36. Трансдукция у бактерий. Использование трансдукции для картирования бактериальных генов.

Транс-ия-перенос генов из одних бакт кл в др с пом-ю бактериофага.В1952 Циндер и Леберберг описали еще один способ передачи генетич информ-и ДНК у бакт.Иногда поражая бакт-ю фаг встраивается в ДНК кл хозяина и в теч длит-го врем передается из одного поколения в др.При изменении условий ДНК фага может вырезаться из ДНК хозяина.При этом фаговые частицы могут случайно захватывать хромосомы кл хозяина и переносить вместе с ними гены из 1ой бакт кл в др.-трансдукция.

Исследования проводили на на бакт мышиного тифа.В у-образную трубку с бактериальным фильтром посередине высевали на полную 2 штамма бакт 22А(Т-) и 2А(Т+).Через некот вр после их совместного выращивания в у-образной трубке штаммы высели на минимальную пит среду на кот 22А(ауксатрофный штамм) не рос,но дал небольшое кол-во колоний,преобретя способность синтезировать триптофан.Переход бакт из одного калена трубки в др исключался,т к посередине трубки стоял бакт-ый фильтр.Обратноя мц 22А->2А(Т- ->Т+)также исключалась,т к штамм 22А был стабильным в этом отношении.По мнению исследователей участок ДНК содер-й норм ген триптофана был принесен из кл-к 2А в кл-и 22А с пом-ю фага.Последний анализ показал,что штамм 2А оказася лизогенным по фагу,кот из умеренного превращ-я в паразитический и при заражении новых бактерий переносит в них часть фрагмента ДНК с гена контрол-й синтез триптофана.Этот тип трансдукции получил название общей трансдукции,тк фаг 22А внедрялся в разные участки хромосом реципиентов.Внедрение фага в строго определенные места хромосомы бакт-и наз ограниченной трансдукцией.Если фрагмент ДНК(ген) кл донора перенес-й фагом в новую бакт-ю кл не включ в её хромосому но проявляется то такой вид трансдукции наз обартивной.

Для рекомб-го картирования необ-ма кл реципиента с кольц ДНК-хромосомой и ДНК донорной кл.ДНК кл донора ввод-ся в кл рецип разли-ми способами: с пом Нfr-хромосомы при коньюгации,вместе с фагом-вектором при трансдукции или путем прямой передачи ДНК при трансформации.Затем определ-я частота рекомбинации и строится генет карта данного участка бакт хромосомы.

37. Конъюгация бактерий. Контроль половой дифференцировки бактерий. F-фактор – генетический элемент, определяющий пол у бактерий. Репликация f-фактора.

Коньюгация-непосредственный контакт меж кл-и бакт сопроважд-й переносом ген-го материала из кл донора в кл реципиента.Проц.коньюг-я был открыт в 1946 Ледербергом и Татум у E.Coli.Это стало возможным после разработки селективных сред и получения биохим мутантов.Обнаружили конью-ю с пом-ю чисто генного метода,т е путем получения рекомбинантных кл бакт-й.Спустя некоторое время 1952 Кейс выяснил,что рекомбинация проходит только в кл реципиентов, кот обозначали как женский штамм F-,а кл F+ доноры передают генетт-й материал в кл F-. В1958 Андерсан доказал это прямым методом наблюдая конь-ю в микроскоп.Кл F- и F+ отлич-я по форме . F- кругые, F+ продолговатые.Изолируя эти кл после конь-ции рекомбинанты появл-я в потомстве F- кл.

Контроль половой дифференцировки бакт-й: F-фактор,гене-й элемент определяющий пол у бакт.. F-это половой фактор от англ плодовитость.Изучение штаммов E.Coli выявило у бакт половой диф-ки.У E.Coli выявили 2 половых типов F- и F+,было установлено,что кл F+ содержат F-фактор кот явл эписомой.В кл-х F- F-фактор отсутствует.В геноме F-фактора обнаружены гены ответс-е за синтез белка(пили(трубочек)).Пили распологаются на поверх-ти F+ кл,а на пов-ти F- кл имеются соответ-е рецепторы(это приводит к образ-ю меж ними цитоплаз-го мостика,где через этот мостик F-фактор переходит в бакт-ю кл-у реципиента. F-фактор имеет кольцевую форму и явл самостоятельным репликоном..При размножении бакт. F-фактор реплицируется как обычная кольцевая мол ДНК образуя тетаобразные фигуры в качестве промежуточного продукта репликации.При тетатипе репликации кольцевой хромосомы в определ точки хромосомы,кот. Наз ориджин(начало) возникает 2 репликативные вилки перемещ-ся в противоположных направлениях до тех пор пока не встретятся в точке терминации(ter C).В результате появл-я 2 мол кольцевой ДНК.При этом в процессе репликации промежут ф-ма похожа на греческую букву тета.Иногда F-фактор может принимать и линейную ф-му.Это проис-д если м\у F+иF- кл-и образ-я цитоплаз-й мостик и одна из цепей ДНК F-фактора переходит в кл F- ,превращая её в кл F+. F-фактор реплицируется в этом случае по сигматипу\ по типу котящегося кольца.Проц идет так: в одну из цепей мол ДНК(кольц) происх разрыв,в др остается целой.На ней синтезируется дочерняя цепь ДНК и обр-я новая мол ДНК.Освобожд-я матер цепь ДНК принимает линейную форму,переходит по цитоплаз-му мостику в кл F- и там реплицируется,а затем свободные концы соед-я с пом ДНК-лигазы,и мол принимает форму кольца.Репликация F-фактора по сигма типу приводит к переносу его копии в F- кл,превращ её в F+ кл-у.Таким обр-м в кл-е реципиенте может происходить рекомбинация ,т к F-фактор может нести бактериальные гены.

38. Hfr-клетки. Использование их в картировании бактериальных генов.

Позже были выделены штаммы у кот F-фактор встроен в бакт хромосому.Эти штаммы наз Hfr-штаммы .В этом случае при коньюгации вместе с F-фактором в F-кл-у перен-я бакт хромосома.Реплик-я начин-я с того сайта в кот встроен F-фактор.В результ кл реципиент становятся временно диплоидной и может происходить рекомбинация м\у генами,сод-ся в хромосоме Hfr, и генами хромосомы F-кл.Эта рекомбинация осуществ-я с высокой частотой,отсюда название кл Hfr.Вместе с тем при конь-ции Hfr- и F- кл-к часто происх разрыв коньюгатной трубки и соответственно обрыв хромосомы Hfr.В результ в F- кл целая Hfr- хромосома попадает редко.Кроме того F-фактор, интегрируемый в геном к Hfr, иногда может вырезаться из хромосомы. Кл-а из Hfr превращ в F+ кл-у.Кольцевой F-фактор включающий в себя бакт гены,получил название Fприм фактора.Он способен переносить бакт гены независимо от хромосомы.Это явление наз сексдукцией.Благод этому можно получить у Эширихии Коли частично диплоиды по тем генам,кот включены в Fприм фактор.Это позволяет проводить исследования аллельных отношений у бакт, кот компенсирует в какойто мере отсутствие у них регулярной диплоидной фазы.Между гомологичными участками на Fприм факторе и хромосоме возможна рекомб-я ,кот-я приводит к дупликации бакт генов в случае одинарного кроссенговера\ к обмену генами м\у Fприм фактору и бакт хромосомой в случае двойного кроссенговера.

39.Картирование бактериальной хромосомы. Физическое картирование бактериальных генов методом прерванной конъюгации. Генетическое картирование бактериальной хромосомы. Кольцевая карта хромосом прокариот.

40.Генетическая роль ДНК. Исследования Гриффитса, Эвери.

Трансформация бактерий. Первым прямым доказательством генетической роли ДНК послужила ее способность переносить на­следственные свойства у пневмококков. Трансформацию пневмо­кокков — Diplococcus pneumoniae , открыл бактериолог Ф. Гриф­фитс в 1928 г.

У пневмококков известны два типа штаммов, различающихся по характеру роста на плотных средах и одновременно по свойству патогенности по отношению к подопытным животным — мышам. S-форма пневмококка образует на агаре гладкие блестящие коло­нии благодаря тому, что клетки заключены в полисахаридную капсулу. S-форма патогенна для мышей, так как полисахаридная капсула предохраняет бактериальные клетки от иммунной системы зараженного животного. Мыши, которым вводили живые клетки S-формы пневмококка, погибали. По антигенным свойствам капсу­лы различают несколько типов S-форм: IS, IIS, IIIS и т. д.

Другая форма пневмококка — R-форма не имеет капсулы, образует шероховатые колонии и непатогенна для мышей. Извест­ны редкие мутационные взаимопревращения S- и R-форм. При этом мутации R- S всегда строго специфичны: IS IR,IIS IIR, IIIS IIIR и т. д.

Ф. Гриффите обнаружил, что если мышам ввести убитые нагре­ванием до 65 °С клетки формы IIIS и одновременно живые клетки формы IIR, то мыши погибают, а из их трупов выделяются клетки формы IIIS. В контрольных экспериментах мыши, зараженные только убитой формой IIIS или только живой формой IIR, не заболевали. Следовательно, живые клетки IIR трансформируются из IIR и llS в присутствии убитых нагреванием клеток IIIS, тем самым приоб­ретая свойства патогенности.

В дальнейшем другие экспериментаторы показали, что такое же превращение — трансформация типов D. pneumoniae — может происходить in vitro, т. е. в пробирке. Используя этот подход, О. Эвери, К. МакЛеод и М. МакКарти в 1944 г. идентифицировали трансформирующий агент как ДНК. ДНК, выделенная из клеток типа IIIS и добавленная в культуру клеток IIR, трансформировала часть клеток в форму IIIS, и они приобретали способность стойко передавать это свойство при дальнейшем размножении. Добавле­ние дезоксирибонуклеазы (ДНКазы) — фермента, специфически разрушающего ДНК, препятствовало трансформации.

Таким образом, было получено первое прямое доказательство генетической роли ДНК у бактерий. В дальнейшем предпринима­лись многочисленные попытки трансформации низших эукариот — дрожжей, водорослей, а также многоклеточных животных и расте­ний. Эти попытки оставались безуспешными до конца 70-х годов XX в., когда стала развиваться технология генной инженерии и были разработаны методы так называемой векторной трансформа­ции. В настоящее время проблема трансформации эукариот решена и роль ДНК как универсального носителя гене­тической информации не вызывает сомнения.

41.Доказательство генетической роли нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты – наследственный материал вирусов. Работы А. Херши и М. Чейз с бактериофагом Т2,

Размножение бактериофагов. Второе прямое доказательство роли ДНК в наследственности было получено при изучении раз­множения бактериофага Т2, инфицирующего кишечную палоч­ку — Escherichia coli. Бактериофаги — это вирусы бактерий. Частица бактериофага заражает клетку Е. coli. Внутри клетки образуются новые частицы бактериофага. Через 20 мин при 37 °С клетка лизируется и около 100 дочерних частиц выходят наружу. Бактериофаг состоит только из двух макромолекулярных компонентов — белка и ДНК, заключенной в головке бактерио­фага. В 1952 г. А. Херши и М. Чейз выяснили, какой из этих двух компонентов отвечает за размножение бактериофага. В этих экспериментах белок бактериофага метили радиоактивным изотопом серы 35S, поскольку серу содержат только аминокислоты метионин и цистеин, входящие в белок. ДНК метили радиоактив­ным изотопом фосфора 32Р. Около 99 % фосфора бактериофага Т2 заключено в его ДНК. Для того чтобы ввести эти радиоактивные метки в бактериофаг, им заражали бактерии, выращенные в среде, содержащей соответствующие изотопы в компонентах питательной среды.

Мечеными бактериофагами заражали клетки Е. coli, не содер­жащие 35S и 32Р. После начального периода адсорбции бактерио­фага на клетках последние тщательно отмывали, освобождая их от так называемых «теней» бактериофага — их пустых оболочек, оставшихся на поверхности бактериальных клеток. Оказалось, что при такой процедуре из культуры бактерий удаляется не менее 80 % 35S, и это никак не влияет на дальнейшее размножение бактериофага. В то же время основная масса 32Р не может быть удалена, поскольку проникает внутрь бактерий, и в дальнейшем при размножении бактериофага 32Р передается по­томству. Таким образом, именно ДНК, а не белок определяет размножение бактериофага в зараженных клетках.

Генетическую роль нуклеиновых кислот подтверждает также мутагенный эффект аналогов пуриновых и пиримидиновых осно­ваний для бактерий, а также ультрафиолетового света с длиной волны 260 нм, поглощаемой азотистыми основаниями.

42.РНК – наследственный материал РНК-содержащих вирусов. Работы Г. Френкель-Конрата и Р. Вильямса на вирусе табачной мозаики.

РНК как генетический материал. Подавляющее большинство организмов содержат ДНК в качестве генетического материала. Лишь некоторые вирусы, например вирус табачной мозаики (ВТМ), лишены ДНК и состоят из белка и рибонуклеиновой кислоты — РНК. РНК отличается от ДНК по химическому сос¬таву тем, что в ней содержится сахар — рибоза, а пиримидиновое основание тимин заменено на урацил.

Генетическая роль РНК у ВТМ была доказана в экспериментах Г. Френкель-Конрата, А. Гирера и других в конце 50-х годов XX в. Каждая частица ВТМ содержит одиночную нить РНК длиной около 6400 нуклеотидов, заключенную в белковую оболочку. Оболочка ВТМ состоит примерно из 2130 идентичных субъеди­ниц, каждую из которых составляют 158 аминокислотных остат­ков. Известны штаммы ВТМ, различающиеся по способности ин­фицировать различные формы растения-хозяина, по симптомам, которые сопровождают вирусную инфекцию, а также по аминокис­лотному составу субъединиц белка оболочки. Если отделить белок от РНК ВТМ, то РНК практически теряет инфекционность (на 99,9 %). При реконструкции вирусных частиц (смешивании РНК и белка ВТМ) они вновь становятся инфекционными. Эти особенности ВТМ и были использованы в опытах. Реконструиро­ванные вирусные частицы были получены из РНК стандартного штамма и белка так называемого штамма HR. Штаммы различа­лись аминокислотным составом белка оболочки. В отличие от штамма HR стандартный штамм не содержал гистидина и метионина.

