Конститутивные гены

Содержание

Классификация генов

По функциям гены классифицируют на структурные и функциональные. Структурные гены содержат информацию о белках-ферментах, гистонах, о последовательности нуклеотидов в разных видах РНК.

Функциональные гены оказывают влияние на работу структурных генов. Функциональными являются гены-модуляторы и гены-регуляторы. Гены-модуляторы – это ингибиторы, интенсификаторы, модификаторы. Они усиливают, ослабляют или изменяют работу структурных генов. Регулируют работу структурных генов гены-регуляторы и гены-операторы.

Генотип всех соматических клеток организма одного вида одинаков. Но клетки разных тканей отличаются друг от друга. Вероятно, это связано с тем, что в них работают разные блоки генов. Область проявления действия данного гена называется полем его действия (например, распределение волосяного покрова на теле человека). Как правило, гены, детерминирующие определенные признаки, «работают» непостоянно (например, гены, определяющие синтез половых гормонов); их функция значительно снижается с возрастом. Период функционирования гена называется временем его действия.

По месту действия гены подразделяют на три группы

1) функционирующие во всех клетках (например, гены, кодирующие ферменты энергетического обмена);

2) функционирующие в клетках одной ткани (детерминирующие синтез белка миозина в мышечной ткани);

3) специфичные для одного типа клеток (гены гемоглобина в незрелых эритроцитах).

Гены выполняют в клетке две основные функции.

Гетеросинтетическая функция – это программирование биосинтеза белка в клетке.

Аутосинтетическая функция – репликация спирали ДНК (самоудвоение ДНК).

После открытия структуры ДНК долгое время полагали, что бактериальная хромосома представляет собой чистую ДНК в виде двойной спирали. Однако позднее выяснилось, что хромосома прокариот содержит в своей структуре примерно 20% белков. Их роль — обеспечить определенную компактизацию и прикрепление ДНК к оболочке бактерии. В настоящее время белки прокариотической хромосомы известны. Показано, что мутации в соответствующих генах не приводят к заметным фенотипическим проявлениям. По-видимому, роль этих белков вспомогательная, и они могут заменять друг друга в создании определенной структуры. Таким образом, прокариоты, в отличие от эукариот, не имеют высокоспециализированной системы организации хромосомы.

Хромосома эукариот состоит в основном из белков (50-60%) и ДНК, с незначительным количеством молекул РНК (до 10% от количества ДНК). Белки можно подразделить на гистоновые (половина или большая доля белков хромосомы) и негистоновые. В свою очередь гистоновые белки, доля которых в структуре хромосомы составляет до 80%, делятся на 5 основных классов: НЗ, Н4, Н2А и Н2В и Н1. Негистоновые белки (по большей части кислые, в отличие от гистонов) представлены большим количеством различных видов. Показано, что все они участвуют в образовании структур надмолекулярного уровня. Хромосомная ДНК эукариотической клетки упакована исключительно компактно. Например, самая маленькая хромосома человека — 22, содержит примерно 4.6*107 п.н., что соответствует длине 1,4 см. Во время митоза эта хромосома укорачивается до 2 мкм, т.е. становится в 7000 раз компактнее. Очевидно, чтобы достичь такой плотности упаковки и сохранить эффективность основных генетических процессов (как правило, связанных с локальной распаковкой), структура хромосомы должна иметь несколько уровней организации. Вещество хромосомы — хроматин. В этом термине подчеркивается способность вещества хромосомы к окрашиванию, видимое уже на стадии интерфазы. Химическая структура хроматина различается подлине хромосомы, а сам хроматин претерпевает различные уровни своей упаковки от интерфазы до метафазы клеточных делений.

Существуют две наиболее известные модели, объясняющие механизм упаковки хроматина. Согласно одной из них, наиболее известной в зарубежной литературе, нить ДНК претерпевает пять уровней компактизацни от 2 нм (ее собственный диаметр) до 1400 нм (высококонденсированная метафазная хромосома).

Низшим уровнем иерархической организации хромосом считается нуклеосомный. Нуклеосома состоит из кора (сердцевины, стержня) и намотанной на негоДНК(146 п.н„ 1,8 витка). Кор представляет собой гистоновый октамер Н2А, Н2В, НЗ, Н4 (по две молекулы каждого). Хроматин на этой стадии имеет вид «бусин» (глобул диаметром 11 нм), нанизанных на «нить» (молекулярную ДНК). Такая структура обеспечивает компактизацию примерно в 6—7 раз.

Вторая ступень компактизации — формирование хроматиновой фибриллы диаметром 30 нм. В этом процессе участвует гистон HI, который связывается с ДНК между нуклеосомными корами и сворачивает нуклеосомную фибриллу в спираль, наполобие соленоида, с шагом в 6-8 нуклеосом. Уровень компактизации на этом этапе достигает примерно 40.

Третий этап — петельно-доменный — наиболее сложный. Соленоидная фибрилла складывается, образуя петли различной длины. Общий уровень компак-тизации возрастает до 1000, но, очевидно, может различаться в различных районах хромосомы. Диаметр такой структуры в среднем составляет 300 нм., по-видимому, она наиболее типична для интерфазной хромосомы.

На четвертом этапе компактизации 300 нм-фибриллы дополнительно сворачиваются, образуя хроматиды диаметром примерно 600-700 нм.

Последняя, пятая, ступень компактизации (в 7000 раз) характерна для метафазной хромосомы; ее диаметр равен 1400 нм. Известна и другая схема компактизации хроматина, предложенная Ю.С. Ченцовым. Она основана на данных световой и электронной микроскопии. Согласно этой модели первым уровнем также является нуклеосомный. На втором этапе 8-Ю нуклеосом образуют глобулу, называемую нуклеомером. Ряд сближенных нуклсомеров формируют 20-30-нанометровую фибриллу. Третий уровень — хромомерный. Петли фибрилл ДНП, скрепленные негистоновыми белками, образуют розетковидные структуры. На четвертом — хромонемном уровне происходит их сближение с образованием структур, состоящих из петлевых доменов. Предполагается, что на следующем, пятом, уровне компактизации, характерном для хроматид, происходит спиральная укладка хромонемных нитей.

Дата добавления: 2016-09-06; просмотров: 9912;

посттрансляционные процессы → активная молекула белка.

Посттрансляционные процессы → активная молекула белка.

2) Последовательность работы гена эукариот: транскрипция, процессинг, трансляция, посттрансляционные процессы.

Этапы реализации наследственной информации у эукариот:

1) В ядре:

— транскрипция → про-РНК;

Процессинг → зрелая и-РНК.

2) В цитоплазме:

— трансляция → полипептидная цепь;

посттрансляционные процессы → активная молекула белка.

Транскрипция – это процесс синтеза молекулы РНК на матрице – кодогенной нити ДНК с помощью фермента РНК-полимеразы.

Инициация транскрипции происходит с присоединения РНК-полимеразы к промотору гена; во время элонгации происходит синтез цепи РНК по принципам комплементарности и антипараллельности; терминация обусловлена встречей РНК-полимеразы со стоп-кодоном.

В результате транскрипции у прокариот образуется зрелая и-РНК, у эукариот – незрелая про-РНК.

Процессинг – это совокупность всех событий, направленных на образование зрелой стабилизированной и-РНК из про-РНК (и-РНК должна быть способна выполнять функцию матрицы при трансляции и быть защищенной от разрушающего действия специфических ферментов цитоплазмы): отщепление концевых участков первичного транскрипта; кэпирование; полиаденилирование, сплайсинг, метилирование.

В результате процессинга у эукариот образуется зрелая и-РНК.

Трансляция – это процесс сборки полипептидной цепи, происходящей в цитоплазме на рибосомах на основании программы, содержащейся в и-РНК.

Основные этапы трансляции:

1) Инициация.

2) Элонгация.

3) Терминация.

Посттрансляционные процессы: в результате трансляции получается полипептидная цепь, которая соответствует первичной структуре белка.

