Лекція № 8 «молекулярні генетика»

Хромосомна теорія закріпила за генами роль елементарних спадкових одиниць, локалізованих в хромосомах.

Ген - функціональна одиниця спадковості, що представляє собою ділянку молекули ДНК, що містить інформацію про синтез молекули білка або РНК і забезпечує можливість розвитку определ ?? енних ознак організму.

Гени про- і еукаріотів мають різну будову.

Ген прокариотов є цитрон - повністю зчитуючи на вс ?? їм протягом, одиниця спадковості, що визначає спадковість амінокислот в білковій молекулі. Цитрон підрозділяється на гранично малі одиниці - Рекон. здатні до рекомбінації при кроссинговере. Разом з тим, виділяють поняття мутон - ϶ᴛᴏ найменша частина гена, здатна до мутації. Розміри Рекон і мутона можуть рівнятися однієї або кількох парам нуклеотидів, цитрона - сотням і тисячам нуклеотидів.

Гени еукаріотів мають складну мозаїчну структуру. У них інформативні ділянки чергуються з неінформативними. Перші називають екзонів, другі - інтрони.

Екзонів - функціональна частина гена, ᴛ.ᴇ. інформативна послідовність нуклеотидів, що кодує синтез молекули білка або РНК.

Інтрон - неінформативна послідовність нуклеотидів всередині одного гена. Виконує цементуючу функцію. Включення интронов в ген робить його протяжної одиницею. Розмір интронов від 10 до 10 тис. Нуклеотидних пар.

Сукупність генів, характерних для гаплоидного набору хромосом прийнято називати - геном. Молекула ДНК в геномі виконує різні функції, в зв'язку з цим вони мають різне назва. Послідовності нуклеотидних пар, які мають інформацію про структуру молекул білка або РНК. Крім цих генів, існують послідовності, які не мають кодують функцій, але керують роботою структурних генів. За допомогою приєднатися ?? ення до себе різних факторів. Це так звані гени, регуляторні.

Серед структурних генів виділяють 3 групи:

1) гени, що функціонують у НД ?? ех клітинах (напр. Гени, які контролюють енергетичний обмін і синтез найважливіших макромолекул);

2) гени, що функціонують тільки в тканинах одного типу (синтез міозину в м'язах);

3) гени, активні в вузькоспеціалізованих клітинах (контролюючі синтез гемоглобіну в еритроцитах, гормонів - в клітинах ендокринних жел ?? ез).

Функціональні гени поділяються на такі групи:

1) промотор - ділянка ДНК, що включає 80-90 НП, здатність з'єднуватися з ферментом полимеразой і визначає початок зчитування інформації;

2) оператор - включає в роботу групу структурних генів, разом з якими утворює оперон. Оператор має хімічну спорідненість з білком-репрессором;

3) регулятор - ділянку ДНК, що кодує синтез білка-репрессора;

4) термінатор - нуклеотидних послідовність, яка визначає кінець зчитування спадкової інформації.

Всі названі гени мають загальні властивості реплікації, транскрипції, мутації, рекомбінації, репарації.

Реплікація (самоудвоение) відбувається перед кожним нормальним справ ?? еніем клітини в період інтерфази. При цьому з однієї молекули ДНК (двуцепочечной) утворюються дві ідентичні один одному молекули. Процес починається з розриву зв'язків між азотистими підставами, утворюються дві одноцепочечниє структури. Потім, до обох цілям прилаштовуються комплементарні нуклеотиди і за допомогою ферментів зв'язуються в єдину молекулу.

Транскрипція - переписування спадкової інформації з ДНК.

Мутація - раптова, стрибкоподібне зміна генотипу (порушення структури гена) під впливом факторів середовища.

Рекомбінація - обмін ідентичними ділянками між алелями в результаті кросинговеру.

Репарація - здатність клітин відновлювати пошкоджені ділянки ДНК за допомогою спеціальних ферментів.