Вирусные частицы-потомки, образовавшиеся в результате ин­фекции растений, по аминокислотному составу белка оболочки и другим признакам всегда соответствовали тому штамму ВТМ, от которого брали РНК. Таким образом была показана роль РНК как носителя генетической информации у ВТМ.

Итак, свойство наследственности оказалось связанным с нукле­иновыми кислотами, и прежде всего с ДНК.

43.Модели удвоения молекулы ДНК. Экспериментальное доказательство полуконсервативной модели синтеза ДНК. Работа М. Мезельсона и Ф. Сталя.

В 1975г. Дельбрук и стент предложили 3 модели удвоения днк:

1.консервативную-предпологала, что при синтезе днк, раскручивание спирали не происходит и родительская 2-я спираль служит матрицей для 2-х новых цепей. В результате дочерние днк строятся из нового материала, а родительская сохраняется как таковая.

2.дисперстная-распад исходной молекулы днк на фрагменты. Синтез новых цепей происходит на фрагментах, которые затем соединяются с отрезками нового материала. Каждая цепь днк должна состоять из нового материала и из чередующегося отрезка старого.

3.полуконсервативный-родительская днк раскручивается и на каждой цепи днк образуется новая комплементарная цепь. Дочерняя молекула является точной копией родительской молекулы днк. При этом 1-на цепь от материнской днк, а вторая синтезируется заново.

Опыты Мезельсона и Сталя:

Чтобы определить каким же из этих способов реплицируется днк надо уметь отличить родительскую днк от дочерней такой опыт провели Мезельсон и Сталь в 1975г. Они выращивали E.coli на питательных средах содержащих изотоп N15 вместоN14.

N15-тяжелый изотоп. Он служил меткой включения днк.

Для того чтобы пометить N15 всю бактерию днк необходимо получить примерно 12 поколений E.coli.

Молекулы содержащие N15 легко отличить от N14 по плотности. Они тяжелее. При центрифугировании в градиенте плотности хлористого цезия молекула днк собирается в том слое в котором плотность раствора=их собственной плотности. Таким образом 2-ве молекулы днк отличающиеся по плотности легко разделяются.

Спустя 12 поколений, которые культивировались на среде с тяжелым изотопом N15, перемещали на среду содержащую N14.через определенный период времени выделенные пробы из культуры с определенной плотностью днк было показано, что после 1-го деления бактерий на среде с N14 плотность культуральной днк была промежуточной между днк с N15 и N14.

После 2-го деления половина имела легкую днк , а другая промежуточную. Таким образом соотношение между числом генераций и распределением плотности днк в точном соответствии полуконсервативному типу репликации днк. Кроме того согласно этой модели днк с промежуточной последовательностью должна содержать собственную гибридную 2-ю спираль:1-на из цепей которой содержит только N14, а другая только N15.

Мезельсон и Сталь проверили это. Они нагревали днк промежуточной плотности в течении 30 минут при 100 градусах, что уже как было известно не разрывает фосфодиэфирные связи, а разрушает водородные связи. Авторы обнаружили, что при таких условиях промежуточное днк превращается в 2-ве равные по объему фракции днк с разными плотностями.

Так в 1975 было доказано, что синтез днк идет по полуконсервативному пути.

44.Репликация. Биохимический анализ репликации ДНК. Этапы биосинтеза ДНК.

Основные ферменты репликации:

1-Днк-полимераза-осуществляет рост цепи днк за счет поликонденсации дезоксирибонуклеозидтрифосфатов:

Днк-пол.1-обладает экзонуклеазной активностью, способна отщеплять 5` нуклеотид от цепи днк.

Днк-пол.2-учавствует в пр-сах репарации

Днк-пол.3-катализирует синтез новой цепи днк, стадия элонгации.

Полимеризация происходит в направлении 5`-3`.

2- рнк-полимераза(праймаза, примаза)- фермент, который участвует в инициации репликации. Она катализирует синтез рнк-затравки(праймер). С него начинается синтез днк. Праймеры нужны для инициации синтеза днк, ферментом днк-пол.3. они являются поставщиком 3`-ОН-конца.

Рнк-пол. Называется проймазой с тем чтобы отличать ее от ферментов днк-пол. Учавствующих в транскрипции.

3-5`-3`-экзонуклеазы – входят в комплекс днк-пол.1 участвующих в удалении рнк-затравки. Участвует в процессах репликации.

4-3`-5`-экзонуклеаза- участвует в исправлении ошибки репликации.

5-ДНК-лигаза- сшивает 3`-ОН и 5`PO4 –концы одноцепочечных разрывов.

6-процесс расплетания двойной спирали днк происходит при участии 3-х типов белков:

-хеликаза(геликаза)-осуществляет расплетание собственной спирали днк.

-ДСБ(днк связывающий белок)-специфически связывается одноцепочечной днк предотвращает преждевременную реассорцию цепей.

-днк-гираза(прокариоты)и топоизомераза(эукариот)-эти белки снижают напряжение связей с образованием дополнительных витков впереди репликационной вилки при расплетении родительской двойной спирали днк без вращения. Вносит одноцепочечный разрыв фосфодиэфирных связей и раскручивают узлы в родительской 2-й спирали перед репликативной вилкой. После такого раскручивания днк-гираза вновь замыкает фосфодиэфирные связи и восстанавливает структурную целостность родительской днк.

Этапы биосинтеза ДНК:

Инициация-репликация начинается на участке с определенной нуклеотидной последовательностью. Эти участки обозначаются origin-начало. При инициации к цепям днк последовательно присоединяются следующие белки:

1. Хеликаза- разрушает водородные связи и расплетает 2-ю спираль днк.

2. ДСБ-белок- он связывается с одноцепочечной днк и предотвращает преждевременную реассоциауцию.

3. Днк-гираза(прокариоты) и топоизомераза(эукариоты)-снимает напряжение впереди репликационной вилки.

Инициация сводится к синтезу на днк-матрице затравки- праймера. Праймер поставляется для 3`-ОН-конца для днк-пол.3. праймаза- фермент который синтезирует праймер работающий без затравки.

Элонгация-после расплетания и разделения родительских цепей днк, они выступают в роли матриц по которым синтезируются дочерние цепи днк. Синтез новых дочерних цепей днк идет с помощью днк-пол.3, которвая в качестве субстрата использует дезоксирибонуклеотидтрифосфат.

Свободные азотистые основания распределяются, мало в клетках, они чаще находятся в виде нуклеозидов или нуклеотидов. Синтез дочерней цепи идет по матричной по принципу комплиментарности А-Т, Г-Ц.

Для осуществления реакции полимеризации любой днк-полимеразе необходимо наличие затравки со свободным 3`-ОН-концом. Химический смысл полимеризации состоит в том, что свободная 3`-ОН группа взаимодействует с атомом фосфора-нуклеозид-3-фосфоата. При этом отщипляется 3-фосфат и образуются фосфодиэфирные связи. 3`-ОН группа присоединяет нуклеотид в свою очередь выступают в роли затравки для присоединения следующего нуклеотида.

Цепи днк антипараллельны в области репликационной вилки присутствует и 3`и 5`концы синтезируемых цепей.

Поскольку для действия днк-пол. Необходимо присутствие 3`-конца, то всего лишь одна из 2-х растущих дочерних цепей днк синтезируется непрерывно. Для начала ее синтеза нужна 1-на затравка. Эта цепь названа ведущей.

Поскольку элонгация каждой дочерней цепи идет только в направлении 5`-3`, то синтез другой цепи, которая называется отстающей, идет прерывисто путем синтеза и соединением коротких фрагментов оказаки.

Эти фрагменты синтезируются в направлении противоположном направлению репликационной вилки. Имеют небольшие размеры. В начале каждого фрагмента оказаки синтезируется праймер. Он не сохраняется в зрелой днк. После репликации они удаляются с помощью днк-пол.1 за счет проявления 5`-3`экзонуклеазной активности. В дальнейшем праймеры могут распадаться на отдельные нуклеотиды, но могут перемещаться в точку старта синтеза следующего фрагмента с помощью боковых факторов репликации. После удаления затравки днк-пол.1 застраивает образующуюся брешь. Комплементарными нуклеотидами. Образующийся фрагмент оказаки сшивает с помощью днк –лигазы.

Терминация-днк реплицируется полностью. Образуется 2-ве молекулы днк в каждой из которой 1 цепь материнская, 2-я дочерняя.

45.Проблема стабильности генетического материала. Репарация ДНК. Типы репарации.

Репарация- восстановление нормальной структуры днк, имевшей повторы, которые возникли в процессе репарации или рекомбинации, либо были вызваны искусственных повреждений физических или химических факторов.

Однако организмы не беззащитны от таких воздействий, в клетках животных организмов обнаружены специальные системы, которые находят ошибки и залечивают днк- это репаративные системы:

1)Фотореактивация- репарация происходит за счет использования энергии видимого света при участии фотореактивирующего фермента. Эта дорепликативная репарация. Она может устранять только 1-н тип поареждений днк- дим еры тимина, которые возникают при облучении клеток УФ. Полимеразы не могут прочесть такие модели и останавливаются на участке цепи днк, где образуется димер тимина. В различных клетках от м.о. до человека обнаруживается фермент днк- фотолиаза. Этот фермент находит димер тимина и связывается с ним- образуя комплекс способный поглощать квант света.энергия кванта света идет на расщипление димера, а фотолиаза освобождается- повреждение устраняется. Таким образом фотореактивация-это восстановление нормальной последовательности нуклеотидов днк. Внутри многоклеточных организмов, где света нет фоторектев. Невозможна.

2)Эксцизионная-вид дорепликативной репарации осуществляющийся по типу «вырезание-вставка» и не нуждается в энергии видимого света. Эксцизионная репарация устраняет самые разнообразные повреждения: димер тимина, изменение мутагенности азотистых оснований…

Эта система не требует света и называется темновой репарацией.

Механизм: узнавание поповрежденной днк осуществляется с помощью эндонуклеазы, после этот же фермент делает надрез(расщепление фосфодиэфирной связи) рядом с поврежденным нуклеотидом.

На 2-м этапе вырезается(эксцизия) поврежденного нуклеотида производится либо экзонуклеазой, либо днк-пол.1, которая встраивает новый нуклеотид взамен старых. На последнем этапе днк-лигаза сшивает разорванную цепь и восстанавливает структуру днк. Происходит у эукариот, днк-сод фагов, бактерий.

3)рекомбинационная-один из видов репарации путем рекомбинантных хромосом путем «разрыв-воссоединение», когда нормальная мол. Днк образуется благодаря обмену поврежденного в ней сигмента на неповрежденный в процессе рекомбинации между нормальной цепью днк и и поврежденной дочерней. Это вид пострекомбинационной темновой репарации.

Если мутация не исключается системой экстизионной репарации , она будет препятствовать репликации днк. Против изменения участка матричной днк образуется незастроенная брешь, т.к. днк-пол.3 прекращает синтезироваться в этих участках и поэтому следующий фрагмент оказаки образуется на некотором расстоянии от повреждения.

Если эту брешь не застраивать, то клетка погибнет.

Пока цепи днк не разошлись после репликации из нормальной материнской цепи днк вырезается соответствующий участок и застраивается брешь. В материнской цепи днк откуда вырезался участок происходит обычный репаративный синтез с помощью днк-пол.1. этот вид репарации не ликвидирует сами мутантные дефекты , но устраняет брешь.

4)SOS-репарация- работает у млекопитающих и прокариот, это клеточная реакция на сильное повреждение днк и мутацию нуклеотидов, которые ингибируют репликацию. При SOS-репарации происходит заполнение брешей против повреждения нуклеотидов с помощью специальн. Днк-пол. SOS, которая может строить нить днк не смотря на повреждение матрицы. В этих условиях поврежденные нуклеотиды не удаляют комплементарную цепь, тоже не соответствует исходной,т.к. на против повреждения днк-пол SOS ставит производные нуклеотиды.

46.Классическое представление о гене как единице функции, рекомбинации и мутации. Критерии аллелизма, предложенные Т. Морганом.

Первая успешная попытка конкретизации представлений о гене принадлежит Т. X. Моргану, который один из своих класси­ческих трудов назвал «Теория гена» (1926). Представления шко­лы Т. X. Моргана о гене можно кратко резюмировать следую­щим образом. Гены находятся в хромосомах и представляют собой далее неделимые единицы мутации, рекомбинации и функции. Ген — это:

1)единица мутации, т. е. ген изменяется как целое;

2)единица рекомбинации, т. е. кроссинговер никогда не наблюдали в пределах гена;

3) единица функции, т. е. все мутации одного гена нарушают одну и ту же генетическую функцию, что выражается в их не комплементарности у особей F i при попарном скрещивании мутантов.

Гены контролируют элементарные менделевские признаки. Соответственно в этих положениях и были предложены основные критерии аллелизма (рекомбинационный и функциональный), при помощи которых мутационные изменения относят к одному и тому же или к разным генам. Представления о гене всецело зависели от разрешающей способности генетического анализа, которая определяется воз­можностью (вероятностью) обнаружения редких событий — рекомбинаций между тесно сцепленными мутациями. В свою очередь, выявление таких событий зависит от численности потомства, которое можно исследовать при скрещиваниях. Оче­видно, разрешающая способность генетического анализа резко повышается при использовании селективных методов, которые успешно применяются при работе с микроорганизмами и с культурами клеток высших организмов.