В таком виде белок не может выполнять свои функции. Следовательно, посттрансляционные процессы необходимы для приобретения белковой молекулой активной структуры:

— отщепляется формилметионин, который выполнял функцию затравки при трансляции;

— формирование вторичной, третичной или четвертичной структуры белка.

3) Классификация генов: репрессированные, дерепрессированные, конститутивные, регулируемые.

Геном организма любого биологического вида содержит:

1) репрессированные гены – это большая часть (90%) генов, находящаяся в неактивном состоянии;

2) дерепрессированные гены– около 10% генов, которые активно транскрибируются.

Среди дерепрессированной части генома различают: а) конститутивные гены; б) регулируемые гены.

Генетическими факторами регуляции транскрипции генов являются:

  • гены-регуляторы – определяют синтез белков-регуляторов, способных в активном состоянии соединяться с генами-операторами;
  • гены-операторы – они включают или выключают транскрипцию структурных генов, в зависимости от наличия или отсутствия связи с белком-регулятором.

Негенетические факторы регуляции транскрипции структурных генов:

  • эффекторы – это вещества небелковой природы, расщепляемые или синтезируемые в клетке при участии различных ферментов.

В зависимости от того, как эффектор воздействует на активность генов, различают:

Ø индукторы, включающие транскрипцию генов;

Ø корепрессоры, выключающие транскрипцию генов.

4) Регуляция экспрессии генов у прокариот.

Теория оперона.

Изучение регуляции экспрессии генов на стадии транскрипции у прокариот привело к созданию в 1961 г.

модели оперона (Жакоб и Моно).

Оперон – это тесно связанная последовательность структурных генов, определяющих синтез группы ферментов для какой-либо одной цепи биохимических реакций и регулирующаяся как единое целое.

В состав оперона входят: промотор, ген-оператор, структурные гены, терминатор.

Работой всего оперона управляет белок-регулятор, который синтезируется на гене-регуляторе (расположен на некотором расстоянии от оперона) и может присоединяться к гену-оператору, блокируя его.

Особенностью прокариот является транскрибирование и-РНК со всех структурных генов оперона (полицистронная и-РНК), а затем она разрезается на фрагменты, соответствующие матрицам для синтеза отдельных ферментов.

Начало функционирования лактозного оперона Escherichia coli обусловлено появлением в клетке индуктор – лактозы, выключение – расщеплением молочного сахара и высвобождением белка-репрессора.

5) Регуляция экспрессии генов у эукариот.

Так как процесс реализации наследственной информации у эукариот многоступенчатый (транскрипция, процессинг, трансляция, посттрансляционные процессы) и растянутый во времени, то регуляция тонкой работы генов осуществляется на каждом из этапов:

1) На этапе транскрипции:

  • Транскриптон – единица регуляции активности гена.
  • Наличие множества генов-регуляторов, синтезирующих большое количество белков-регуляторов.

Такие гены располагаются в разных частях генома.

  • Наличие генов-регуляторов, ускоряющих (энхансеры) и тормозящих (сайленсеры) транскрипцию.
  • Наличие генов-регуляторов, которые могут управлять несколькими генами, оказывая различные эффекты.
  • Индукторами транскрипции чаще всего выступают гормоны.
  • Наличие гистонной регуляции – потеря связи ДНК с гистоном Н1 инициирует транскрипцию.

2) На этапе процессинга:

  • Альтернативный сплайсинг.
  • Интроны могут кодировать фермент (матюраза), который вырезает интроны и сшивает экзоны, следовательно, отвечает за правильность сплайсинга.

3) На этапе трансляции:

  • На стадии инициации возникает блок, препятствующий связи и-РНК—т-РНК—формилметионин.

В результате транскрипция не происходит.

4) На этапе посттрансляционных процессов:

  • Активной формы молекулы белка не образуется.

6) Антимутационные свойства генетического материала.

К биологическим антимутационным механизмамотносят: диплоидность генотипа, двойная спираль ДНК, вырожденность генетического кода, блокада редупликации ДНК, экстракопирование генов, репарация ДНК (фоторепарация, эксцизионная; дорепликативная, пострепликативная, репликативная).

Существуют мутации, которые нарушают восстановление поврежденных участков ДНК (пигментная ксеродерма, анемия Фанкони, атаксия-телеангиэктазия).

Дата добавления: 2016-11-24; просмотров: 821 | Нарушение авторских прав

Похожая информация:

Поиск на сайте:

Существует несколько классификаций генов. Приведём две классификации, которыми пользуется большинство учёных.

а. Одна из них постулирует наличие в клетке двух типов генов.

1. Конститутивные гены.

2. Гены «роскоши».

Гены общеклеточных функций (их ещё называют конститутивные гены или гены «домашнего хозяйства) постоянно находятся в активном состоянии.

Их активность в малой степени зависти от состояния внешней среды (организма), т.е. практически не регулируется. Эти гены кодируют белки-ферменты, которые принимают участие в жизненно важных для клетки метаболических процессах. Например, таких как гликолиз, цепь передачи электронов, синтез ДНК, аминокислот и т.д.

В сущности, эти гены полностью обеспечивают жизнедеятельность клетки.

Гены «роскоши» контролируют строго специализированные, специфические функции клетки. Поскольку клетка является составной частью сложного организма, а это уже более высокий уровень организации живого, чем клетка. На организменном уровне имеются собственные системы жизнеобеспечения, развития, размножения, дыхания и т.д. Поэтому любая клетка организма должна поддерживать не только свои жизненные потенции (которые обеспечивают Гены «домашнего хозяйства»), но и принимать участие в жизнедеятельности всего организма.

Последним и занимаются специализированные гены. Эти гены контролируют белки, которые обеспечивают функционирование физиологических систем организма – его защитных свойств, процессов дыхания, выделения, кровоснабжения, пищеварения и т.д.). К таким генам относятся гены, контролирующие синтез гемоглобина, иммуноглобулина и др. В отличии от генов «домашнего хозяйства» «гены роскоши» находятся под жёстким контролем организма и имеют сложный аппарат регуляции.

б. Другая классификация генов предусматривает наличие двух типов генов:

Структурные гены.

2. Регуляторные гены.

Оба типа генов транскрибируют различные типы РНК.

Структурные гены Все структурные гены транскрибируют несколько видов РНК – иРНК, тРНК, рРНК и т.д. В зависимости от типа синтезируемых (или транскрибируемых) на них РНК они подразделяются на:

  1. Гены, на которых синтезируется иРНК. Таких генов около 30 тысяч. Именно эти гены несут информацию о последовательности аминокислот в полипептиде.

    ТЕМА: МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ (III)

    Многие из них уникальные. Однако есть гены имеющие копии. Как правило, число копий не превышает двух.

  2. Гены, с которых транскрибируется тРНК. Эти гены не несут информацию о структуре белка. Их функция заключается в синтезе достаточного количества тРНК способных обеспечить транспорт аминокислот в рибосомы для синтеза белка. Число индивидуальных тРНК – около 50. Столько же и типов генов, кодирующих тРНК. Однако, общее число генов тРНК значительно больше. Это связано с тем, что каждый ген, кодирующий тРНК, представлен не в одном экземпляре, а повторяется множество число раз.
  3. Гены, с которых транскрибируются рРНК.

    Эти гены, также как и предыдущие, не кодируют структуру полипептида, а синтезируют несколько разновидностей РНК (на генах эукариот синтезируется три разновидности РНК). Однако число генов, кодирующих рРНК, намного больше трёх.

    Как и в предыдущем случае, это связано с высокой повторяемостью каждого типа гена.

Все три типа гена объединяет одно – все они являются активными участниками синтеза белка.

В настоящее время в геноме человека насчитывается примерно 30 тысяч структурных генов. Длина всей ДНК в клетке человека примерно 1,5 метра, ДНК всех генов в ней занимает всего 3 — 10 % .

Некоторые авторы сравнивают гены с островками в безбрежном океане ДНК. Некоторое представление о расположении генов в небольшом отрезке молекулы ДНК из хромосомы даёт рисунок 17.