Вся спадкова інформація в генотипі записана у вигляді коду.

Генетичний код - ϶ᴛᴏ система розташування нуклеотидів в молекулі ДНК, спосіб кодування інформації про структуру та функції білка.

Генетичний код служить ключем для перекладу нуклеотидної послідовності в амінокислотну.

Кожні три наступні один за одним нуклеотиду в молекулі ДНК називаються кодоном, в і-РНК - кодоном, в т-РНК - антикодоном. Кількість можливих комбінацій азотистих основ, що утворюють триплет, невелика і складає 4 3 = 64. з їх допомогою кодується послідовність 20 амінокислот в білковій молекулі. З можливих 64 різновидів триплетів виділяють 61 триплет, який кодує определ ?? енную амінокислоту і 3 стоп-кодону, що визначають місце обриву амінокислотноїпослідовності.

Генетичний код є універсальним. У вс ?? ех організмів кодування інформації здійснюється за одним принципом, з використанням одних і тих же кодонів.

Чергування триплетів в молекулі ДНК, що складають ген, визначає послідовність амінокислот у відповідній молекулі білка. Значить, будова цих молекул паралельно один одному, або Коллін ?? еарно.

Виродженість коду означає, що більшість амінокислот кодуються не одним, а кількома (до 6) кодонами.

Генетичний код є не перекриваються, це означає, що один і той же нуклеотид не може одночасно входити до складу двох різних триплетів. Інформація з молекули ДНК нд ?? егда зчитується лин ?? ейно трійками нуклеотидів.

Одиницею реалізації спадкової інформації є транскріптон, що включає сукупність структурних і функціональних генів. Починається транскріптон з генів, що визначають швидкість транскрипції. Далі розташований просмотор, потім ген оператор.

Транскріптон = Швидкість-Промотор-Оператор-Структурні гени-Термінатор.

Синтез білка здійснюється в рибосомах. В процесі біосинтезу розрізняють кілька етапів: транскрипція, процесинг, активація і транспорт амінокислот, трансляція.

При транскрипції генетична інформація, ув'язнена в молекулі ДНК, листується за принципом комплементарності в молекулі гя-РНК: процес йде за участю ферментів і регулярних білків. Фермент полімераза зв'язується з геном промотором і починає розплавляти Н-зв'язку в молекулі ДНК в напрямку 5 - 3. При цьому до кожної вільної зв'язку відразу ж приєднується нуклеотид молекулі РНК. За допомогою ферментів нуклеотиди з'єднуються між собою, отщепляя отриману РНК від ДНК. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, синтезується гя-РНК, яка є первинним транскриптом, що несе як інформативні гени, так і неінформативні ділянки. Заканчіваеться транскрипція геном термінатором.

Дозрівання гя-РНК і перетворення її в і-РНК відбувається в ядрі в ході процесингу. Велику участь в даному приймає структурний Компаненти ядра - сплайсосома. Сплайсосома охоплює ділянку молекули РНК і втягує його у вигляді петлі всередину. При цьому екзонних ділянки зближуються і зшиваються ферментом лігази. Далі фермент рестриктаза відрізає неінформативне ділянку. Утворюється і-РНК, що несе тільки екзонів. В ході процесингу відбувається ще одна важлива подія - захист кінцевих ділянкою молекули і-РНК, що забезпечує її стійкість. На одному кінці молекули приєднується ланцюжок, що містить 150-200 аденінових нуклеотидів. З протилежного боку метильований гуанін через 3 залишку фосфорної кислоти з'єднується з першим нуклеотидом РНК.

Новоутворена і-РНК в ядрі з'єднується з малою субодиницею рибосоми і переходить в цитоплазму. Активація амінокислот відбувається за допомогою АТФ шляхом її приєднатися ?? ення. Отриманий комплекс з'єднується з т-РНК за участю ферментів. Утворюється аміноацил-тРНК. Кожна т-РНК має акцепторні ділянку, до якого приєднується амінокислота. У такій формі амінокислота потрапляє в рибосому.