Не следует забывать и о значении индуцированного мута­генеза в повышении разрешающей способности генетического анализа. Повышение частоты мутаций гарантирует возможность создания обширных генетических коллекций и тем самым уве­личивает вероятность все более «плотного» маркирования хро­мосом. Только при этом возникает возможность и необходи­мость изучения рекомбинации и взаимодействия между тесно сцепленными участками генетического материала.

Рекомбинационный критерий аллелизма гласил: если мутации не рекомбинируют, то они аллельны, т. е. затрагивают один и тот же ген.

Функциональный критерий аллелизма основан на скрещива­нии мутантов (рис. 15.1) и выяснении, нарушают ли мутации одну и ту же функцию или разные функции. Функциональный критерий аллелизма применим только к рецессивным мутациям. Согласно этому критерию если две мутации объединяются путем скрещивания, то не поврежденные мутациями участки генетического материала взаимодействуют комплементарно, т. е. образуется гибрид дикого типа, то мутации относят к раз­ным функциональным единицам — разным генам. В этом случае имеет место классическая дигетерозигота. Если же при объеди­нении в F | двух мутаций возникает гибрид мутантного фенотипа, это означает, что обе мутации повреждают одну и ту же функ­циональную единицу — один и тот же ген. В этом случае имеет место гетероаллельная комбинация, или компаунд.

47.1928 г. Представление о неделимости гена было пересмотрено. А.С.Серебровский и его ученики доказали протяжённую и сложную стр-ру гена в работах по исследованию ступенчатого аллеломорфизма.В 1928г Дубинин изучал ст-ру гена scute-achaete (скют-ашет) дрозофилы.Для этой цели он использовал рентгеновское облучение,мутагенное действие уже было известно.Ген скют контролирует на теле дрозофилы одновременно 9 щетинок.Согласно теории Моргана о неделимости гена,при мутации должны ищезнуть все 9 щетинок.Однако были получены иные данные.Дубинен получил необычные мутации:отсутствие 2,3,4 щетинок,а не все9.Т.о он получил серию рецессивных мутаций.,затрагивающих формирование щетинок у дрозофилы.Затем все эти мутации были проверены по функциональному тесту на аллелизм.Для чего мутантов скрещивали попарно.Если гибрид имел мутантный фенотип от этого скрещивания,то исследуемые мутации были аллельны,затрагивали 1 функциональный уч-ок гена.Если же гибрид имел фенотип норм.,то мутации были неаллельны,затрагивали разные функц-е уч-ки гена.При графическом изображении взаимод-я неск. Пар аллелий в компаундах получилось нечто вроде лестницы,ступеньками еоторой служили отдельные аллели.На основе этихданных был сделан вывод о том, что отдельные уч-ки гена могут мутировать независимо друг от друга и построен линейный план гена скют.Показано,что ген скют состоит из более мелких центров.предполагалось,что при мутировании изм-ся не весь ген ,а лишь его некот-е центры.В рез-те была сформулирована центровая теория гена:основной ген или базиген состоит из субгенов.На основании этого выводы:1.ген не явл-ся неделимой генит. Стр-ой,а представляет собой обл. хромосомы,отд-е уч-ки кот. Могут мутироватьнезависимо друг от друга,т.е.ген неявл-ся еденицей мутации.2.ген не явл-ся еденицей ф-ции,т.е. ген подр-ся на неск-ко самостоят-ых едениц-субген.

48.Псевдоаллелизм- это когда кросссинговер происходит м-ду мутациями одного генааллельными по функц-му тесту.Впервые осущ-е кроссинговера м-ду аллельными мутациями показал М. Грин в 1949г.Он исследовал рецессивные мутации в пределах гена лозич(lz) Этот ген контролирует формирование фасеточных глаз у дрозофилы.В пределах гена lz была получена серрия рецисивных мутаций-все они приводили к нарушению фасеток в глазу у дрозофилы.Полученых мутантов затем проверяли по функц-му тесту на аллелизм,для чего их попарно скрещивали м-ду собой.При изучении аллельных взаимоотношений в локусе лозич было установлено,что 2 мутации lz50c и lz8 в гетерозиготе дают мутантный фенотип,т.е. они аллельныОднако иногда в этой гетерозиготе формируют фенотип близкий к норм-му. Т.о. впервые было доказано,что ген может делиться путём кроссинговера.

49.В 1951г. Тест на аллелизм был модернизирован Льюисом.Он предложил использовать цис-транс-тест для определения аллельной или комплементарной мутации прошедшей в пределах 1-го гена.Тест основан на изучениигибридов,кот-й формируется при скрещивании двух рецессивных мутантов.Изучаемые мутации в фенотипе гибрида нах-ся в цис или транс конфигурации. Цис-конф. Мутаций возникает, когда обе мутации приходят в гибридот 1-го родителя,т.е. нах-ся в одной хромосоме. Транс-конф.возникает ,еслимутации приходят от разных родителейи нах-ся в разн. Гомологичных хромосомах.Если гибрид имеет фенотип дикого типапри расположении мутаций в цис и транс положении,то мутации не аллельны,отн-ся к разным функц.еденицам. Если же при расположении мутаций в цис положениигибрид имеет дикий фен.,а при транс-полож.мутантный,томутации алельны, относ-ся к одной функц-ой еденице. Т.О. цис-танс-тест позв. Определить аллельны или не аллельнырецесивные мутации даже в том случае,если они локализованы в одном гене.

50.Следующий этап в развитии представлений о стр-ре гена:устан-е мин. Уч-ов гена,передающихся при кроссинговере.Оценки этих величин были получены в 1956г. С. Бензер при изучении r2 мутации фага Т4.Обычно присутствие фага устанавливают по его способностиубивать заражённые им бактерии.О гибели бакт. Свидетельствуют стерильные пятна в слое бакт. Клеток на пов-ти чашки Петри.Эти пятна называют также негативные колонии или бляшки.В конце 50-х гг у фага Т4 был выделен ряд мутаций:r1 r2 r3 .Эти мутанты на бакт-ом газоне дают быстро формирующ-ся негативные колонии .Дальнейшие исследования проводили с использованием мутации r2 . r2 мутанты фага имеют 2 особенности.1. бляшкиr2 мутанта имеют характ-ю морфологию.Они большие,круглые,прозрачные.более крупные,чем бляшки фага Т4 дикого типа(r2+).Это позволяет легко различить на чПетрис культурой э.коли фаги дикого и мутантного типов.2. Заключ-ся в том ,чтоони растут на линии э.колиВ, но не дают потомства на э.колиК12. В тоже время фагиЕ4 дикого типа размн-ся и в э.коли В и вК12.Т.О.используя линии В и К12 Бензер выделил 2 тыс. мутантов фагаЕ4.Все r2 мутанты обладали одинаковым фенотипом,т.е. давали большие прозрачные бляшки на э.колиВ и не росли на Э.колиК12,однако было не ясно одинаковы ли их генетические ф-ции.Для этого был проведён ген-й анализ с использованием теста на аллелизм и рекомбенационного теста.Тест на аллелизм позволил легко определить аллельны или не аллельны 2 анализирующие мутацииr2,принадлежат они к одной или к разным функц-ым еденицам.Для этого кл-киЭ.колиК12 заражали различными парными комбинациямимутантов r2.При заражении кл-ки 2-мя фаговыми частицами м-ду их генами возникают функц-е отношения аналогичные отношениям м-ду 2-мя гомол-ми хромосомами диплоида.Если потомства фага давала рост на штамме К12 ,тоанализируемые мутации не аллельны,принадлежат к разным функц-ым еденицам.Если же рост фага на штамме К12отсутствует, то анализир-е мутации аллельны,относят к 1-ой функц-ой еденице.ВЫВОД:мутации не аллельны,принадлежат к разным функц-ым еденицам.Мутации аллельны,принадлежат к 1-ой функц-ой ед.С помощью этого ме-да Бензер разделил все мутации на 2 большие группы АиВ-эти группы Бензер назвал цистроны.Т.о. цистрон это единица ф-ции т.е. отрезок хромасомы,контролирующий 1функцию.Функцион-е группы АиВ r2 комплементарны т.е.мутации принадлежащие к разным цистронам не аллельны между собой,тогда как мутации принадлежащие к 1-му цистрону аллельны. С тех пор термин цистрон часто употребляют в кач-ве синонима термина ген.После установления принадлежности мутации к той или иной функц-ой группы необходимо было определить где нах-ся мутации впределах 1-го цистрона,т.е.провести кортирование мутаций.Это было проделано с помощью рекомбиционного теста.Как известно штаммК12Э.коли можно использовать для отбора штаммов фага Т4дикого тела,т.к.мутантные фаги на К12 не растут.Т.о.если на К12 высеивать попарно различные аллельные мутанты r2,то бляшки фага появ-ся лишь втом случае если:1) это будут фаги с обратной мутацией от r2 к r2 r2+ или 2) это будут рекомбинанты полученые в пределах 1-го цистрона,т.к.рекомбинация ведет к получению фагов дикого типа. Известно,что частоту рекомбинаций можно использовать как меру расстояния между мутациями,т.е.определить расстояние м-ду мутациями и взаимное расположение на изуч-ом участке хромосом. Результат: При кортировании мутаций была установлена принадлежность200 мутаций r2 к А цитронам и 108 мутаций к В цитронам. Мин. Частота рекомбинаций в опытах Бензера составила 0-0,2%.Меньше расстояния не были обнаружены.Эта оценка мин. расстояний между мутациями соответствовала предположительно что мин.единицей рекомбинации служит1пара нуклеотидов.Т.о.концепция о гене как единице наследственности мутации и рекомбинации была пересмсотрена, найменший фрагмент хромосомы при Красенговере –единица рекомбинации- рекон. 1рекон=1 нуклеотид.Наим. уч-ок хромосомы,изменение которого изменяет мутацию-мутон.1мутон=1нуклеотиду.Т,О,нуклеотид этоеденица мутации и рекомбинации.Изучение тонкой стр-ры генапривело к концепции гена какпоследовательности нуклеотидных пар в молекуле ДНК.

51.Подтвердилось положение о том,что у прок. Существует прямое соответствие м-ду генами м-РНК и белком,т.е. размеры гена=мРНК.Гены высших орг-ов устроены более сложно.В 70-х гг. в Москве в институте общей генетики изучали размеры ядерной РНК и цитоплазматической.Оказалось,что яРНК больше цитопл.РНК.Сл-но она содержит последовательности ,кот-е потом вырез-ся из неёТ.О. было показано,что гены эук склад-ся из кодирующих и некод-х блоков-экзоны и интроны.Экзоны это кодир-е посл-ти ,они сохр-ся в зрелой РНК,интроны это нек-е посл-ти.В зрелой мРНК их нет.Про-мРНК счит-ся непрерывно и поэтому содержит и экзоны и интроны ,затем интроны выр-ся из про-мРНК , а экзоны соед-ся-сплайсинг.Механизм сплайсинга:В зависимости от специфичности мех-ма спл-га интроны разд. На неск. групп:1.первичные рРНК и т- РНК митох-й и хлоропластови иРНК мит. И хлор.,выявлено самовырезание или автоэксцезия.Эти интроны сами обдадают ферментативной активностью необх.для их самовырезания.2.интроны ядерных РНК высших орг-ов могут достигать в длину до 20 тыс.п.н. и больше,поэтомудля их удаления тр-ся более сложный мех-м.В этом случае в кл-ке им-ся комплекс спец. Белков-сплайсомы,кот-й осущ-ет реакции вырезания.Число интронов в гене кол-ся от 1-го до неск. Десятков.Размеры от неск.десятков п.н.до неск.десятков тысячных. Особенности стр-я интронов.1.Характерная черта-консервативность орг-ции в родственных генах 1-го вида или в одинаковых генах разных видов интроны распр-ся в строго определённых местах.2.Нуклеот-я посл-ть самих интронов мало консервативна и легко подв-ся изменению,поэтому интроны расп-е в одних и тех же местах родственных генов могут разл-ся по нуклеот.послед-ям.3.Только на границе м-ду экзонами и интронами обнаружено сходство м-ду разными интронами.Понастоящему консер-ны лишь 2 первых и 2 последних основания(ГУ,АГ)Они выяв-ся почти во всех интронах. ДЛЯ ЧЕГО ПРИРОДЕ СПЛАЙСИНГ? 1.спл. может играть важную роль в эволюции и в обьед-е разных генов в один. В ре-те обр-ся новые гены .Подтверждением этому служит доменная стр-ра многих белков.2.Это более полное и экономное использование ген. Инф-ции. ПРИМЕР,альтернативный сплайсинг у вирусаSV40. В одном и том же гене сплайсинг может протекать по разному.Оказалось,что один и тот же уч-ок ДНК кодирует 2 разных белка,т.к.в промРНК присутствует неск-ко сигналов для сплайсинга,кот-е работают на разных стадиях инфиц-я кл-ок вирусов.3. спл.может учавст-ть в регуляции генов.