Гены

• •• • •

Не информативные участки ДНК

Рис.

17. Схематичное расположение структурных генов в отрезке молекулы ДНК хромосомы.

Дата добавления: 2015-08-14; просмотров: 699;

Функциональная классификация генов

Все гены делятся на три группы:

  • cтруктурные – контролируют развитие признаков путем синтеза соответствующих ферментов;
  • регуляторные – управляют деятельностью структурных генов;
  • модуляторные – смещают процесс проявления признаков в сторону его усиления или ослабления, вплоть до полной блокировки.

Особенности строения генов

У прокариотических и эукариотических клеток

Клетки в природе делятся на прокариотические и эукариотические.

У прокариот ген имеет непрерывную структуру, т.е. представляет собой часть молекулы ДНК.

У эукариот ген состоит из чередующихся участков: экзонови интронов. Экзон – информативный участок, интрон – неинформативный.

Число интронов у разных генов неодинаково (от 1 до 50).

Разновидности генов

Наряду с приведенной ранее функциональной классификацией генов существуют и другие их разновидности: псевдогены, онкогены и мобильные гены.

Псевдогены (ложные гены) – нуклеотидные последовательности в молекуле ДНК, сходные по строению с известными генами, но утратившие функциональную активность.

Онкогены – нуклеотидные последовательности в молекуле ДНК, присутствующие в хромосомах нормальных клеток, способные активизироваться под влиянием факторов внешней среды и продуцировать белки, вызывающие рост опухолей.

Мобильные (прыгающие) гены – гены, не имеющие постоянной локализации не только в хромосоме, но и в пределах хромосомного набора клетки.

Понятно, что перемещения генов влияют на их экспрессию – ранее не активные гены могут активизироваться, и наоборот. Некоторые ученые считают, что эти гены играют важную роль в эволюции. Видимо, возникновение таким путем отдельных видов (в результате переноса информации от вида к виду) действительно возможно.

В последние десятилетия в генетике появилось еще одно новое понятие – «семейство генов», или «мультигенное семейство».

Это группа генов, имеющих сходное строение, общее происхождение и выполняющих сходные функции. Число генов в разных семействах может колебаться от нескольких единиц до нескольких тысяч.

У человека имеются семейства генов, кодирующие

  • α- и b- глобиновые белки гемоглобина;
  • иммуноглобулины;
  • актины и миозины;
  • белки, определяющие тканевую несовместимость;
  • гистоновые белки.

Организация генов мультигенных семейств может быть разной.

Так, семейства актиновых и миозиновых генов разбросаны по всему геному. Семейства генов, кодирующих a- и b- глобиновые белки, сосредоточены в одной хромосоме и образуютгенные кластеры (так называют семейства генов, расположенных в одной хромосоме).

Генные кластеры возникли в результате дупликации (удвоения) отдельных генов. Таким образом, возникновение генных кластеров есть отражение эволюционного процесса.

Вопрос 3

3. Тип Плоские черви, Plathelminthes, Класс Ленточные черви, Сestoidea, Вид Цепень карликовый, Hymenolepis nana

Ÿ Половозрелые формы:длина 1-5 см,200 и больше члеников,сколекс грушевидный с 4 присосками и хоботок с венчиком из крючьев

Ÿ повсеместное

Ÿ Специфический,эндопаразит (полостной) постоянный,1-хозяйный (человек)

Ÿ кишки человека → зрелые яйца → яйца проглочены → онкосферы, внедряются в ворсинки кишок → цистицеркоиды → ворсинки разрушаются, цистицеркоиды попадают в просвет кишок → половозрелая форма (через 14-15 дней) → живут 1-2 месяца, 1500 штук.Иногда происходит аутоинвазия и аутореинвазия (превращение яиц в зрелую форму без выхода из кишок).

Заболевание: гименолепидоз (в тонком кишечнике), дети дошкольного возраста. Головная боль, боль в животе, нарушение деятельности кишок и нервной системы, общая слабость, быстрая утомляемость. Виды вреда: механический (разрушение большого числа ворсинок), токсический.

Диагностика: обнаружение яиц в фекалиях.

Профилактика: личная (соблюдение правил гигиены, мытьё рук перед едой и после посещения туалета), общественная (привитие гигиенических навыков детям, санпросвет работа, тщательная уборка детских помещений, стерилизация игрушек, выявление, изоляция и лечение больных).

Очаговость: нет.

БИЛЕТ № 11

Биологические аспекты старения. Теории старения. Основные направления борьбы с преждевременной старостью.

Аллельные гены.

Определение. Формы взаимодействия.

Широкий лентец: систематика, геогр-ое распр-ие, особенности морфологии, цикл разв. Лабор-ая диагностика и профилактика дифиллоботриоза.

Вопрос 1

1)Старение – комплекс морфофизиологических и биохимических изменений, наблюдаемых во всех органах и тканях организма и ведущих к его разрушению.

Существуют внешние и внутренние признаки старения.

Различают физиологическую и преждевременную(связанную с болезнью)старость.

Примеры:

собака растет 2 года – живет 10-15 лет;

корова растет 4 года – живет 20 лет;

верблюд растет 8 лет – живет 40 лет.

Теории старения

И.И.

Мечников.

Считал, что старение – патология. В основе – отравление нервных клеток кишечными ядами (индол, крезол, фенол, скатол), которые всасываются и действуют на нервные клетки.

Петрова.

Связывала старение с состоянием ЦНС.

Стрессовые ситуации ведут к нарушению функционирования н.с. и к старению.

Ружечка.

Старение – изнашивание коллоидных систем клеток. С возрастом коллоидные частицы слипаются и переходят из гидрофильной в гидрофобную форму, цитоплазма теряет воду.

Нарушаются обменные процессы.

Богомолец.

Изнашивание соединительной ткани приводит к изнашиванию организма.

Гипотеза «накопления ошибок».

Во время репликации ДНК накапливаются ошибки и это ведет к накоплению чужеродных белков, что вызывает разлад обмена веществ.

Аутоиммунная теория.

С возрастом Т- и В-лимфоциты начинают хуже выполнять свои функции, не узнают собственные клетки и вырабатывают антитела против них.

В результате происходят реакции «антиген – антитело». Пример – ревматизм, гломерулонефрит — заболевания аутоиммунной природы..

Гипотеза свободных радикалов.

В норме в клетке в ходе окислительно-восстановительных процессов образуются свободные радикалы.

Это частицы, имеющие на внешней орбите неспаренные электроны. Они очень активны и вступают в связь с ДНК, РНК, белками, нарушая их функцию, а значит, и обменные процессы. В клетке в норме есть антиоксиданты — вещества, связывающие свободные радикалы.Многие антиоксиданты поступают из внешней среды с пищей (витамины А, С, Е, каротиноиды). Крысы, получающие с пищей антиоксиданты, живут в 1,5 раза дольше.

Адаптационно-регуляторная теория Фролькеса.

В отличие от других гипотез, рассматривает старение как сложный многофакторный процесс.

Старение характеризуется, с одной стороны, угнетением обмена веществ, с другой – адаптацией к изменяющимся условиям существования. Процесс старения захватывает все уровни регуляции. На уровне генетическом аппарата происходит сокращение числа активных генов, на уровне энергетического обмена — замена кислородного окисления на бескислородное (приспособление организма), на уровне общерегуляторных систем — сдвиги в ЦНС, разлад между корой и подкоркой. Происходит увеличение числа ядер и других органелл (адаптация).

Гормонов вырабатывается меньше, но чувствительность клеток к ним больше (также адаптация).

Теория, основанная на существовании в клетке биологических часов.

Русский ученый А.

Оловников, 1971 г. Американский ученый Майк Вест, 1995 г.

Число клеточных делений строго ограничено (фибробласты делятся 50 раз). В S-период интерфазы перед митозом во время репликации ДНК происходит укорочение концов хромосом ( теломеров) и с каждым новым S-периодом длина теломеров все меньше. После достижения критической величины репликация не наступает — митоза нет.

