидів в організмі людини?

5. Що називають матричними біосинтезами?

6. Що називають реплікацією? Локалізація, етапи, ферменти процесу.

7. Що називають транскрипцією? Локалізація, етапи, ферменти процесу.

8. Що називають трансляцією? Локалізація, етапи, ферменти процесу.

9. Біохімічні механізми спадковості.

10. Біохімічні механізми мінливості.

11. Якими є біологічні наслідки мутацій в організмі людини?

Література В. К. Кухта стор.75 - 86.

Розробила викладач клінічної біохімії С. М. Новікова