52. Развитие хромосомной теории наследственности привело к тому, что абстрактное понятие гена приобрело конкретное содержание. Дальнейшие цитогенетические исследования, успехи в молекулярной генетике дали основание пересмотреть старые представления о гене. Он стал рассматриваться как система и как часть общей системы - генотипа.В конце 20-х годов советские генетики А. С. Серебровский, Н. П. Дубинин, И. И. Агол и другие впервые получили данные, свидетельствующие о более сложной структуре гена, чем было принято считать ранее. Изучая у дрозофилы наследственные изменения, связанные с уменьшением щетинок, исследователи обнаружили, что ген вовсе не является неделимой единицей. Мутации его в одном и том же участке хромосомы имели разное фенотипическое проявление. Например, изменение одного гена приводило к уменьшению количества щетинок у некоторых особей на голове, у других - только на брюшке, у третьих - на брюшке и голове.Было высказано предположение, что ген, определяющий количество щетинок у дрозофилы, состоит из нескольких субъединиц со сходной функцией. Каждая субъединица вызывает развитие признака на одной какой-то части тела и может мутировать независимо от других. Этот вывод был окончательно доказан исследованиями на бактериях и вирусах. Такое явление назвали ступенчатым аллелизмом (аллель - это разное состояние одного и того же гена). Весь ген (базиген) состоит из отдельных участков-центров, названных трансгенами, выполняющих сходные функции. Между трансгенами одного гена существуют определенные аллельные отношения.Затем было установлено, что ген - это участок хромосомы, контролирующий развитие определенных признаков. Он состоит из отдельных различающихся между собой единиц. Чтобы отразить делимость гена и функции более мелких единиц наследственности, ввели ряд понятий. Наименьший участок ДНК, который уже не делится перекрестом хромосом, является единицей рекомбинации (рекон).Участок молекулы ДНК, вызывающий появление наследственного изменения-мутации, получил название мутона. Вначале предполагалось, что он составляет группу из пяти нуклеотидов. Но в дальнейшем было установлено соответствие мутона всего одному нуклеотиду. Самая малая неделимая функциональная единица наследственности названа цистроном. Несколько цистронов общей функции образуют оперон.

53.Транскрипция-это перевод послед-ти нуклеотидов ДНК в посл-ть РНК.Синтез РНК идёт на ДНК по принципу комплементарности,а.и.АУ,ГЦ.Молекулы РНК счит-ся не со всей длиы ДНК ,а сопред-ых уч-ов.Эти уч-ки наз-ся транскрипционные еденицы или транскриптоны.Соседние транскриптоны могут быть отделены друг от друганетранскрибируемыми уч-ми ДНК,а могут и пер-ся.Разбиение ДНК на множество транскриптонов обеспечивает возможность независимого считывания разных генов ,их включ-е и выкл-е.У эук.в со-в транскриптона входит 1 ген,транскриптоны прок.содержатнеск-ко функц-но связаных м-ду собой генов,кот-е обр-ют опероны.Синтез РНК идёт в направлении 5-3.Матрицей для си-за РНК служит 1 из 2-ух цепей ДНК,кот-я наз-ся значащей или матричной или t-цепью.Другая цепь незначащей.Транскриптоны в ДНК огран-ся с одной стороны промотором,т.е.уч-ом инициации танскр-ции,с другой терменатором_уч-ом остановки транск-ции.Нуклеотидная посл-ть на промоторных и терминаторных уч-ах ДНК узн-ся спец-ми белками,кот-е регулируют активность РНК-полимеразы.ФЕР-ТЫ транскрипции. РНК-полимераза.его основу составляет корфермент.ОН состоит из 4-ёх полипептидных цепей,2-ух идентичных субьедениц альфа,и 2-ух разных бета.В начале си-за РНК к корфер-ту прис-ся ещё 1 полипептидная цепь –сигма субьеденица,что приводит к образ-ю холофермента.Ф-ЦИЯ:сигма обеспечивает узнавание промоторного уч-ка и выбор одной из цепей ДНК в кач-ве матрицы.После того как си-з цепей нач-ся,сигма диссоциирует,вместо неё с корферментом соед-ся другой белок- насА.Этот ферментативный комплекс прододжает транскрипцию вплоть до терминаторного уч-ка,узнавание кот-го обеспеч-ся белком нас А.Считают ,что для высвобождения новой синтезированой цепиДНКиз комплекса с РНК-пол.необходим ещё 1 белок-ро-фактор.РНК-пол.обеспечивает си-з РНК всех 3-ёх типов.В клетках эук.обнаружены 3 ф-мы РНК-пол.РНК-пол1-локализуется в ядрышке и осущ-ет си-з 18Sи 23SрРНК.РНК-пол2-осущ-ет си-з иРНК.РНК-пол3-си-з тРНКи 5SрРНК. ЭТАПЫ.Инициация.транскрипция нач-ся с присоед-я холофер-та с РНК-пол к промоторному уч-ку.Строение промоторного уч-ка прокариот.В промотарах различают стартовую точку,вправо от неё нуклеотиды со знаком+ ,влево-.Стартовая точка чаще всего представлена пурином(аденином).Транскрипция нач-ся с нуклеотида-+1.Последоват-ти необходимые для взаимод-я с РНК-пол.нах-ся в обл-ти -10 и -35.-10-Прибнов-бокс.Счит-ся ,что -10и -35 узн-ся белком сигма,необ-й для точной инициации транскр-ции.Промотор расположен на незначащей цепи.После узнавания промотора в закрытой спирали ДНК холоф-т РНК-пол образует открытый комплекс в котором произошло плавление уч-ка ДНК из 16-ти -18-тип.н.ЭЛОНГАЦИЯ.Т.О.к началу стадии элонгации к ДНК раслетено 18 пар нукл.По мере движения РНК-пол по матрице впереди неё происходит расплетание , а позади восстановление двойной спирали ДНК.Одновременно освоб-ся очередное звено растущей цепиРНК из комплекса с РНК-пол и матрицей.ТЕРМИНАЦИЯ.У прокариот терминатор сод-т взаимокомпл-е посл-ти ориентир-е в противоположных направлениях.Эти посл-ти наз-ся инвертированые повторы или полиндромные уч-ки.Эти уч-ки обагащ-ны ГЦ парами.Такие посл-ти в одноцепоч-ой РНК образуют шпиличные стр-ры.Считают,что перед терминацией возникшая шпиличная стр-ра узн-ся нас-белком.После считывания терминаторного уч-ка м-ду матричной цепью ДНК и РНК транскриптом происходит резкая перестройка с образованием шпильки.Эта перестройка приводит к терминации транскрипции.

54.Транскрипция-это перевод послед-ти нуклеотидов ДНК в посл-ть РНК.Синтез РНК идёт на ДНК по принципу комплементарности,а.и.АУ,ГЦ.Молекулы РНК счит-ся не со всей длиы ДНК ,а сопред-ых уч-ов.Эти уч-ки наз-ся транскрипционные еденицы или транскриптоны.Соседние транскриптоны могут быть отделены друг от друганетранскрибируемыми уч-ми ДНК,а могут и пер-ся.Разбиение ДНК на множество транскриптонов обеспечивает возможность независимого считывания разных генов ,их включ-е и выкл-е.У эук.в со-в транскриптона входит 1 ген,транскриптоны прок.содержатнеск-ко функц-но связаных м-ду собой генов,кот-е обр-ют опероны.Синтез РНК идёт в направлении 5-3.Матрицей для си-за РНК служит 1 из 2-ух цепей ДНК,кот-я наз-ся значащей или матричной или t-цепью.Другая цепь незначащей.Транскриптоны в ДНК огран-ся с одной стороны промотором,т.е.уч-ом инициации танскр-ции,с другой терменатором_уч-ом остановки транск-ции.Нуклеотидная посл-ть на промоторных и терминаторных уч-ах ДНК узн-ся спец-ми белками,кот-е регулируют активность РНК-полимеразы.

55.Инициация.По аналогии с прок.у эук.сущ-ют спец-е посл-ти,кот-е учавствуют в инициации транскрипции.Это послед-ти обогащённые АГ парами и расп-ся как правило за 20-30 нуклеотидов до точки начала транскрипции.Этот уч-ок назван по имени первооткрывателя Гольберг-Хогнесс-бокс или ТАТА последоват-ть.Этот район необходим для точного выбора начальной точки транскрипции. Сразу после инициации происходит кэпирование 5'-конца транскрипта.К 5'-концу прис-ся метилированый остаток гуанозин-трифосфата.Кэпирование 5'-конца обеспечивает эффективную трансляцию мРНК и удлиняет время жизни мРНК в кл-ке. Терминация.У эук.происходит поразному и зависит от орг-ма.На 3-конце мРНК эук.после оканчания транскрипции обр-ся цепочкаиз остатков А и обр-ся полиадениловый хвост.В роли сигнала полиаденилирования РНК транскрипта выступает посл-ть ААУААА,кот-я обнаружена на 3-конце больш-ва мРНК эук.на расстоянии 15 нукл.до точки полтаденилирования,т.е.посл-тьААУААА явл-ся сигналом и окончанием транскрипции.Счит-ся,что полиаден-е 3-крнца мРНК приводит к её стабилизации.Удлиняет время жизни мРНК и позволяет легко выделить мРНК из смеси с другимиРНК. Процессинг первичных транскриптов.Молекулы предшественников зрелой мРНК эук.подв-ся ращеплению и хим. Модификации.Сов-ть биохим.реакций в рез-те чего уменьш-ся молек-я масса промРНК и осущ-ся хим.модификация с образованием зрелыхмРНКназ-ся процессингом.Процессингвключает кэпирование 5'конца,полиаденилирование3'конца и сплайсинг.

56.Ген.код.Св-ва ген.кода

ГК-система записей насл.инф-ии в ДНК.В основу расшифровки ГК легла гипотеза последовательности, выдвинутая Ф.Криком,согласно кот. посд-ть нуклеотидов ДНК определяли посл-ть аминокислот(АК) в белке(Б).Св-ва:

1)ГК запис-ся в линейной ф., в виде нуклеотидов РНК,посл-ть кот. комплиментарна посл-ти нуклеотидов ДНК

2)ГК триплетен(идея о триплетности принадлежти Гамову).Поскольку в с-в Б. входит 20 АК,то ГК должен состоять не менее ,чем из 3-х нуклеотидов.Триплетный код из 4-х типов нукл-ов обеспечивает 64 разл.кадона,т.е больше требуемых 20 АК.Нукл-е дуплеты могут образовать не более 16 кодонов,что недост-о для кодир-ия 20 АК.

3)ГК универсален.Он исп-ся практич всеми вирусами,эук.,простейшими.Вместе с тем кол-во и посл-ть азот.осн-ий в цепи ДНК у разных орг-ов различается, что обеспечивает вид-ю спец-ть

4)ГК не перекрывающийся.Каждый рибонукл-д входит в с-в только 1 триплета

5)ГК непрерывный, т.е он не исп-т внутр.знаков пунктуации.С началом трансл-и кодоны мРНК считываются друг за другом без перерыва.При вставке или выпадении нуклеотидов нарушается считывание всего текста

6)ГК вырожденый,т.е это такой код,в кот.,1-й АК соотв-т неск. Кодонов.В ГК 18 из 28 АК соот-т несколько триплетных кодонов.3АК(аргенин,серин,лейцин)код-ся 6-ю триплетами;5АК-4-мя кодонами.Изолейцин -3-мя,9 АК-2-мя кодонами….61 триплет из 64 явл-ся кодирующим

7)Имеются сигнала «стоп» и «старт»Это кадоны ,кот инициируют и заверш трансл-ю.Кодоны АУГ и ГУГ,если они стоят в нач текста, то это иниц-щие кодоны.Кодовые группы УАА,УГА,УАГ явл-ся термин-ми код-ми,т.е они не крдируют АК и наз-ся бессмасл.код-ми(нонсэнс-кодоны)Крик сф-л гип-зу качания.Он пред-л,что для взаим-ия с тРНК наиболее важны2 первые АК.Сущ-т 8 групп кодонов,в кот.3-положение м.б занято любым нук-ом.Расш-ка ГК была завершена к 1967 г.,было сф-но правило вырожд-ти ГК,кот. гласило» если у 2-х триплетов 2 первые нукл.посл-ти одинаковы, а 3-ей прин-т к первому классу, то они код-т 1 и ту же АК

57.Трансляция.Элементы процеса,мех-мы,этапы.Трансл-я-перевод посл-ти нукл-в мРНК в посл-ть АК белка.Она осущ-ся с учетом мРНК транспорта РНК и рибосом.тРНК осущ-т связь м.у мРНК и АКМол-лы всех про и эук-т МРНК сод-т прибл 80 нукл-ов и хар-ся сходной стр-й,кот можно представить в форме трилистника.Мол-лы всех тРНК обл-т 2 структ-ми св-ми:1)-на 3*конце тРНК нах-ся посл-ть УЦА,кот служит сайтом присоед-я АК;2)-во внутр.обл-ти мол-лы им-ся петля, содерж-я антикодон,кот обеспечивает взаимод-е тРНК с кодоном мРНК.К мол тРНК прис-ся соотв-я ей АК с уч.ферментв аминоацилсинтетаза.В петле им.20АК,поэтому д.б не менее 20 тРНК и соответ-ие ферментов.Теорит.часть тРНК и Ф. может соотф-ть ч.разл.кодонов-61.Однако качание 3-го нукл-да в кадоне снижает это гипотетическое кол-во до 32 тРНК и 20 разл.синтетаз Этапы:инициация,элонгация,терминация Иниц-я.Пр-с нач-ся с того, что мРНК связ-ся с малой субъед рибосомы в обл.инициирующего АУГ кодона на 5*конце.Затем к ним присоед-ся тРНК-формиаметиониновая.С-з Б. почти всегда нач-ся с метионина.У про-т инициир-й метионин модифицирован, т.е к нему присоед.СНО группа (формиальная) с образованием формиаметионина.После нач.трансл-ии СНО группа отщепл.-я.У эук-т инициир-й остаток метионина не формирован.У бакт-й в связывании уч=т посл-ть длиной до 6 нукл-ов АГГАГГ,кот. предш-т стартов.кодону АУГ и наз-ся посл-ю Шайна-Дельгаро.Эта посл-ть облегчает иниц-ю и трансл-ю.Т.о,комплекс иниц-и сост-т из мал.суб.рибосомы,мРНК,формиатетиониновой тРНК.РИС Элог-я-взаим-е иниц.комплекса с бол.суб.рибосомВ бол.суб.рибосомы нах-ся 2 уч.связывания тРНК:-пептидильный,-аминоацильный Инициат-я тРНК связ-ся с Р-уч-м. След.кодон, стоящий сразу после АУГ кодона попадает в А-уч-к,где происходит его взаим-ие с тРНК ,несущий подход-й антикодон.Затем пептил-за переносит первую АК метионин из Р-центра в А-центр и обр-ся первая пепт.связь м.у 2-мя АК.После этого происходит перемещение рибосомы отн.мРНК и дипептидная тРНК попадает в Р-уч-к.Освобожд-ся от АК первая тРНК проходит чз Е-уч-к.Дальнейшее удл-е происх путем повторения пред.фаз,т.е в А-уч-к присоед-я соотв.аминоац-я тРНК,затем из Р-уч. АК трансл-ся в А-уч и обр-ся след.пепт.связь Так идет наращивание цепи в строгом соответствии с порядком кодонов в мРНККогда цкпь удл-ся до 30 АК,то происх.постепенный выход полипепт.? большой суб.чз спец.туннель. Терминация В мРНК имеется 3 стоп-кадона УАА,УАГ,УГА. Один из кодонов,располагаясь в А-уч терминирует трансляцию.Эти кодоны не кодируют АК( и не связ. С тРНК).Стоп-кодоны,бессмысл,нонсэнс-одно и то же Синтезир-ый полипептид некот. время связан с посл.тРНК в Р-уч,а А-уч не занят.Спец. Б(рилизинг-факторы)отщепляют полипептид-ю цепь от мол.тРНК и освоб.её из трансляц-о комплекса.Т.о,роль малой суб. рибосомы-расшифровка триплета мРНК,роль большой-связывание АК в пептидную цепь.