Основные направления борьбы с преждевременным старением

Французский ученый Дастр: Искусство продления жизни – это искусство не сокращать ее.

По данным ВОЗ, здоровье человека на 50% связано с образом жизни.

1.Улучшение условий труда и быта.

2.Качественное питание.

(Лишние 4 кг сокращают жизнь на 1 год.)

3.Улучшение медицинского обслуживания.

4.Регулярные занятия физкультурой. (Два 2-хчасовых занятия в неделю — гребля, плавание, лыжи, коньки — добавляют 7-9 лет жизни.)

5.Борьба с вредными привычками.

(1 мин курения – 1 мин жизни. 1 пачка в день — 4 года, 2 — 8 лет. Алкоголь уменьшает продолжительность жизни на 20%.)

6.Нормальный психологический микроклимат.

7.Охрана окружающей среды.

Вопрос 2

2) Аллельными называются гены, которые определяют контрастирующие (альтернативные) свойства одного признака и расположены в гомологичных хромосомах в одном и том же локусе.

Например, цвет глаз – признак; голубой и карий – контрастирующие свойства.

Или: умение владеть рукой – признак; праворукость и леворукость – контрастирующие свойства.

Взаимодействие аллельных генов

Различают 6 видов такого взаимодействия:

1) полное доминирование

2) неполное доминирование

3) сверхдоминирование

4) кодоминирование

5) межаллельная комплементация

6) аллельное исключение

Краткая характеристика видов взаимодействия аллельных генов

При полном доминировании действие одного гена из аллельной пары (т.е.

одного аллеля) полностью скрывает присутствие другого аллеля. Фенотипически проявляемый ген называется доминантным и обозначается А;

подавляемый ген называется рецессивным и обозначается а.

Неполное доминирование имеет место в случае, когда доминантный ген не полностью подавляет действие рецессивного гена, и у гетерозигот наблюдается промежуточный характер наследования признака.

Пример – окраска цветков у ночной красавицы: доминантные гомозиготы – красные, рецессивные гомозиготы – белые, гетерозиготы – промежуточная, розовая окраска.

О сверхдоминировании говорят, когда фенотипическое проявление доминантного гена в гетерозиготном варианте сильнее, чем в гомозиготном:

Aa > AA.

Кодоминирование – проявление в гетерозиготном состоянии признаков, кодируемых обоими аллельными генами.

Пример – наследование у человека IY группы крови (AB).

Это же – пример множественного аллелизма.

Множественный аллелизм – наличие в генофонде популяций более двух аллельных генов.

Пример в природе – окраска шерсти у кроликов.

Межаллельная комплементация – взаимодействие аллельных генов, при котором возможно формирование нормального признака у организма, гетерозиготного по двум мутантным аллелям этого гена.

Пример: D – ген, кодирующий синтез белка с четвертичной структурой (например, глобин в гемоглобине).

Четвертичная структура состоит из нескольких полипептидных цепей. Мутантные гены – D¢ и D¢¢ — определяют синтез измененных белков (каждый своего). Но при объединении эти цепи дают белок с нормальными свойствами:

D¢ + D¢¢ = D.

Аллельное исключение – такое взаимодействие, при котором в разных клетках одного и того же организма фенотипически проявляются разные аллельные гены.

В результате возникает мозаицизм.

Классический пример – аллельные гены в Х-хромосоме женского организма.

В норме из двух этих хромосом функционирует только одна. Другая находится в плотном спирализованном состоянии (инактивированном) и называется «тельце Барра». При образовании зиготы 1 хромосома наследуется от отца, другая – от матери, инактивированной может быть любая из них.

Вопрос 3

3) Лентецширокий

Ÿ Тип Плоские черви, Plathelminthes

Ÿ Класс Ленточные черви, Сestoidea

Ÿ Вид Лентец широкий, Diphyllobothrium latum.

Ÿ Половозрелые формы:

§ длина 7-10 метров и более

§ сколекс без присосок, с 2 присасывательными бороздками – ботриями

§ проглоттиды в ширину больше чем в длину

§ в зрелых члениках: желточники по бокам, матка имеет форму петель, образующих розетку, отверстие матки – у переднего края проглоттиды; половая клоака – на брюшной стороне по средней линии близ переднего края проглоттиды.

Ÿ Яйца: желтовато-коричневые, овальные с крышечкой

Ÿ Корацидий: свободно плавающая личинка, покрытая ресничками с 3 парами крючьев

Ÿ Процеркоид: удлинённая форма тела с 6 крючьями на заднем конце тела

3повсеместно, где есть водоёмы, Карелия, Ленинградская область, Прибалтика, Волга, Днестр, Одесская, Полтавская, Херсонская, Черкасская и другие области.

4Цикл развития: испражнения человека → яйца → вода → корацидий → циклоп → в кишках – онкосфера → в полости тела – процеркоид → рыба (проглотила циклопа) → в мускулатуре – плероцеркоид → хищные рыбы (резервуарные хозяева) → человек (съел свежепосоленную икру, сырую или полусырую рыбу).

5Диагностика: обнаружение яиц лентеца в фекалиях.

6Профилактика: личная (не употребление сырой и полусырой рыбы), общественная (санпросвет работа).

БИЛЕТ № 12

Все гены по функциям подразделяются на структурные и функциональные (рис.4.7).

  1. Структурные гены несут информацию о белках-ферментах и гистонах, о последовательности нуклеотидов в различных видах РНК.

  2. Среди функциональных генов выделяют:

  • гены-модуляторы, усиливающие или ослабляющие действие структурных генов (супрессоры (ингибиторы), активаторы, модификаторы);

  • гены, регулирующие работу структурных генов (регуляторы и операторы).

Все клетки многоклеточного организма, возникая из зиготы путем митоза, получают полноценный набор генетической инфор­мации. Несмотря на это, они отличаются друг от друга по морфо­логии, биохимическим и функциональным свойствам. В основе этих различий лежит активное функционирование в разных клетках неодинаковых частей генома. Большая часть генома находится в клетках организма в неактивном, репрессированном, состоянии, и только 7—10% генов активны, т. е. транскрибиру­ются. Спектр функционирующих генов зависит от тканевой при­надлежности клетки, от

периода ее жизненного цикла и стадии индивидуального развития организма.

Основная масса генов, активно функционирующих в большин­стве клеток организма на протяжении онтогенеза,— это гены «домашнего хозяйства», которые обеспечивают синтез белков общего назначения (белки рибосом, гистоны, тубулины и т. д.), тРНК и рРНК. Транскриби­рование этих генов обеспечивается соединением РНК-полимеразы с их промоторами и, видимо, не подчиняется каким-либо другим регулирующим воздействиям. Такие гены называют конститутив­ными.

Другая группа генов, детерминирующих синтез специфиче­ских продуктов, в своем функционировании зависит от различных регулирующих факторов, ее называют регулируемыми генами. Они функционируют только в определенных клетках и тканях и называются генами «роскоши». Изменение условий может привести к активации «молчащих» генов и репрессии активных. Дифференцированная экспрессия одного генома у млекопитающих обусловливает развитие огромного множества типов клеток.

Глава 5 Особенности структурной и функциональной организации генов про- и эукариот. Регуляция экспрессии генов у про- и эукариот. Реализация генетической информации. Биосинтез белка

Наследственность и изменчивость — важнейшие свойства любой живой системы, обеспечиваются функционированием особого материального субстрата. Как же он устроен?

Первые предположения об организации наследственного материала высказал основоположник генетики Г.Мендель. В своей работе “Опыты над растительными гибридами ” на основании результатов проведенных экспериментов на горохе он пришел к заключению, что наследственный материал дискретен, т.е. представлен отдельными наследственными задатками, отвечающими за развитие определенных признаков. Понятия «ген» в то время еще не существовало. Только в 1909 году В. Иогансен назвал «наследственные задатки» Менделя генами.