Трансляція - переклад нуклеотидної послідовності і-РНК в полипептидную послідовність білка. Трансляція здійснюється в рибосомі. Зв'язування амінокислот відбувається на великій субодиниці. Рибосома має дві ділянки для зв'язування т-РНК: А-ділянка - аміноацільний і П-ділянку - пептідільний Це визначає те, що всередині рибосоми в кожен даний момент знаходиться нд ?? егда тільки два кодону і-РНК, один - в А-ділянці , інший - в П-ділянці. Рибосома рухається щодо і-РНК тільки в одному напрямку, зміщуючись на один кодон.

Трансляція включає три етапи: ініціація, елонгація і термінація.

1) починається з активації П - ділянки ініціації групою - кодон-ініціатор АУГ за участю білка-фактора ініціації.

2) Молекула т-РНК, несуча першу амінокислоту білкової молекули, приєднується до комплементарному їй кодону А-ділянки. Рибосома переміщується на один кодон вперед, і перша т-РНК виявляється в П-уч, а до нового кодону А-ділянки приєднується наступна т-РНК, несуча другу амінокислоту. Далі між амінокислотами виникає пептидний зв'язок і утворюється дипептид. Одночасно руйнується зв'язок між першою амінокислотою і її т-РНК, яка видаляється, а дипептид стає пов'язаним тільки з другої т-РНК. Рибосома переміщується ще на один кодон. Комплекс т-РНК - дипептид переміщається в П - ділянку. а до кодону А-ділянки приєднується третя т-РНК. Це відбувається до тих пір, поки шляхом послідовного приєднатися ?? ення амінокислот не буде побудований вся поліпептидний ланцюг.

3) Сигналом до закінчення синтезу є прихід в А-ділянку нонсенс- кодону, тому що не існує жодного кодону який би до нього приєднався.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, в результаті трансляції утворюється лин ?? ейним поліпептид - первинна структура білкової молекули. Це, як правило, неактивна молекула. Дозрівання білкової молекули і придбання активної форми відбувається в цитоплазмі або каналах шорсткою ЕПС.

Надалі десятиліття, завдяки успіхам молекулярної біології, з'явився новий напрямок науки - генетична інженерія. Генна інженерія - ϶ᴛᴏ сума методів, що дозволяють переносити гени з одного організму в інший. Вона включає наступні основні стадії:

1.Виделіть ?? ення генів з донорського організму

2.Сшіваніе генів з молекулою - переносником

3.Введеніе отриманої ДНК в організм реципієнта і забезпечення функціональної активності чужорідних генів в геномі клітини реципієнта.

Можна виділити 3 напрямки застосування генної інженерії в медицин ?? е.

1.Мікробіологіческое виробництво вакцин і сироваток. Для їх отримання в бактеріальну клітину вносять гени, що кодують білки оболонки патогенних вірусів. Синтезовані таким чином вірусні білки можна використовувати для вакцинації проти відповідного вірусного захворювання. Так створена вакцина проти інфекційного гепатиту.

2.Діагностика генетичних аномалій людини на ранніх стадіях внутрішньоутробного розвитку. Шляхом амніоцентеза беруть навколоплідної рідини, що містить окремі клітини ембріона. ДНК ембріона розщеплює на ряд фрагментів, їх фракционируют, а потім порівнюють зі зразком того гена, дефект якого слід виявити. Цим методом виявляються такі захворювання крові, як гемофілія, таласемія.

3.Генная хірургія, ᴛ.ᴇ. заміна пошкодженого гена на повноцінний. Це завдання дуже важка. При цьому вже вдалося перенести ген білка глобіну миші в клітини мавпи, завдяки чому в клітинах мавпи став синтезуватися білок крові миші. Чи не виключно, що за допомогою генної хірургії вдається виправити не тільки спадкові дефекти, а й дефекти, пов'язані з відсутністю определ ?? енного білка.