58.Передача инф-ии в клетке.Типы переноса инф-ии. Выделяют 3 типа переноса: общий перенос-тот,кот. происходит в любых кл-х;спец-й перенос происходит в кл-х при некот . особых обст-х; запрещенный-процессы, кот. никогда не были зарег-ны или предсказаны Общий:а)ДНК-ДНК(репликация),б)ДНК-РНК(транскрипция),в)РНК-белок(трансляция) Спец-й:а)РНК-РНК(репликация РНК,наблюу РНК-сод.вирумов-вирус табюмозаики),б)РНК-ДНК(обр.транскрипция набл.в кл.жив-х инициир-х вирусами определ.типа-ретровирусы),в)ДНК-белок наблюд. in vitro.Некот.АБ(неомицин) так изменяют св-во рибосом,что вместо мРНК рибосомы в кач-ве матрицы для трансляции исп-т одноцеп.ДНК Запрещенный:а)Б-Б, б)Б-РНК ,в)Б-ДНК

59.Обратная транскрипция.Амплификация генов Обратная транскрипция(РНК-ДНК)набл.в кл.жив-х инициир-х вирусами определ.типа-ретровирусы.Ретровирусы сод-т 2 мол.РК,кодируют Ф.обр.транскриптазу или ривертазу,кот-я использует одноцепочечную вир.РНК в качестве матрицы для синтеза ДНк цепи.Эта цепь в свою очередь служит матрицей для с-за еще одной цепи ДНК( с уч-м ривертазы)В рез-те обр-ся мол ДНК,содерж-ая ту же инф-ию,что и вир-я РНК.Такая вновь синтезируемая ДНК может встраиваться в мол.ДНК хозяина с обр-м провируса.В таком виде провирус передается доччер.кл-м вместе с хоз.ДНК и часто спос-т трансф-ии дочч. клеток ???? Мех-м обр-ия транскр-ии лежит в основе ампфл-ии-увелич.числа копий гена, что в свою очередь ведет к увелич.Б.Наблюдается в эмбрион.клетках,а также в раковых опухолях

60.Регуляция экспрессии генов у прокариот на уровне транскрипции. Индуцибельная схема негативной регуляции на примере Lac-оперона.В кл-х про-т есть вещ-ва, кот. индуцируют с-з ферментов, а также вещ-ва,кот репрессируют с-з Б-Ф.Эти 2 регул. мех-ма репрессии и индукции позволяют клетке приспособительно реагировать на измен. усл. внешн. среды. Индуцибельная схема негативной регуляции на примере Lac-оперона. Классич. примером контроля ген. актив-ти на ур. транскрипции служит с-ма регул-ии с-за бэта-галактодидазы- Ф., кот расщепляет лактозу до глюкозы и галактозы. Этот Ф.необх.бактер. клетке, если бакет. выращив-ся на среде ,сод-ая лактозу.Клетке необходимо расщепить лактозу и для этого в этом случае лактоза явл-ся индуктором. Она активиз-т работу гена бэта-гал-зы. Лактоза(стрелка)глюкоза+галактоза Ж.Моно, Жакоб предложили схему ген.контроля с-за бэта-гал-зы на примере лак-оперона. В обл.Lac E.coli распол 3 гена. Эти гены связаны му собой в промотор(Р),что позволяет осущ-ть общий контроль за работой этих генов.Для исп-ия лактозы клетке необходимы продукты 2-х сцепл-х генов- гена Z,кодирующего бэта-гал-зу и гена У,код-го пермиазу, кот. обеспечивает транспорт лактозы в клетку. Ген А кодирует галактозитрансаетилазу. Ген.анализ показал,что в кл E.cоli прис-т ген I(и).Этот ген репрессирует раб.генов ZIA.Продукт гена I-Б-репрессор, оказывает свое д-ие на стр.генов ZIA не на прямую, а чз ген-оператор(О)Т.о,ген I поступает как ген-регулятор, кот.определяет работу стр-х генов. Ген О выступает как оператор,кот. передает приказы гена-регулятора стр-ым генам.РИС.конспект Ген I ,правее промотор.уч Р,далее ген-оператор О,затем ZУА ZУА вместе с промотор.уч и геном О образуют оперон-набор примык-х друг к другу генов, нах-ся под контролем общего репрессора(продкта гена I).Схему взаимод-ия Б-репрессора ,индуктора(лактоза) и генаО при рег-ии генов лактозного оперона можно предст.след образом.1-бакт.растут на глюкозе,2-на лактозеРИС.При выращивании на глюкозе Б-репрессор связыв.с геном О и препятствует тем самым взаимод-ю РНК-полимеразы с промот.уч-м Транскр-ия генов ZУА не идет и РНК не синтез-ся.Рис При выр-ии на лактозе. Лактоза поступает в кл.и связ-ся с Б-репрессором. Б-репрессор освоб-т О-уч-к, что приводит к связыванию РНК-полим с промотором. Транскр-ия идет до тех пор,пока в ПС есть лактоза.Посде расщепления лактозы ур.мРНК,синтезируемой на 2 УА,резко снижается,т.к она деградирует до нуклеотидов под д-ем рибонуклеазов.

61.Репрессибельная схема негативной регуляции, His-оперон. У E.coli с-з гистидина конт-т 10 сдепленных генов.В этом случае исх.состояние оперона-акт.транскрипция стр-ых генов.В рез-те обр-ся мРНК,кот.уч-т в трансляции и обесп-т с-з конечного пролукта.Одновременно в акт.состоянии нах-ся ген,кот.обусл-т с-з Б-репрессора.Однако,этот репрессор неактивен и наз-ся апорепрессором.Он не связыв.с оператором и не преп-т транскрипции РИС. С-з Б.идет до тех пор,пока не обр-ся избыток конечного продукта.Этот продукт(эффектор).Репрессор образует с апорепрессором акт.комплекс-холорепрессор.Этот холорепрессор чз ген О подавляет транскрипцию стр-ых генов

62.Геном бактериальной клетки. Оперонные структуры. Мигрирующие генетические элементы.Геном бактерий (нуклеоид) представлен кольцевой мол.ДНК, кот.часто называют бакт. хромосомой. Для бакт.генома характерно объединение многих функционально связанных генов в т. н. опероны. Кроме того, в клетке могут присутствовать внехромосомные генетические элементы - ДНК плазмид, кот.несут несколько полезных для бактерии генов (в т.ч. гены устойчивости к АБ).. Появление новых генов м.б также обусловлено ген.переносом в результате однонаправленной передачи ДНК из клетки-донора в клетку-реципиент (аналог полового процесса). Такая передача может осуществляться при прямом контакте 2-х клеток {конъюгация), при участии бактериофагов (трансдукция) или путём попадания генов в клетку из внешней среды без межклеточного контакта. Всё это имеет большое значение для микроэволюции бактерий и приобретения ими новых свойств. Содержание ДНК, приходящееся на геном, у разных видов бактерий обычно составляет величину порядка 2…4×106 (пн). У Escherichia coli на геном приходится 4,7×106 пн. С молекул.точки зрения хромосома E.coli представляет собой очень длинную, замкнутую в кольцо молекулу ДНК.. На один нуклеоид в клетках культуры E.coli в логарифмической фазе роста приходится в среднем 2,8 ДНК-эквивалента одного генома, что является следствием постепенного выщепления двух дочерних геномов, находящихся в состоянии репликации и содержащих каждый по 1,4 ДНК-эквивалента генома. Но помимо репликации ДНК и разделения дочерних геномов в нуклеоиде должны происходить сопряженные процессы транскрипции и трансляции генов, т.е. синтез РНК и белка.  Важнейшая особенность в организации бакт.генома состоит в его разделении на 2 во многих отношениях симметричных полугенома. Так, у E.coli и Salmonella typhimurium область начала двунаправленной репликации – oriC – разделяет хромосому на два примерно равных по величине плеча, отделенных на противоположной стороне кольцевой хромосомы областью терминации репликации – terC. На каждом из двух плеч хромосомы E.coli имеются характерные скопления – области повышенной плотности генов, которые занимают симметричные места слева и справа от oriC, особенно в областях полугенома, расположенных ближе к oriC, чем к terC Мигрирующие генетические элементы — отдельные уч.ДНК, способные осуществлять собственный перенос (транспозицию) внутри генома. Транспозиция связана со способностью мигрирующих элементов кодировать специфический фермент рекомбинации — транспоназу.  Вставочные (инсерционные) последовательности [IS-элементы— простейший тип мигрирующих элементов (рис. 4-15, А); их величина не превышает 1500 пар оснований (в среднем 800-1400). IS-элементы самостоятельно не реплицируются и не кодируют распознаваемых фенотипических признаков. Содержащиеся в них гены обеспечивают только их перемещение из одного участка в другой.  Осн.функции IS-последовательностей — регуляция активности генов бакт.клетки (могут инактивировать гены, в кот. включились, или, встраиваясь в хромосому, проявлять эффект промотора, включающего либо выключающего транскрипцию соответствующих генов), индукция мутаций типа делеций или инверсий (при перемещении) и дупликаций (при встраивании в хромосому), координация взаимодействий плазмид, траспозонов и профа-гов (как между собой, так и бактериальной хромосомой). Транспозоны (Tn-элементы) состоят из 2000-25 000 пн, содержат фрагмент ДНК, несущий специфические гены, и 2 концевых IS-элемента (рис. 4-15, Б). При включении в ДНК бактерий транспозоны вызывают дупликации, при выходе из определённого участка ДНК— делеций, при выходе и включении обратно с поворотом фрагмента на 180 градусов— инверсии. Транспозоны не способны к самостоятельной репликации и размножаются только в составе бактериальной хромосомы.

63.Особенности организации генома эукариот. Размеры генома. Основные компоненты генома. Мобильные элементы эукариот.Главная количественная особенность ген.мат-а эукариот — наличие избыточной ДНК. Если средний размер гена бактерий 1500 (п.н.), а длина кольцевой молекулы ДНК хромосомы Е.соli и В.subtilis составляет около 1,1 мкм, то в такой хромосоме могут разместиться около 3000 генов. Примерно такое число генов было экспериментально определено у бактерий по числу типов иРНК. Избыточная ДНК характерна для всех эукариот. В этой связи необходимо подчеркнуть неоднозначность терминов генотип и геном. Под генотипом следует понимать совокупность генов, имеющих фенотипическое проявление, тогда как понятие генома обозначает количество ДНК, находящееся в гаплоидном наборе хромосом данного вида. Вк.60-х годов XX века работами ам. ученых Р.Бриттена, Э.Дэвидсона и других была открыта фундаментальная особенность молекулярной структуры генома эукариот — нуклеотидные последовательности разной степени повторяемости. Это открытие было сделано с помощью молекулярно-биологического метода изучения кинетики ренатурации денатурированной ДНК. Различают следующие фракции в геноме эукариот.1.Уникальные, т.е. последовательности, представленные в одном экземпляре. 2.Промежуточные, или среднечастотные, повторы — последовательности, повторяющиеся десятки и сотни раз. 3. Высокочастотные повторы, число которых достигает 106 (на геном). Повторы образуют так называемые семейства, под которыми понимают совокупность последовательностей, полностью или по большей части гомологичных друг другу. К повторам средней частоты относятся гены рибосомальной РНК, транспортной РНК и гистонов. Число копий в гаплоидном геноме колеблется от нескольких сот до нескольких тысяч. Общая доля всех видов повторов средней многократности составляет у эукариотов от 1/10 до ¼ генома.  Мобильными генетическими элементами (МГЭ) - подвижные фрагменты генома клеток, способные к самостоятельным перемещениям внутри генома.  В начале 40-х гг. американская исследовательница Б. МакКлинток открыла существование гена, или локуса, который вызывал повышение частоты хромосомных перестроек у кукурузы. Среди потомков от скрещивания, в котором оба родителя несли такие перестройки, появлялись нестабильные мутации с неожиданно высокой частотой. В 1948 г. она опубликовала результаты исследований этого локуса, «вызывающего разрывы хромосом, сделав вывод, что он является совершенно необычным, поскольку может перемещаться из одного участка хромосомы в другой. Б. МакКлинток назвала эти перемещения транспозицией, а сами локусы — контролирующими элементами (КЭ). Эти элементы характеризуются следующими свойствами: 1) Они могут перемещаться из одного сайта в другой;2) Их встраивание в данный район влияет на активность генов, расположенных рядом;3) Утрата КЭ в данном локусе превращает прежде мутабильный локус в стабильный;4) В сайтах, в которых присутствуют КЭ, могут возникать делеции, транслокации, транспозиции, инверсии, а также разрывы хромосом. МГЭ подвижны в геноме хозяина, причем содержат внутри себя гены, обеспечивающие транспозицию. Опыт построения ген. карт твердо указывал, что положение генов на карте очень стабильное (с точностью до редких хромосомных перестроек) устойчиво наследуется, а сами карты являются специфичными для видов  По механизмам транспозиции мобильные элементы перемещаются, используя обратную транскриптазу, т.е. на РНК-матрице мобильного элемента синтезируется ДНК. Обратная транскриптаза (ревертаза) не только ведет синтез нити ДНК на РНК, но и осуществляет синтез второй комплементарной нити ДНК, а РНК-матрица распадается и удаляется.2-нитевая ДНК синтезируется в цитоплазме, а затем перемещается в ядро и может встроиться в геном, образуя провирус. Такие МЭ называют ретротранспозонами. Некоторые элементы перемещаются непосредственно как ДНКовые элементы и называются транспозонами.