Что же такое ген? Следует сразу оговориться, что до сих пор не существует достаточно полного и всеобъемлющего определения понятия ген, оно эволюционировало вместе с познанием его структуры и функции.

Долгое время ген рассматривали как минимальную часть наследственного материала, обеспечивающую развитие определенного признака, что выражалось формулой «1 ген—1 признак». Это понятие классической генетики ХХ века. Между тем, какова структура гена, как он функционирует оставалось неясным. В 1945 г. Бидл и Татум установили, что гены отвечают за образование определенных ферментов, которые затем оказывают влияние на развитие тех или иных признаков. Эту гипотезу можно выразить формулой «1 ген-1 фермент» или «1 ген-1 белок».

Однако позднее было показано, что многие белки имеют четвертичную структуру, в образовании которой принимают участие разные пептидные цепи. Например, гемоглобин взрослого человека включает 4 глобиновые цепи — 2 альфа и 2 бетта, которые кодируются совершенно разными генами. Поэтому формула гена была преобразована: «1 ген – 1 полипептид».

Но в дальнейшем открытие особенностей структурной организации генов показало, что одна и та же последовательность (т.е. ген) может обеспечивать синтез нескольких разных полипептидных цепей с разными функциями. Так, у человека примерно 100.000 белков и всего 30.000 генов, т.е. большинство генов несут информацию о нескольких полипептидах. Стало понятно, что нельзя говорить о гене как об участке генома, кодирующем только 1 полипептидную цепь. Кроме того, в гене

Оперон

Рис. 5.2. Схема регуляции экспрессии генов у прокариот (А — Белок-репрессор блокирует оператор, Б — Индуктор связывает белок-репрессор. Оператор освобождается. РНК-полимераза осуществляет транскрипцию).

зашифрована информация не только о каком-то белке, но и об РНК (н-р, тРНК). Таким образом, в настоящее время определение гена следующее:

Ген–это фрагмент ДНК, ассоциированный с регуляторными элементами и соответствующий одной единице транскрипции, которая определяет возможность синтеза полипептидной цепи или молекулы РНК.

Реализация наследственной информации, заключенной в гено­типе организма,— это сложный процесс, который требует тонкой регуляции для того, чтобы в клетках разной тканевой принадлеж­ности в определенное время в процессе развития организма обес­печить синтез специфических белков в необходимом количестве (рис. 5.1). Рассмотрим основные закономерности экспрессии (функционирования) генов.

Все гены по функциям подразделяются на структурные и функциональные

1. Структурные генынесут информацию обелках-ферментах и гистонах, о последовательности нуклеотидов в различных видах РНК.

2. Среди функциональных геноввыделяют:

— гены-модуляторы,усиливающие или ослабляющие действие структурных генов (супрессоры (ингибиторы), активаторы, модификаторы);

— гены, регулирующие работу структурных генов (регуляторы и операторы).

Все клетки многоклеточного организма, возникая из зиготы путем митоза, получают полноценный набор генетической информации. Несмотря на это, они отличаются друг от друга по морфологии, биохимическим и функциональным свойствам. В основе этих различий лежит активное функционирование в разных клетках неодинаковых частей генома. Большая часть генома находится в клетках организма в неактивном, репрессированном, состоянии, и только 7—10% генов дерепрессированы, т. е. активно транскрибируются. Спектр функционирующих генов зависит от тканевой принадлежности клетки, от периода ее жизненного цикла и стадии индивидуального разъятая организма.

Основная масса генов, активно функционирующих в большинстве клеток организма на протяжении онтогенеза,— это гены «домашнего хозяйства», которые обеспечивают синтез белков общего назначения (белки рибосом, гистоны, тубулины и т. д.), тРНК и рРНК. Транскрибирование этих генов обеспечивается соединением РНК-полимеразы с их промоторами и, видимо, не подчиняется каким-либо другим регулирующим воздействиям. Такие гены называют конститутивными.

Другая группа генов, детерминирующих синтез специфических продуктов, в своем функционировании зависит от различных регулирующих факторов, ее называют регулируемыми генами. Они функционируют только в определенных клетках и тканях и называются генами «роскоши». Изменение условий может привести к активации «молчащих» генов и репрессии активных. Дифференцированная экспрессия одного генома у млекопитающих обусловливает развитие огромного множества типов клеток.

Ген — функциональная единица наследственности, его свойства Материалы / Биохимические основы наследственности / Ген — функциональная единица наследственности, его свойства

Ген — это элементарный материальный наследственный фактор, определяющий строение белковой полипептидной цепи. Это участок ДНК, кодирующий развитие отдельного признака.

Возможность проявления гена в виде признака зависит от других генов гомологичной хромосомы и от условий внешней среды.

У всех организмов одного вида каждый конкретный ген расположен в одном и том же месте — локусе — строго определенной хромосомы.

В гаплоидном наборе хромосом имеется только один ген, ответственный за развитие данного признака. В диплоидном наборе хромосом содержатся 2 гомологичные хромосомы и значит 2 гена определяют развитие какого-либо признака. Гены, расположенные в одних и тех же локусах гомологичных хромосом и ответственные за развитие одного признака, называются аллельными.

Доминантный ген — преобладающий, подавляет проявление других аллелей; обозначается большой буквой латинского алфавита.

Рецессивный — подавляемый ген, проявляется только в гомозиготном состоянии, обозначают маленькой буквой.

Организм, в котором данная пара аллельных генов одинакова, называется гомозиготой: АА, аа.

Организм, в котором пара аллелей неодинакова (Аа) — гетерозигота. Гемизигота — (от греческого hemi — полу и зигота), когда в диплоидных клетках присутствует один ген из пары аллелей и он всегда проявляется. Например, у мужчин в половых Х-хромосомах некоторые гены не имеют второго аллеля•в Хромосомах, и признак определяется не парой аллельных генов, а одним аллелем.

Закон чистоты гамет: в процессе образования гамет в каждую из них попадает только 1 ген из аллельной пары. Цитологически это объясняется мейозом: в анафазе мейоза гомологичные хромосомы расходятся и вместе с ними расходятся аллельные гены.

Генотип — совокупность генов данного организма. Но часто под генотипом понимают одну или две пары аллелей (гомозиготы или гетерозиготы). Гены в генотипе взаимодействуют друг с другом, влияя на проявленние определенных свойств. Таким: образом, для генов существует своя генотипическая среда.

Свойства генов:

1) способность к мутации;

2)способность к рекомбинациям с другими генами.

Фенотип — совокупность признаков данного организма (внешних и внутренних). Он развивается в результате взаимодействия генотипа с внешней средой. В фенотипе реализуются не все генотипические возможности, а лишь их часть, для которых были оптимальные условия. Фенотип-это частный случай реализации генотипа в конкретных условиях.

Заключение
Патологоанатомические изменения при артритах определяются его особенностями и зависят от остроты и продолжительности про­цесса, а также от глубины пораже­ния. В воспалительный процесс мо­гут быть во …

Биологический и паспортный возраст, возрастная классификация. Факторы риска преждевременного старения
Процесс постарения населения выдвигает ряд социально-гигиенических и психологических проблем. К ним относятся: наиболее целесообразное устройство пожилых людей; положение пожилого и старого человека в …

11. Особенности структурной организации гена эукариот

Структура гена эукариот: имеют мозаичную структуру: состоят из кодирующих (экзонов) и некодирующих (интронов) участков. Количество интронов – 1–60; количество нуклеотидов в них – десятки, тысячи и более. Например, ген фенилаланингидрооксилазы – 13 экзонов и 12 интронов (90 тыс.н.п.). Преимущества мозаичной структуры гена эукариот: повышается их информационную емкость (один ген может кодировать несколько полипептидов), увеличивается степень комбинативной изменчивости, обеспечивается более совершенная регуляция функции генов. Интроны регулируют процессинг иРНК.

Функциональная единица генома эукариот включает один структурный ген (транскрибируемая зона) и множество регуляторных участков ДНК (промотор с ТАТА-блоком, энхансер, сайленсер, трейлер с кодонами – терминаторами и др.).