64.Изменчивость. Классификация изменчивости. Понятие о наследственной и ненаследственной изменчивости.Изм-ть-спос-ть орг-ов утрачивать старые свойства и признаки и приобретать новые.Различают насл. и ненасл.изм-ть. Ненасл-изменения,кот.не затрагивают ДНК и не передаются поколениям. Насл-я-изменяется ДНК и изменения перед.поколениям Наследственная:мутационная,комбинативная. Ненасл:модификационная,морфозы

65.Модификационная изменчивость. Применение статистических методов анализа при изучении модификационной изменчивости.Морфозы

Модификационная (фенотипическая) изменчивость — изменения в организме, связанные с изменением фенотипа вследствие влияния окружающей среды и носящие, в большинстве случаев, адаптивный характер. Генотип при этом не изменяется

Условная классификация модификационной изменчивости

• По изменяющимся признакам организма:

• морфологические изменения

• физиологические и биохимические адаптации — гомеостаз (повышение уровня эритроцитов в горах и т. д.)

• По размаху нормы реакции

• узкая (более характерна для качественных признаков)

• широкая (более характерна для количественных признаков)

• По значению:

• модификации (полезные для организма — проявляются как приспособительная реакция на условия окружающей среды)

• морфозы (ненаследственные изменения фенотипа под влиянием экстремальных факторов окружающей среды или модификации, возникающие как выражение вновь возникших мутаций, не имеющие приспособительного характера)

• фенокопии (различные ненаследственные изменения, копирующие проявление различных мутаций)— разновидность морфозов

• По длительности:

• есть лишь у особи или группы особей, которые подверглись влиянию окружающей среды (не наследуются)

• длительные модификации — сохраняются на два-три поколения

Механизм модификационной изменчивости

Модификационная изменчивость — это результат не изменений генотипа, а его реакции на условия окружающей среды. При модификационной изменчивости наследственный материал не изменяется, — изменяется проявление генов.

Под действием определенных условий окружающей среды на организм изменяется течение ферментативных реакций (активность ферментов) и может происходить синтез специализированных ферментов, некоторые из которых (MAP-киназа и др.) ответственны за регуляцию транскрипции генов, зависящую от изменений окружающей среды. Таким образом, факторы окружающей среды способны регулировать экспрессию генов, то есть интенсивность выработки ими специфических белков, функции которых отвечают специфическим факторам окружающей среды.

Предел проявления модификационной изменчивости организма при неизменном генотипе — норма реакции. Норма реакции обусловлена генотипом и различается у разных особей данного вида. Фактически норма реакции — спектр возможных уровней экспрессии генов, из которого выбирается уровень экспрессии, наиболее подходящий для данных условий окружающей среды. Норма реакции имеет пределы или границы для каждого биологического вида (нижний и верхний) — например, усиленное кормление приведет к увеличению массы животного, однако она будет находиться в пределах нормы реакции, характерной для данного вида или породы. Норма реакции генетически детерминирована и наследуется. Для разных признаков пределы нормы реакции сильно различаются..

Характеристика модификационной изменчивости

• обратимость — изменения исчезают при смене специфических условий окружающей среды, спровоцировавших их

• групповой характер

• изменения в фенотипе не наследуются, наследуется норма реакции генотипа

• статистическая закономерность вариационных рядов

• затрагивает фенотип, при этом не затрагивая сам генотип.

Морфоз — ненаследственное изменение фенотипа организма в онтогенезе под влиянием экстремальных факторов среды. Морфозы имеют неадаптивный и часто необратимый характер. Часто это грубые изменения фенотипа, выходящие за пределы нормы реакции, в итоге развивается патология и может наблюдаться даже гибель организма.

66. Комбинативная изменчивость, механизмы возникновения и значения для селекции и эволюции .

Комбинативная изменчивость имеет две основные составляющие; 1) случайное, равновероятное расхождение хромосом в мейозе (оно обеспечивает перекомбинацию родительских хромосом и служит цитологическим обоснованием закона свободного комбинирования, сформулированного Г. Менделем) и 2) рекомбинация сцепленных генов, локализованных в гомологичных хромосомах. В более узком смысле под рекомбинацией подразумевают перекомбинацию генов, и потому предпосылкой для нее, в частности, и для комбинативной изменчивости вообще, является гетерозиготность организма по одному или более генам. Эта гетерозиготность, а следовательно, и рекомбинация возникают у эу- и прокариот разными путями: для их реализации у прокариот существуют конъюгация, трансформация и транедукция, а также — совместная инфекция (у вирусов). У эукариот гетерозиготность обеспечивается диплоидностью генома, а сама рекомбинация может происходить как в половых, так и в соматических клетках. Результатом рекомбинации в конечном итоге является перенос участков ДНК с одной молекулы на другую. В случае реципрокной рекомбинации этот перенос - взаимный, а при нереципрокной - односторонний.

Существуют два подхода к изучению процесса рекомбинации. Первый из них, классический, анализирует наследование признаков и, если признаки имеют тенденцию наследоваться совместно, оценивает степень их сцепления, или частоту рекомбинации между соответствующими локусами. Этот подход возник в «домо-лекулярное» время и представляет собой статистический анализ наблюдаемого расхождения признаков при передаче их последующим поколениям. Второй подход к изучению генетической рекомбинации, молекулярный, направлен на анализ тонких механизмов этого процесса. Хотя для обоих подходов предметом исследования является один и тот же процесс, само понятие генетической рекомбинации неоднозначно.

Можно выделить три типа рекомбинации:

• общую (происходит между гомологичными последовательностями ДНК; это — рекомбинация между гомологичными хроматидами в мейозе, реже - в митозе);

• сайт-специфическую (затрагивает молекулы ДНК, характеризующиеся ограниченным структурным сходством, и наблюдается при интеграции фагового генома и бактериальную хромосому);

• незаконную (происходит во время транспозиции, не основанной на гомологии последовательностей ДНК).

Комбинативная изменчивость — изменчивость, которая возникает вследствие рекомбинации генов во время слияния гамет. Основные причины:

• независимое расхождение хромосом во время мейоза;

• случайная встреча половых гамет, а вследствие этого и сочетания хромосом во время оплодотворения;

• рекомбинация генов вследствие кроссинговера.

На наследственной изменчивости основано всё разнообразие индивидуальных различий, которые включают:

• Как резкие качественные различия, не связанные друг с другом переходными формами, так и чисто количественные различия, образующие непрерывные ряды, в которых близкие члены ряда могут отличаться друг от друга сколь угодно мало;

• Как изменения отдельных признаков и свойств (независимая изменчивость), так и взаимосвязанные изменения ряда признаков (коррелятивная изменчивость);

• Как изменения, имеющие приспособительное значение (адаптивная изменчивость), так и изменения «безразличные» или даже снижающие жизнеспособность их носителей (неадаптивная изменчивость).

67. Мутационная изменчивость. Принципы классификаций мутаций.

Мутации — качественные или количественные изменения ДНК клеток организма, приводящие к изменениям их генотипа. Мутационная теория была создана голландцем Гуго де Фризом, который и ввел этот термин. Начав в 1901 г. изучение наследования признаков у растений ослинника, он обнаружил, что, несмотря на то, что обычно удавалось предсказать появление растения с тем или иным фенотипом, иногда появлялись формы, имеющие признаки, не наблюдавшиеся в предыдущих поколениях. Ученый предположил, что такие аномалии связаны с возникновением каких-то фенотипически проявляющихся изменений в генотипе, которые, кроме того, могут передаваться потомству.

Охарактеризуем мутации.

Мутации — внезапные скачкообразные изменения

наследственных факторов.

Мутации представляют собой стойкие изменения

наследственного материала.

Мутации — качественные изменения, они, как правило, не образуют непрерывного ряда вокруг средней величины.

Мутации представляют собой ненаправленные изменения генотипа — они могут быть полезными (очень редко), вредными (большинство мутаций) и безразличными для данных условий существования организма.

Мутации могут повторяться.

Возникающие мутации могут передаваться по наследству в ряду поколений. При половом способе размножения это касается только лишь изменений генетического материала половых клеток и их предшественников (генеративные мутации), в то время как мутации соматических клеток (соматические мутации) остаются “достоянием” особи-носителя. Однако у организмов, размножающихся вегетативным путем, соматические мутации могут передаваться потомкам. Этот факт имеет огромное значение для селекции растений.Существует несколько принципов классификации мутаций. Различают следующие типы мутаций:

- по изменению генотипа:

а) генные,

б) хромосомные,

в) геномные.

- по изменению фенотипа:

а) морфологические,

б) биохимические,

в) физиологические,

г) летальные и т. д.

- по отношению к генеративному пути:

а) соматические,

в)генеративные.

- по поведению мутации в гетерозиготе:

а)доминантные,

б) рецессивные.

- по локализации в клетке:

а)ядерные,

б) цитоплазматические.

- по причинам возникновения:

а) спонтанные,

б) индуцированные.

68. Генные мутации. Молекулярные основы генных мутаций (транзиции, трансверсии, мутации со сдвигом рамки считывания). Миссенс и нонсенс мутации. Значимость генных мутаций для жизнедеятельности организма.

Генные (точковые) мутации - это изменения числа и/или последовательности нуклеотидов в структуре ДНК (вставки, выпадения, перемещения, замещения нуклеотидов) в пределах отдельных генов, приводящие к изменению количества или качества соответствующих белковых продуктов.

Замены оснований приводят к появлению трех типов мутантных кодонов: с измененным смыслом (миссенс-мутации), с неизмененным смыслом (нейтральные мутации) и бессмысленных, или терминирующих кодонов (нонсенс-мутации).

В результате миссенс-мутании в кодируемом данным геном полипептиде одна аминокислота замещается на другую, поэтому фенотипическое проявление мутации зависит от функциональной значимости затронутого домена. Так замены аминокислот в активных центрах белков могут сопровождаться полной потерей их функциональной активности. К примеру, миссенс-мутация в 553-м кодоне гена FAC, приводящая к замене лейцина на пролин, делает продукт этого гена неспособным комплементировать функциональный дефект в клетках больных анемией Фанкони.

Не всякая замена аминокислоты отразится на функциональной активности белка, вследствие чего происшедшая мутация может остаться не вьшвленной. Этим объясняется факт отмечаемого несовпадения частоты мутаций в определенном гене и встречаемости мутантов по нему. Кроме того, в силу вырожденности генетического кода, не всякая замена основания приведет к миссенс-мутации, возможно, она окажется нейтральной.

В результате нонсенс мутации кодон, определяющий какую-либо аминокислоту, превращается в один из стоп-кодонов, не транслирующихся на рибосомах (UAA UAG, UGA). Появление такого кодона не в конце структурного гена, а внутри него, приводит к преждевременной терминации трансляции и обрыву полипептидной цепи. Нонсенс-мутации обладают наибольшим повреждающим действием, так как образующиеся при преждевременной терминации трансляции белки не способны к модификации, часто не защищены от действия протеолитических ферментов и быстро деградируют.

Вставки, перемещения или выпадения отдельных оснований или их коротких последовательностей в пределах гена вызывают сдвиг рамки считывания. Природа таких мутаций была изучена при анализе аминокислотной последовательности белков фага Т4, кодируемьгх геном дикого типа е+ и тремя разными мутантными генами е, содержащими взаимно супрессирующие фреймшифт (сдвигающие рамку считывания)-мутации. Оказалось, что некоторые единичные мутации являются следствием одновременных изменений нескольких соседних нуклеотидов. И, скорее всего, единичная мутация со сдвигом рамки возникает в результате вставки двух соседних нуклеотидов, а не одного. При возникновении мутаций со сдвигом рамки считывания меняются все триплеты ниже сайта дупликации или делеиии по ходу считывания, при этом повышается вероятность возникновения стоп-кодонов и, соответственно, терминации трансляции.

Транзиции это замены пурина на пурин (A - G) или пиримидина на пиримидин (C - T). Соответственно трансверсия это замена пурина на пиримидин или наоборот. Заметим, что возможны четыре варианта транзиций и восемь трансверсий.

Нуклеотидные замены происходящие в участках кодирующих белок могут быть разделены на синонимичные или молчащие, если они не меняют кодируемой аминокислотной последовательности, и несинонимичные еслм меняют.

69.Хромосомные мутации. Внутрихромосомные и межхромосомные перестройки. Цитологические и генетические методы обнаружения хромосомных мутаций.

(хромосомные мутации, хромосомные перестройки) — тип мутаций, которые изменяют структуру хромосом. Классифицируют делеции(утрата участка хромосомы), инверсии (изменение порядка генов участка хромосомы на обратный), дупликации (повторение участка хромосомы), транслокации (перенос участка хромосомы на другую), а также дицентрические и кольцевые хромосомы. Известны также изохромосомы, несущие два одинаковых плеча. Если перестройка изменяет структуру одной хромосомы, то такую перестройку называют внутрихромосомной (инверсии, делеции, дупликации, кольцевые хромосомы), если же двух разных, то межхромосомной (дупликации, транслокации, дицентрические хромосомы). Хромосомные перестройки подразделяют также на сбалансированные и несбалансированные. Сбалансированные перестройки (инверсии, реципрокные транслокации) не приводят к потере или добавлению генетического материала при формировании, поэтому их носители, как правило, фенотипически нормальны. Несбалансированные перестройки (делеции и дупликации) меняют дозовое соотношение генов, и, как правило, их носительство сопряжено с клиническими отклонениями от нормы.

Хромосомные перестройки играют определенную роль в эволюционном процессе и видообразовании, в нарушении фертильности, в онкологических и врождённых наследственных заболеваниях человека.

Цитогенетические методы заключаются в цитологическом анализе ге-нетических структур и явлений на основе гибридологического анализа с целью сопостав¬ления генетических явлений со структурой и поведением хромосом и их участков (анализ хромосомных и геномных мута¬ций, построение цитологических карт хромо¬сом, цитохимическое изучение активности ге¬нов и т. п.). Частные случаи цитогенетического метода – кариологический, кариотипический, геномный анализ.

Для изучения структуры хромосом и других носителей наследственной информации используются методы световой микроскопии и методы электронной микроскопии.

В генетическом анализе исполь¬зуют и многие другие методы:

онтогенетический,

иммуногенетический,

сравнительно-морфологические и сравнительно-биохимические методы,

разнообразные математические методы и т. д.

70.Генномные мутации. Классификация геномных мутаций

Этот тип мутаций связан с изменением числа хромосом. Выделяют:

- автополиплоидию;

- аллополиплоидию;

- анеуплоидию.

Автополиплоидия — кратное увеличение гаплоидного набора хромосом в клетке. В результате автополиплоидии образуются полиплоидные организмы — трип-лоиды, тетраплоиды и т. д. Чаще всего полиплоидами являются растения (реже животные). Этот тип мутаций может возникать при выпадении цитокинеза, завершающего процесс митоза, отсутствии редукционного деления во время мейоза, либо при разрушении веретена деления при делении клеток. Как правило, автополиплоидия сопровождается увеличением размеров организма, но понижением его фертильности из-за того, что при мейозе образуются гаметы с несбалансированным набором хромосом.

Алло-(амфи-)полиплоидия — кратное увеличение числа хромосом у гибридов, полученных в результате скрещивания разных видов (при автополиплоидии происходит увеличение хромосомного материала, принадлежащего одному виду). Примером может служить отдаленная гибридизация (скрещивание особей разных видов) ржи и пшеницы, в результате которой образуются гибриды со смешанным геномом, состоящим из гаплоидного набора хромосом ржи (обозначим его т) и гаплоидного набора хромосом пшеницы (обозначим его п) — т + п. Полученные таким образом организмы жизнеспособны, но стерильны.

Для восстановления фертильности необходимо удвоить количество хромосом каждого вида, т. е. получить аллополиплоидную форму — 2т + 2п.

Анеу-(гетеро-)плоидия — увеличение числа хромосом, не кратное гаплоидному. Это мутация, при которой одна (или несколько) хромосом нормального набора отсутствует, либо, напротив, имеется в избытке.

Если отсутствует пара гомологичных хромосом, говорят о явлении нуллисомии по этой хромосомной паре, если отсутствует одна хромосома из пары, говорят о мо-носомии, если же содержится третья хромосома, дополнительная к паре гомологичных, говорят о трисомии. Моносомики, а тем более нуллисомики почти всегда нежизнеспособны, исключения составляют некоторые полиплоидные растения (например, табак или пшеница, у которых получены все возможные варианты нул-лисомиков. У человека нуллисомия не описана, а моно-сомия возможна только по паре половых хромосом (синдром Шерешевского-Тернера — ХО), все остальные варианты легальны. Примером трисомии является синдром Дауна (трисомия по 21-й паре) .

71.Автополиплоидия. Фенотипические эффекты автополиплоидии. Сбалансированные и несбалансированные полиплоиды. Полиплоидные ряды.

Автополиплоидия представляет собой многократное повторение одного и того же генома, или основного числа хромосом (х).

Этот тип полиплоидии характерен для низших эукариот и покрытосеменных растений. Для многоклеточных животных (дождевых червей, некоторых насекомых, некоторых рыб и земноводных) автополиплоидия не доказана. Автополиплоиды у человека и других высших позвоночных погибают на ранних стадиях внутриутробного развития.

Различают сбалансированные и несбалансированные автополиплоиды. Сбалансированными полиплоидами называются полиплоиды с чётным числом хромосомных наборов, а несбалансированными – полиплоиды с нечетным числом хромосомных наборов, например:

несбалансированные полиплоиды сбалансированные полиплоиды

гаплоиды 1 x диплоиды 2 x

триплоиды 3 x тетраплоиды 4 x

пентаплоиды 5 x гексаплоиды 6 x

гектаплоиды 7 x октоплоиды 8 x

эннеаплоиды 9 x декаплоиды 10 x

Автополиплоидия часто сопровождается увеличением размеров клеток, пыльцевых зерен и общих размеров организмов, повышенным содержанием сахаров и витаминов. Например, триплоидная осина (3х = 57) достигает гигантских размеров, долговечна, её древесина устойчива к гниению. Среди культурных растений широко распространены как триплоиды (ряд сортов бананов, сахарной свеклы), так и тетраплоиды (ряд сортов ржи, клевера, винограда). В природных условиях автополиплоидные растения обычно встречаются в экстремальных условиях (в высоких широтах, в высокогорьях); более того, здесь они могут вытеснять нормальные диплоидные формы.

Положительные эффекты полиплоидии связаны с увеличением числа копий одного и того же гена в клетках, и, соответственно, в увеличении дозы (концентрации) ферментов. Однако в ряде случаев полиплоидия приводит к угнетению физиологических процессов, особенно при очень высоких уровнях плоидности. Например, 84-хромосомная пшеница менее продуктивна, чем 42-хромосомная.

Однако автополиплоиды (особенно несбалансированные) характеризуются сниженной плодовитостью или полным бесплодием, что связано с нарушениями мейоза. Поэтому многие из них способны только к размножению вегетативным путем.

Полиплоидные ряды

— формы растений с удвоенным, утроен¬ным и т. д. по сравнению с исходным видом набором хромосом. В селекционной практике получены полиплоидные ряды свек¬лы, пшеницы, кукурузы, гречихи, картофеля, плодовых куль¬тур, дающие большую прибавку урожая и отличающиеся боль¬шой жизнеспособностью.

72.Аллополиплоидия. Мейоз и наследование у аллополиплоидов. Амфидиплоидия как механизм получения плодовитых аллополиплоидов.

Аллополиплоидия представляет собой многократное повторение двух и более разных гаплоидных хромосомных наборов, которые обозначаются разными символами. Полиплоиды, полученные в результате отдаленной гибридизации, то есть от скрещивания организмов, принадлежащих к различным видам, и содержащие два и более набора разных хромосом, называются аллополиплоиды.

Однако, если в соматических клетках содержится по одному геному от разных видов (например, один геном А и один – В), то такой аллополиплоид – бесплоден. Бесплодие простых межвидовых гибридов связано с тем, что каждая хромосома представлена одним гомологом, и образование бивалентов в мейозе оказывается невозможным. Таким образом, при отдаленной гибридизации возникает мейотический фильтр, препятствующий передаче наследственных задатков в последующие поколения половым путем.

Поэтому у плодовитых полиплоидов каждый геном должен быть удвоен. Например, у разных видов пшеницы гаплоидное число хромосом (n) равно 7. Дикая пшеница (однозернянка) содержит в соматических клетках 14 хромосом лишь одного удвоенного генома А и имеет геномную формулу 2n = 14 (14А). Многие аллотетраплоидные твердые пшеницы содержат в соматических клетках 28 хромосом удвоенных геномов А и В; их геномная формула 2n = 28 (14А + 14В). Мягкие аллогексаплоидные пшеницы содержат в соматических клетках 42 хромосомы удвоенных геномов А, В, и D; их геномная формула 2n = 42 (14A + 14B + 14D).

Плодовитые аллополиплоиды можно получать искусственным путем. Например, редечно-капустный гибрид, синтезированный Георгием Дмитриевичем Карпеченко, был получен путем скрещиванием редьки и капусты. Геном редьки обозначается символом R(2n = 18 R, n = 9 R), а геном капусты – символом B (2n = 18 B, n = 9 B). Первоначально полученный гибрид имел геномную формулу9 R + 9 B. Этот организм (амфигаплоид) был бесплодным, поскольку в мейозе образовывалось 18 одиночных хромосом (унивалентов) и ни одного бивалента. Однако у этого гибрида некоторые гаметы оказались нередуцированными. При слиянии таких гамет был получен плодовитый амфидиплоид: (9 R + 9 B) + (9 R + 9 B) → 18 R + 18 B. У этого организма каждая хромосома была представлена парой гомологов, что обеспечило нормальное образование бивалентов и нормальное расхождение хромосом в мейозе:18 R + 18 B → (9 R + 9 B) и (9 R + 9 B).

Аллополиплоиды широко распространены среди культурных растений. В настоящее время ведется работа по созданию искусственных амфидиплоидов у растений (например, пшенично-ржаных гибридов (тритикале), пшенично-пырейных гибридов) и животных (например, гибридных шелкопрядов).

73.Анеуплоидия (гетероплоидия). Жизнеспособность и плодовитость анеуплоидных форм.

Анеуплоидия (гетероплоидия) изменение числа хромосом, не кратное гаплоидному набору. В результате возникают особи с аномальным числом хромосом: моносомики (2n - 1), у которых не хватает одной хромосомы в какой-либо паре, и полисомики, у которых одна из хромосом может быть повторена несколько раз (например, трисомики — 2n + 1, тетрасомики — 2n + 2). У человека описаны трисомии по различным парам хромосом. Так, одна добавочная хромосома у человека вызывает болезнь Дауна — физическую и умственную отсталость; недостаток од¬ной Х-хромосомы у женщин приводит к потере признаков пола (моносомия). Моносомия — это наличие всего одной из пары гомологичных хромосом. Примером моносомии у человека является синдром Тернера, выражающийся в наличии всего одной половой (X) хромосомы. Генотип такого человека X0, пол — женский. У таких женщин отсутствуют обычные вторичные половые признаки, характерен низкий рост и сближенные соски. Встречаемость среди населения Западной Европы составляет 0,03 %. Подробнее читайте в статье синдром Шерешевского-Тернера.В случае обширной делеции в какой-либо хромосоме иногда говорят о частичной моносомии, например синдром кошачьего крика. Трисомия — это наличие трёх гомологичных хромосом вместо пары в норме.Наиболее часто встречающейся у человека является трисомия по 16-й хромосоме (более одного процента случаев беременности). Однако следствием этой трисомии является спонтанный выкидыш в первом триместре. Тетрасомия (4 гомологичные хромосомы вместо пары в диплоидном наборе) и пентасомия (5 вместо 2-х) встречаются чрезвычайно редко. Примерами тетрасомии и пентасомии у человека могут служить кариотипы XXXX, XXYY, XXXY, XYYY, XXXXX, XXXXY, XXXYY, XYYYY и XXYYY. Как правило, с нарастанием количества "лишних" хромосом увеличивается тяжесть и выраженность клинических симптомов.

74.Спонтанный мутационный процесс и его причины. Мутации со сдвигом рамки считывания составляют значительную долю спонтанных мутаций. Они происходят вследствие выпадения или вставки в нуклеотидную последовательность одной или нескольких пар комплементарных нуклеотидов. В основном такие изменения происходят в последовательностях, состоящих из одинаковых нуклеотидов. Изменению числа нуклеотидных пар в цепи ДНК способствуют воздействия на генетический материал некоторых химических веществ и рентгеновское облучение. Деформируя структуру двойной спирали ДНК, они приводят к вставке дополнительных оснований или их выпадению при репликации. Большое число мутаций по типу вставок происходит вследствие включения в последовательность нуклеотидов подвижных генетических элементов. Подвижные генетические элементы - это достаточно протяженные нуклеотидные последовательности, способные самопроизвольно менять свое местоположение. При непрерывности считывания и неперекрываемости генетического кода изменение количества нуклеотидов непременно приводит к сдвигу рамки считывания и изменению смысла генетической информации, записанной в данной последовательности ДНК. Спонтанная природа Мц были признаны работе Лурина и Дельбрюка изучав-х возникновение у Е.Сoli Мц устойчивых к фагу Т1 и вывод состоял в том что Т1R- клетки возникли спонтанно в отсутсвии селективного фактора(Т1)

75.З-н Вавилова. Гомологические ряды в наследственной изменчивости — понятие, введенное Н. И. Вавиловым при исследовании параллелизмов в явлениях наследственной изменчивости по аналогии с гомологическими рядами органических соединений. Закон гомологичных рядов: Генетически близкие виды и роды характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов.

При изучении наследственной изменчивости у близких групп растений были обнаружены сходные аллельные формы, которые повторялись у разных видов (например, узлы соломины злаков с антоциановой окраской или без, колосья с остью или без и т. п.). Наличие такой повторяемости давало возможность предсказывать наличие ещё не обнаруженных аллелей.

Н. И. Вавилов полагал, что закономерно повторяющиеся в разных группах наследственные вариации лежат в основе эволюционных параллелизмов и явления мимикрии. В 70-80-х годах XX века к закону гомологических рядов обратился в своих трудах Медников Б. М.