Экзоны – нуклеотидные последовательности, кодирующие аминокислоты. Интроны – не кодирующие нуклеотидные последовательности (их от 2 до 7 на ген). Промотор (Р) — сайт для соединения с РНК-полимеразой. Сайленсер – ослабляет транскрипцию. Энхансер – усиливает транскрипцию. Зона кэпирования (К) – для формирования в зрелой иРНК КЭПа — метиловой «шапочки». Зона полиаденилирования (А) – для формирования в зрелой иРНК полиаденилового «хвоста». Зона терминации транскрипции (Т).

12.Свойство гена

1. Ген дискретен в своем действии, т. е. обособлен в своей активности от других генов. 2. Ген специфичен в своем проявлении, т. е. отвечает за строго определенный признак или свойство организма. 3. Ген может действовать градуально, т. е. усиливать степень проявления признака при увеличении числа доминантных аллелей (дозы гена ). 4. Один ген может влиять на развитие разных признаков — это множественное, или плейотропное, действие гена . 5. Разные гены могут оказывать одинаковое действие на развитие одного и того же признака (часто количественных признаков ) — это множественные гены, или полигены. 6. Ген может взаимодействовать с другими генами, что приводит к появлению новых признаков . Такое взаимодействие осуществляется опосредованно — через синтезированные под их контролем продукты своих реакций. 7. Действие гена может быть модифицировано изменением его местоположения в хромосоме (эффект положения) или воздействием различных факторов внешней среды.

13-15. Этапы экспрессии гена эукариот: претранскрипционный, транскрипция, процессинг-сплайсинг, транспорт иРнк через ядерную мембрану, трансляция, посттрансляционный

ДНК — про-иРНК — иРНК — белок

Этапы экспрессии генов

  1. Претранскрипционный

  2. Транскрипция

  3. Процессинг и сплайсинг в ядре

  4. Транспорт иРНК через ядерную мембрану

  1. Трансляция

  2. Посттрансляционный этап В цитоплазме формирования функционально активного белка

Претранскрипционный этап — активация генов. Активаторы: рН, ионы, БАВ, метаболиты и др. Регуляторы активности генов в претранскрипционный период: внутриклеточные (pH ±, Ионы ±,Белки (гистоновые, негистоновые) ±,Метаболиты ±, Медиаторы ±, БАВ ±, «Прыгающие гены» (их локализация)). Внеклеточные (Медиаторы ±, Гормоны ±,Др. раздражители). Все вызывают изменения МП плазм. мембр. ядерная МБР хромосомы. Функции регуляторов генной активности (в зоне действия): освобождают ДНК от белков, деконденсация ДНП, Ослабляют водородные связи, активируют РНК-полимеразу, блокируют белок-репрессор – освобождают оператор от блока (у прокариот), активируют регуляторные зоны.

Транскрипция – синтез РНК на матрице ДНК, начинается с присоединения РНК-полимеразы к «своему» промотору (ТАТА-блоку); траскрипция происходит с одной полипептидной цепи ДНК (кодогенной), на которой находится промотор. Направление транскрипции 3’→5’. Нуклеотидная цепь иРНК растет в направлении 5’→3’.Транскрибируются все экзоны и интроны (включая зону копирования, кодон-инициатор, зоны терминации и полиаденилирования) структурного гена. В итоге образуется про-иРНК, содержащая кодирующие и некодирующие нуклеотидные последовательности. Фермент – РНК-полимераза.

Процессинг про-иРНК: Кэпирование – образование КЭП на 5’-конце про-иРНК(служит для присоединения к рибосоме). Полиаденилирование на 3’-конце (присоединение поли-А или поли-У) — придает устойчивость иРНК. Процессинг – сплайсинг – «вырезание» интронов и «сшивание» (ферментами-рибозимами) экзонов.

Транспорт иРНК через ядерную мембрану — транспорт зрелой иРНК через ядерную мембрану.

Трансляция – синтез белков рибосомами на матрице иРНК. Зрелая иРНК 5’-концом (КЭП) подходит к полисомам и протягивается через них, транслируются кодон-инициатор и все нуклеотиды кодирующей зоны, кодоны-терминаторы не транслируются.

Посттрансляционный этап — образование функционально активного белка: у эукариот «отрезается» метионин или триптофан, формируется вторичная, третичная, а для многих белков и четвертичная структура, присоединяются др. группировки и т.д.

Ген (др.-греч. γένος — род) — структурная и функциональная единица наследственности живых организмов. Ген представляет собой последовательность ДНК, задающую последовательность определённого полипептида либо функциональной РНК. Гены (точнее, аллели генов) определяют наследственные признаки организмов, передающиеся от родителей потомству при размножении. При этом некоторые органеллы (митохондрии, пластиды) имеют собственную, определяющую их признаки, ДНК, не входящую в геном организма.
В настоящее время, в молекулярной биологии установлено, что гены — это участки ДНК, несущие какую-либо целостную информацию — о строении одной молекулы белка или одной молекулы РНК. Эти и другие функциональные молекулы определяют развитие, рост и функционирование организма.
В то же время, каждый ген характеризуется рядом специфических регуляторных последовательностей ДНК, таких как промоторы, которые принимают непосредственное участие в регулировании проявления гена. Регуляторные последовательности могут находиться как в непосредственной близости от открытой рамки считывания, кодирующей белок, или начала последовательности РНК, как в случае с промоторами (так называемые cis-регуляторные элементы, англ. cis-regulatory elements), так и на расстоянии многих миллионов пар оснований (нуклеотидов), как в случае с энхансерами, инсуляторами и супрессорами (иногда классифицируемые как trans-регуляторные элементы, англ. trans-regulatory elements). Таким образом, понятие гена не ограничено только кодирующим участком ДНК, а представляет собой более широкую концепцию, включающую в себя и регуляторные последовательности.
Изначально термин ген появился как теоретическая единица передачи дискретной наследственной информации. История биологии помнит споры о том, какие молекулы могут являться носителями наследственной информации. Большинство исследователей считали, что такими носителями могут быть только белки, так как их строение (20 аминокислот) позволяет создать больше вариантов, чем строение ДНК, которое составлено всего из четырёх видов нуклеотидов. Позже было экспериментально доказано, что именно ДНК включает в себя наследственную информацию, что было выражено в виде центральной догмы молекулярной биологии.
Гены могут подвергаться мутациям — случайным или целенаправленным изменениям последовательности нуклеотидов в цепи ДНК. Мутации могут приводить к изменению последовательности, а следовательно изменению биологических характеристик белка или РНК, которые, в свою очередь, могут иметь результатом общее или локальное изменённое или анормальное функционирование организма. Такие мутации в ряде случаев являются патогенными, так как их результатом является заболевание, или летальными на эмбриональном уровне. Однако далеко не все изменения последовательности нуклеотидов приводят к изменению структуры белка (благодаря эффекту вырожденности генетического кода) или к существенному изменению последовательности и не являются патогенными. В частности, геном человека характеризуется однонуклеотидными полиморфизмами и вариациями числа копий (англ. copy number variations), такими как делеции и дупликации, которые составляют около 1 % всей нуклеотидной последовательности человека. Однонуклеотидные полиморфизмы, в частности, определяют различные аллели одного гена.
Мономеры, составляющие каждую из цепей ДНК, представляют собой сложные органические соединения, включающие в себя азотистые основания: аденин(А) или тимин(Т) или цитозин(Ц) или гуанин(Г), пятиатомный сахар-пентозу-дезоксирибозу, по имени которой и получила название сама ДНК, а также остаток фосфорной кислоты. Эти соединения носят название нуклеотидов.
Свойства гена.
дискретность — несмешиваемость генов;
стабильность — способность сохранять структуру;
лабильность — способность многократно мутировать;
множественный аллелизм — многие гены существуют в популяции во множестве молекулярных форм;
аллельность — в генотипе диплоидных организмов только две формы гена;
специфичность — каждый ген кодирует свой признак;
плейотропия — множественный эффект гена;
экспрессивность — степень выраженности гена в признаке;
пенетрантность — частота проявления гена в фенотипе;
амплификация — увеличение количества копий гена.
Строение гена.
Согласно современным представлениям, ген, кодирующий синтез определенного белка, у эукариот состоит из нескольких обязательных элементов. Прежде всего это обширная регуляторная зона, оказывающая сильное влияние на активность гена в той или иной ткани организма на определенной стадии его индивидуального развития. Далее расположен непосредственно примыкающий к кодирующим элементам гена промотор – последовательность ДНК длиной до 80-100 пар нуклеотидов, ответственная за связывание РНК-полимеразы, осуществляющей транскрипцию данного гена. Вслед за промотором лежит структурная часть гена, заключающая в себе информацию о первичной структуре соответствующего белка. Эта область для большинства генов эукариот существенно короче регуляторной зоны, однако ее длина может измеряться тысячами пар нуклеотидов.
Важная особенность эукариотических генов – их прерывность. Это значит, что область гена, кодирующая белок, состоит из нуклеотидных последовательностей двух типов. Одни – экзоны – это участки ДНК, которые несут информацию и строении белка и входят в состав соответствующих РНК и белка. Другие – интроны – не кодируют структуру белка и в состав зрелой молекулы и-РНК не входят, хотя и транскрибируются. Процесс вырезания интронов – «ненужных» участков молекулы РНК и сращивания экзонов при образовании и-РНК осуществляется специальными ферментами и получил название Сплайсинг (сшивание, сращивание). Экзоны обычно соединяются вместе в том же порядке, в котором они распологаются в ДНК. Однако не абсолютно все гены эукариот прерывисты. Иначе говоря, у некоторых генов, подобно бактериальным, наблюдается полное соответствие нуклеотидов последовательности первичной структуре кодируемых ими белков. Таким образом, ген эукариот во многом похож на оперон прокариот, хотя и отличается от него более сложной и протяженной регуляторной зоной, а также тем, что он кодирует обычно только один белок, а не несколько, как оперон у бактерии.