76.Мутагенные факторы в окружающей среде. Генетические последствия загрязнения окружающей среды физическими и химическими мутагенами.

Мутагены — физические и химические факторы воздействие которых на живые

организмы вызывает изменения наследственных свойств (генотипа). Мутагены

разделяются на: физические (рентгеновские и гамма-лучи. радионуклиды,

протоны, нейтроны и пр.), физико-химические (волокна, асбест), химические

(пестициды, минеральные удобрения, тяжелые металлы и др.). биологические

(некоторые вирусы, бактерии). В отличие от грубых хромосомных повреждений наследственного материала генные мутации, обладающие способностью накапливаться в поколениях, представляют основную трудность для обнаружения в популяциях. П

Показано Ю. Алтуховым, спонтанные мутации приводят к изменению таких белков, и метод улавливает скрытые (в гетерозиготе) вновь возникшие мутации у особей. А это необходимо как для выявления новых мутаций, вызванных загрязнением окружающей среды, так и для оценки изменений темпов мутирования, объема генетического груза, а тем самым и генетических последствий.

77 Среди всех мутагенов (химических, биологических, физических) физические факторы являются сильными мутагенами, способными изменять наследственную информацию не только отдельных клеток и особей, но и генофонд всей популяции вида.

Наиболее сильными физическими мутагенами являются ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи, γ-лучи, быстрые нейтроны и др.

Радиационный мутагенез - получение мутаций под действием ионизирующего излучения; различают спонтанный (естественный) - под действием солнечной (космической) радиации или радиации, не контролируемой человеком (подземные ископаемые и т.п.), и искусственный (индуцированный, направленный) - контролируемых человеком (как правило, экспериментальных) условиях; второй тип применяется в селекции (особенно в селекции растений) для получения широкого спектра различных мутаций, среди которых могут быть отобраны полезные.

Действие мутагенов, рассеянных в окружающей среде, вызывает увеличение частоты возникновения мутаций, что ведет к росту так называемого генетического груза, выражающегося в увеличении наследственной патологии, а также частоты онкологических заболеваний.

Мутации при действии физических мутагенов сначала влекут за собой первичное повреждение ДНК. Если оно не будет полностью исправлено в результате репарации, то при последующем репликативном синтезе ДНК будут возникать мутации.

78 К химическим мутагенам относятся самые разнообразные вещества (гидроксиламин, нитриты). Существует множество иных химических факторов, обладающих мутагенным, канцерогенным действием ( ионы тяжелых металлов, связываясь с ферментами репликации, репарации и рекомбинации, снижают их ферментативную активность. Таким образом, не являясь собственно мутагенами, ионы тяжелых металлов способствуют появлению мутаций)

Химические мутагены:

*некоторые алкалоиды: колхицин - один из самых распространённых в селекции мутагенов;

*окислители и восстановители (нитраты, нитриты);

*алкилирующие агенты (иодацетамид);

*нитропроизводные мочевины;

*некоторые пестициды;

*некоторые пищевые добавки (например, ароматические углеводороды);

*продукты переработки нефти;

*органические растворители;

*лекарственные препараты (иммунодепрессанты).

Химические мутагены используют как дополнительный метод в селекции растений для расширения генетического разнообразия видов и форм растений и как специфические стимуляторы роста и развития организмов.

79 Биологические мутагены - установлено мутагенное действие некоторых биологических объектов - вирусов , бактерий , простейших , гельминтов при проникновении их в организм человека.

– Биологические мутагены: чистая ДНК, вирусы, антивирусные вакцины, бактериальные токсины, вирусы (вирусы герпеса, гепатита, эпидемического паротита и др.) У беременных вирусные инфекции могут провоцировать возникновение мутаций у плода, что приводит к спонтанным абортам.

Мутации, возникающие под действие тех или иных факторов, можно классифицировать по нескольким основаниям: 1)по типу клеток ( соматические и генеративные) 2) по степени влияния на жизнеспособность ( полезные, вредные - летальные и полулетальные, а также нейтральные) 3)по характеру изменения генотипа ( генные, хромосомные, геномные) 4)по локализации в клетке ( ядерные и цитоплазматические) 5) по факторам, вызывающим мутации ( спонтанные и индуцированные) 6) по характеру изменения фенотипа ( морфологические, физиологические, биохимические)

80. Генетическая характеристика популяций апомиктов. Апомиксис — это один из способов бесполого размно­жения. Он наблюдается у некоторых видов растений (ро­ды Rubus, Potentilla, Hypericum, Hieracium, Crepis и др.), у которых размножение происходит посредством настоя­щих семян, но они образуются без оплодотворения. При апомиксисе яйцеклетка содержит нередуцированный на­бор хромосом вследствие изменения процесса мейоза. Такая яйцеклетка развивается партеногенетически. Апо­миксис исключает оплодотворение, а также генетическое расщепление. Поэтому генетический состав апомиктической популяции меняется незначительно. При апомиксисе в популяции образуются клоны с изогенными особями, которые повторяют признаки родительских. В связи с этим и генетическая структура и фенотип популяции отно­сительно однородны. Превалирующим типом изменчиво­сти здесь следует считать модификации; комбинативная изменчивость практически исключается, а привнос спон­танных мутаций невелик. В условиях оптимальной «при­гонки» популяции к определенным экологическим усло­виям апомикты хорошо выживают и широко распростра­няются. Однако изменение условий обитания может при­вести их к вымиранию, так как среди генетически одно­родных особей не окажется рекомбинантов, придающих популяции определенную пластичность в процессе приспо­собления к новой среде.

81.Генетическая характеристика популяций самоопылителей. Учение В. Иоганнсена о популяциях и чистых линиях. Генет. Стру-ра популяции самоопыляющихся орган-в (сем.злаковых-ячмень,пшеница;сем.бо­бовых) характе-ся известной степенью гомозиготности особей по ряду генов. При самоопылении особей, гетерози­готных по одной паре аллелей, например Аа, в ряду по­колений будет постоянно уменьшаться число гетерозигот, по при этом выщепятся по две генетически неодинаковые гомозиготные чистые линии: АА и аа. Например, гомозиготация по двум парам аллелей приведет к формированию четырех чистых линий: ААВВ, ААвв, ааВВ и аавв.

Чистая линия представляет собой потомство одного гомозиготного организма. Особи в пределах чистой ли­нии генетически однородны и имеют сходный фенотип (например, у злаков од­ного вида сходные по генотипу особи могут различаться по длине колоса, числу колосков в колосе, размеру и весу семян). Возможность нарушения гене­тической чистоты линии за счет возникновения мутаций. Популяция самоопылителей состоит из чистых линий и потому генетически и фенотипически неоднородна. Генетической изменчивости такой популяции состав­ляют фенотипические и генотипические различия между чистыми линиями. Опыты (отбор по весу семян) в попу­ляциях и чистых линиях фасоли, проведенные В. Иоганнсеном в 1903 г. Изменчивость по весу семян в исходной популяции фасоли выражалась вариационной кривой, где крайние значения веса семян составляли 150 и 750 мг. Иоганнсен провел отбор и в дальнейшем отдельно высе­вал семена с весом 250—350 мг и 550—650 мг. В потом­стве средний вес семян был соответственно 443,4 и 518,7 мг. При дальнейшем отборе крупных и мелких семян в чистых линиях изменения среднего веса семян не наблюдалось ни в одном из последующих шести поколе­ний. Иоганн­сен сделал вывод, что изменчивость особей в пределах чи­стых линий ограничивается модификациями и потому от­бор в них не происходит. Отбор действует лишь на популяцию, так как она представляет собой генетически неоднородный материал. Исследования Иоганнсена основа для селекции. селекцио­нер не станет вести отбор по признаку у самоопылителей в пределах чистой линии. Т.о. в популяции самоопылителей наблю­дается тенденция к гомозиготации и распаду популяции на генетически однородные чистые линии. Однако в связи с тем, что наряду с самоопылением иногда возможно пе­рекрестное опыление, а также вследствие постоянно воз­никающих мутаций в популяции всегда сохраняется из­вестный уровень гетерозиготности по отдельным локусам. Это обусловливает определенную пластичность ее в про­цессе приспособления к среде обитания. Если же при гомозиготации в популяции происходит выщепление вред­ных мутаций, это нередко приводит к депрессии ее и даже вырождению.

82 Английский математик Г.Харди (1908) сформулировал понятия панмиксии (свободного скрещивания) и создал математическую модель для описания генетической структуры панмиктической популяции, т.е. популяции свободно скрещивающихся раздельнополых организмов. Немецкий врач-антропогенетик Вильгельм Вайнберг (в этом же 1908 г.) независимо от Харди создал сходную модель панмиктической популяции.

Они провели зависимость распределения генов в идиальных популяциях, в бесконечно больших популяциях, где нет отбора, мутаций, смешенных популяций. Этот з-н отражает состояние неизменив ген состоящий свободно скрещив(панмикт-ой) неограниченной по изменчивости популяц.

Основной попул генетический параметр – частота генов.

Харди Вайнберга закон, закон популяционной генетики, устанавливающий соотношение между частотами генов и генотипов в популяции со свободным скрещиванием.

Закон утверждает, что если численность популяции диплоидных организмов настолько велика, что можно пренебречь случайными периодическими изменениями частот генов, если в ней отсутствуют мутации, миграция и отбор то частоты генотипов AA, Aa и aa в популяции остаются одинаковыми из поколения в поколение (после первого) и удовлетворяют соотношениям Харди Вайнберга:

p2(AA): 2pq (Aa): q2(aa) где А и а аллели несцепленного с полом гена, p частота аллеля А, q частота аллеля а.

Если в популяции выполняются соотношения харди-вайнберга., то это не свидетельствует ещё об отсутствии популяционно-генетических процессов. Например, скрещивание близкородственных особей (инбридинг), способствующее увеличению доли гомозигот в популяции, может привести к частотам генотипов, удовлетворяющим соотношениям Х. В. Сопоставление фактически наблюдаемых частот генотипов с теоретически ожидаемыми по Х. ‒ В. з. в ряде случаев позволяет оценить частоты аллелей, узнавать влияющие на них факторы и получить количественные характеристики отбора, неслучайности скрещивания, миграции. Представление о генетическом равновесии в популяциях, впервые нашедшем выражение в Х. ‒ В. з., составляет основу современной концепции о взаимодействии популяционно-генетических процессов.

83 Популяция – сов-сть особей одного вида, занимающих определенный ареал, свободно скр-хся друг с другом, имеющих общее происхождение.

Основное свойство популяции - находится в беспрерывном движении, постоянно изменяется. Это отражается на всех параметрах: рост, развитие, продуктивности, устойчивости, структуре, распределении в пространстве.

Динамика популяции — это процессы изменений ее основных биологических показателей во времени. Главное значение в изучении динамики популяции придается изменениям численности, биомассы и популяционной структуры. Динамика популяции — одно из наиболее значимых биологических и экологических явлений. Можно сказать, что жизнь популяции проявляется в ее динамике.

Динамика, состояние и воспроизводство популяций согласуются с их возрастной и половой структурой. Возрастная структура отражает скорость обновления популяции и взаимодействие возрастных групп с внешней средой. Она зависит от особенностей жизненного цикла, существенно различающегося у разных видов (например, птиц и у млекопитающих хищников), и внешних условий.

Пространственное распределение особей в популяциях бывает случайным, групповым и равномерным.

*Случайное (диффузное) распределение - неравномерное, наблюдается в однородной среде; взаимосвязи между особями выражены слабо. Случайное распределение свойственно популяциям в начальный период расселения;

*Групповое распределение встречается наиболее часто; отражает неоднородность условий обитания или разные возрастные закономерности популяции.

*Равномерное размещение в природе встречается редко. Большинство животных-хищников, ведущих активный образ жизни, тоже характеризуются равномерным размещением после того, как расселятся и займут всю пригодную для жизни территорию.

Популяция не может существовать без постоянных изменений, за счет которых она приспосабливается к изменяющимся условиям жизни. Такие показатели, как рождаемость, смертность и возрастная структура, весьма важны, но ни по одному из них нельзя судить о динамике популяции в целом.

Популяция - самая мелкая из групп особей, способная к эволюционному развитию, поэтому ее и называют элементарной эволюционной единицей. Отдельно взятый организм не является элементарной эволюционной единицей, так как его генотип остается неизменным на протяжении всей жизни. Популяция, благодаря большой численности особей, представляет собой непрерывный поток поколений.

84 Способность популяции поддерживать динамическое равновесие со средой, в частности определенную численность особей, называется гомеостазом популяции. Функции гомеостаза свойственны популяциям всех групп живых организмов: поддержание пространственной структуры; (благодаря особенностям социальных отношений и характеру использования территории) поддержание генетической структуры; (через богатство генома популяции и геномов каждой особи) регуляция численности и плотности населения. (без которой невозможно оптимальное использование территории).

В обычной динамичной среде поддержание высокого уровня гетерозиготности важно как фактор устойчивости популяции; этот уровень поддерживается комплексом специфических взаимоотношений, у высших животных основывающихся на этологической структуре популяции:

*Иерархия и сексуальное доминирование(у джунглевых кур большинство половых контактов осуществляет петух-доминант) * Подвижность и расселение.

* Половая избирательность. Мощным фактором, нарушающим случайный, стохастический характер спаривании у высших животных, оказывается избирательность по отношению к половым партнерам.

* Возрастной кросс. Сейчас считается общепринятым, что разные возрастные категории животных (разные когорты и генерации) несколько отличаются по своим генетическим особенностям. Отсюда следует, что спаривания особей, принадлежащих к разным возрастным группам («возрастной кросс») способны существенно разнообразить общий генофонд популяции. Генетическое разнообразие или генетический полиморфизм — разнообразие популяций по признакам или маркерам генетической природы. Один из видов биоразнообразия.