22. Классификация генов: гены структурные, регуляторы. Свойства генов (дискретность, стабильность, лабильность, полиаллелизм, специфичность, плейотропия).

21. Ген — функциональная единица наследственности. Молекулярное строение гена у прокариот и эукариот. Уникальные гены и повторы ДНК. Структурные гены. Гипотеза «1 ген- 1 фермент», её современная трактовка.

Ген — структурная и функциональная единица наследственности, контролирующая развитие определённого признака или свойства. Совокупность генов родители передают потомкам во время размножения. Термин «ген» был введён в употребление в 1909 году датским ботаником Вильгельмом Йогансеном. Изучением генов занимается наука генетика, родоначальником которой считается Грегор Мендель, который в 1865 году опубликовал результаты своих исследований о передачи по наследству признаков при скрещивании гороха. Гены могут подвергаться мутациям — случайным или целенаправленным изменениям последовательности нуклеотидов в цепи ДНК. Мутации могут приводить к изменению последовательности, а следовательно изменению биологических характеристик белка или РНК, которые, в свою очередь, могут иметь результатом общее или локальное изменённое или анормальное функционирование организма. Такие мутации в ряде случаев являются патогенными, так как их результатом является заболевание, или летальными на эмбриональном уровне. Однако, далеко не все изменения последовательности нуклеотидов приводят к изменению структуры белка (благодаря эффекту вырожденности генетического кода) или к существенному изменению последовательности и не являются патогенными. В частности, геном человека характеризуется однонуклеотидными полиморфизмами и вариациями числа копий, такими как делеции и дупликации, которые составляют около 1 % всей нуклеотидной последовательности человека. Однонуклеотидные полиморфизмы, в частности, определяют различные аллели одного гена.

У человека в результате делеции:

-синдром Вольфа- утрачен участок в большой хромосоме 4 ,

-синдром “кошачьего крика”- при делеции в хромосоме 5 . Причина: хромосомная мутация; потеря фрагмента хромосомы в 5-й паре.

Проявление: неправильное развитие гортани, крики, подобные кошачьим, I раннем детском возрасте, отставание в физическом и умственном развитии.

Мономеры, составляющие каждую из цепей ДНК, представляют собой сложные органические соединения, включающие в себя азотистые основания: аденин(А) или тимин(Т) или цитозин(Ц) или гуанин(Г), пятиатомный сахар-пентозу-дезоксирибозу, по имени которой и получила название сама ДНК, а также остаток фосфорной кислоты. Эти соединения носят название нуклеотидов.

Хромосома любого организма, будь то бактерия или человек, содержит длинную непрерывную цепь ДНК , вдоль которой расположено множество генов. Различные организмы резко отличаются по количеству ДНК, составляющей их геномы. У вирусов в зависимости от их величины и сложности размер генома колеблется от нескольких тысяч до сотен пар нуклеотидов. Гены в таких просто устроенных геномах расположены один за другим и занимают до 100% длины соответствующей нуклеиновой кислоты (РНК и ДНК). Для многих вирусов установлена полная нуклеотидная последовательность ДНК. У бактерий размер генома значительно больше. У кишечной палочки единственная нить ДНК – бактериальная хромосома состоит из 4,2х106(6 степень) пар нуклеотидов. Более половины этого количества состоит из структурных генов, т.е. генов, кодирующих определенные белки. Остальную часть бактериальной хромосомы составляют неспособные транскрибироваться нуклеотидные последовательности, функция которых не вполне ясна. Подавляющее большинство бактериальных генов уникальны, т.е. представлены в геноме один раз. Исключение составляют гены транспортных и рибосомальных РНК, которые могут повторяться десятки раз.

Геном эукариот, особенно высших, резко превышает по размерам геном прокариот и достигает, как отмечалось, сотен миллионов и миллиардов пар нуклеотидов. Количество структурных генов при этом возрастает не очень сильно. Количество ДНК в геноме человека достаточно для образования примерно 2 млн. структурных генов. Реально имеющееся число оценивается как 50-100 тыс. генов, т.е. в 20-40 раз меньше того, что могло бы кодироваться геномом такого размера. Следовательно, приходится констатировать избыточность генома эукариот. Причины избыточности в настоящее время в значительной степени прояснились: во-первых, некоторые гены и последовательности нуклеотидов многократно повторены, во-вторых, в геноме существует много генетических элементов, имеющих регуляторную функцию, в-третьих, часть ДНК вообще не содержит генов.

Согласно современным представлениям, ген, кодирующий синтез определенного белка, у эукариот состоит из нескольких обязательных элементов. Прежде всего это обширная регуляторная зона, оказывающая сильное влияние на активность гена в той или иной ткани организма на определенной стадии его индивидуального развития. Далее расположен непосредственно примыкающий к кодирующим элементам гена промотор – последовательность ДНК длиной до 80-100 пар нуклеотидов, ответственная за связывание РНК-полимеразы, осуществляющей транскрипцию данного гена. Вслед за промотором лежит структурная часть гена, заключающая в себе информацию о первичной структуре соответствующего белка. Эта область для большинства генов эукариот существенно короче регуляторной зоны, однако ее длина может измеряться тысячами пар нуклеотидов.

Важная особенность эукариотических генов – их прерывность. Это значит, что область гена, кодирующая белок, состоит из нуклеотидных последовательностей двух типов. Одни – экзоны – это участки ДНК, которые несут информацию и строении белка и входят в состав соответствующих РНК и белка. Другие – интроны – не кодируют структуру белка и в состав зрелой молекулы и-РНК не входят, хотя и транскрибируются. Процесс вырезания интронов – «ненужных» участков молекулы РНК и сращивания экзонов при образовании и-РНК осуществляется специальными ферментами и получил название Сплайсинг (сшивание, сращивание).

Геном эукариот характеризуется двумя основными особенностями:

1) Повторенность последовательностей;

2) Разделением по составу на различные фрагменты, характеризуемые специфическим содержанием нуклеотидов;

Повторенная ДНК состоит из нуклеотидных последовательностей различной длины и состава, которые встречаются в геноме несколько раз либо в тандемно-повторенном, либо в диспергированном виде. Последовательности ДНК, которые не повторяются, называются уникальной ДНК. Размер части генома, занятой повторяющимися последовательностями, широко варьирует между таксонами. У дрожжей он достигает 20%, у млекопитающих до 60% всей ДНК повторяется. У растений процент повторенных последовательностей может превышать 80%.

По взаимной ориентации в структуре ДНК различаются прямые, инвертированные, симметричные повторы, палиндромы, комплементарные палиндромы и т.п. В очень широком диапазоне варьирует и длина (в числе оснований) элементарной повторяющейся единицы, и степень их повторяемости, и характер распределения в геноме , периодичность повторений ДНК может иметь очень сложную структуру, когда короткие повторы включены в более протяженные или окаймляют их и т.д. Кроме того, для последовательностей ДНК можно рассматривать зеркальные и инвертированные повторы. Геном человека известен на 94%.На основании этого материала можно сделать следующий вывод- повторы занимают по крайней мере 50% генома.

СТРУКТУРНЫЕ ГЕНЫ — гены, кодирующие клеточные белки с ферментативными или структурными функциями. К ним же относят гены, кодирующие структуру рРНК и тРНК. Есть гены, содержащие информацию о структуре полипептидной цепи, в конечном счете – структурных белках. Такие последовательности нуклеотидов длинной в один ген, называются структурными генами. Гены, определяющие место, время, длительность включения структурных генов – регуляторные гены.

Гены имеют маленький размер, хотя состоят из тысяч пар нуклеотидов. Наличие гена устанавливается по проявлению признака гена (конечному продукту). Общую схему строения генетического аппарата и его работы в 1961 году предложили Жакоб, Моно. Они предложил, что есть участок молекулы ДНК с группой структурных генов. К этой группе примыкает участок в 200пар нуклеотидов – промотор (участок примыкания ДНК зависимой РНК-полимеразы). К этому участку примыкает ген-оператор. Название всей системы – оперон. Регуляция осуществляется регуляторным геном. В итоге белок-репрессор взаимодействует с геном-оператором, и оперон начинает работать. Субстрат взаимодействует с геном регуляторами, оперон блокируется. Принцип обратной связи. Экспрессия оперона включается как единое целое. 1940 год — Бидл и Татум предложили гипотезу: 1 ген – 1 фермент. Эта гипотеза сыграла важную роль – ученые стали рассматривать конечные продукты. Оказалось, что гипотеза имеет ограничения, т.к. все ферменты – белки, но не все белки – ферменты. Как правило, белки являются олигомерами – т.е. существуют в четвертичной структуре. Пример, капсула табачной мозаики имеет более 1200 полипептидов. У эукариот экспрессия (проявление) генов не исследована. Причина – серьезные препятствия:

-организация генетического материала в форме хромосом

— у многоклеточных организмов клетки специализированы и поэтому часть генов выключена.

— наличие гистоновых белков, в то время как у прокариот — «голая» ДНК.

Гистоновые и негистоновые белки принимают участие в экспрессии генов, участвуют в создании структуры.

Свойства гена:

Дискретность — несмешиваемость генов;

Стабильность — способность сохранять структуру;

Лабильность — способность многократно мутировать;

Множественный аллелизм — многие гены существуют в популяции во множестве молекулярных форм;

Аллельность — в генотипе диплоидных организмов только две формы гена;

Специфичность — каждый ген кодирует свой признак;

Плейотропия — множественный эффект гена;

Экспрессивность — степень выраженности гена в признаке;

Пенетрантность — частота проявления гена в фенотипе;

Амплификация — увеличение количества копий гена.

23. Строение гена. Регуляция экспрессия генов у прокариот. Гипотеза оперона.

Экспрессия генов — это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок. Экспрессия генов может регулироваться на всех стадиях процесса: и во время транскрипции, и во время трансляции, и на стадии посттрансляционных модификаций белков.

Регуляция экспрессии генов позволяет клеткам контролировать собственную структуру и функцию и является основой дифференцировки клеток, морфогенеза и адаптации. Экспрессия генов является субстратом для эволюционных изменений, так как контроль за временем, местом и количественными характеристиками экспрессии одного гена может иметь влияние на функции других генов в целом организме. У прокариот и эукариот гены представляют собой последовательности нуклеотидов ДНК. На матрице ДНК происходит транскрипция — синтез комплементарной РНК. Далее на матрице мРНК происходит трансляция — синтезируются белки. Существуют гены, кодирующие нематричную РНК (например, рРНК, тРНК, малые РНК), которые экспрессируются (транскрибируются), но не транслируются в белки.

Исследования на клетках Е. coli позволили установить, что у бактерий существуют ферменты 3 типов:

  • конститутивные, присутствующие в клетках в постоянных количествах независимо от метаболического состояния организма (например, ферменты гликолиза);

  • индуцируемые, их концентрация в обычных условиях мала, но может возрастать в 100Q раз и более, если, например, в среду культивирования клеток добавить субстрат такого фермента;

  • репрессируемые, т.е. ферменты метаболических путей, синтез которых прекращается при добавлении в среду выращивания конечного продукта этих путей.

На основании генетических исследований индукции β-галактозидазы, участвующей в клетках Е. coli, в гидролитическом расщеплении лактозы Франсуа Жакоб и Жак Моно в 1961 г. сформулировали гипотезу оперона, которая объясняла механизм контроля синтеза белков у прокариотов.

В экспериментах гипотеза оперона получила полное подтверждение, а предложенный в ней тип регуляции стали называть контролем синтеза белка на уровне транскрипции, так как в этом случае изменение скорости синтеза белков осуществляется за счёт изменения скорости транскрипции генов, т.е. на стадии образования мРНК.

У Е. coli, как и у других прокариотов, ДНК не отделена от цитоплазмы ядерной оболочкой. В процессе транскрипции образуются первичные транскрипты, не содержащие нитронов, а мРНК лишены «кэпа» и поли-А-конца. Синтез белка начинается до того, как заканчивается синтез его матрицы, т.е. транскрипция и трансляция протекают почти одновременно. Исходя из размера генома (4×106 пар нуклеотидов), каждая клетка Е. coli содержит информацию о нескольких тысячах белков. Но при нормальных условиях роста она синтезирует около 600-800 различных белков, а это означает, что многие гены не транскрибируются, т.е. неактивны. Гены белков, функции которых в метаболических процессах тесно связаны, часто в геноме группируются вместе в структурные единицы (опероны). Согласно теории Жакоба и Моно, оперонами называют участки молекулы ДНК, которые содержат информацию о группе функционально взаимосвязанных структурных белков, и регуляторную зону, контролирующую транскрипцию этих генов. Структурные гены оперона экспрессируются согласованно, либо все они транскрибируются, и тогда оперон активен, либо ни один из генов не «прочитывается», и тогда оперон неактивен. Когда оперон активен и все его гены транскрибируются, то синтезируется полицистронная мРНК, служащая матрицей для синтеза всех белков этого оперона. Транскрипция структурных генов зависит от способности РНК-полимеразы присоединяться к промотору, расположенному на 5′-конце оперона перед структурными генами.

Связывание РНК-полимеразы с промотором зависит от присутствия белка-репрессора на смежном с промотором участке, который называют «оператор». Белок-репрессор синтезируется в клетке с постоянной скоростью и имеет сродство к операторному участку. Структурно участки промотора и оператора частично перекрываются, поэтому присоединение белка-репрессора к оператору создаёт стерическое препятствие для присоединения РНК-полимеразы.

Большинство механизмов регуляции синтеза белков направлено на изменение скорости связывания РНК-полимеразы с промотором, влияя таким образом на этап инициации транскрипции. Гены, осуществляющие синтез регуляторных белков, могут быть удалены от оперона, транскрипцию которого они контролируют.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *