Файл: УМК по вет. генетике.doc

Распознавать пол у новорожденных некоторых видов невозможно ( тутовый шелкопряд, птица), а поздняя выбраковка экономически невыгодна, поэтому методы ранней диагностики пола сводятся к нахождению маркерных генов признаков сцепленных с полом. У тутового шелкопряда выведены породы у которых тёмные яйца – женские, светлые самцы. У плимутроков ген В (серое оперение), у петушков в возрасте 1 дня появляется белое пятно на голове ( ХХ) у курочек нет. Оперившись петушки становятся серыми, выведены породы у которых петушки и курочки различаются по окраске оперения.

3. Наследование признаков сцепленных и обусловленных полом.

Генетическими исследованиями установлено, что Y- хромосома относительно генетически инертна. Поэтому гены Х- хромосомы не имеют своих аллельных партнеров в Y – хромосоме. В силу этого рецессивные гены Х- хромосомы могут проявляться, т. к. им не противостоят доминантные гены Y- хромосомы. Одинарное ( гаплоидное) состояние генов в Y- хромосоме у гетерогаметного пола, которые проявляют свое действие в фенотипе,получило название гемизиготности. Признаки, развитие которых контролируется генами расположенными в половых хромосомах, называются сцепленными с полом. Впервые наследование признаков сцепленных с полом описал Т. Морган, скрещивая красноглазых самок с белоглазыми самцами у мух дрозофил.В дальнейшем было установлено, что признаки сцепленные с полом наследуются крест на крест ( крисс – кросс), т. е. от матери к сыну от отца к дочери. При гетерогаметности женского пола, наблюдается сходная, но обратная зависимость. У человека так наследуются дальтонизм, гемофилия. Признаки, гены которых находятся в Y- хромосоме, наследуются от отца к сыну ( волосатые уши у человека).

Ограниченные полом признаки такие, которые развиваются только у одного пола. Гены, контролирующие их развитие, могут находится в любой паре хромосом и передаваться одинаково сыновьям и дочерям.

Контрольные вопросы: 1.Что такое половые хромосомы и аутосомы? 2. В чём сущность хромосомной и балансовой теории определения пола? 3. В чём сущность генетической теории определения пола? 4. Назовите патологии по половым хромосомам. 5.Какие существуют методы регуляции и ранней диагностики пола? 6. Как наследуются признаки сцепленные и ограниченные полом.

Лекция 7

Тема: Биологическая роль и структура нуклеиновых кислот.

Вопросы: 1. Нуклеиновые кислоты - материальные носители наследственной информации. 2. Строение ДНК и её видовая специфичность. 3. Репликация ДНК. 4. Строение и типы РНК.

1. Нуклеиновые кислоты – материальные носители наследственной информации. Доказательством роли ДНК в наследственности послужили опыты с пневмококками Ф. Гриффитса в 1928г, в которых впервые была показана возможность передачи наследственных задатков от одной бактерии к другой.

К 1944г О. Эвери с сотрудниками получили убедительные доказательства того, что индекс формирующим фактором является ДНК. В 1945г Р. Хотчикс установил, что молекулы ДНК донора интегрируются в генетический аппарат клетки – реципиента. В 1952г А. Херние и М. Чейз на опытах с бактериофагом, пометив его ДНК (32Р), а белок (35S), заражая бактерии, установил, что в клетку бактерии проникает только ДНК, но в клетках, зараженных бактерий, созревает множество зрелых частиц фага. Это подтверждает, что в ДНК заключена наследственная информация, которая передается ими по наследству.

В последующем было установлено, у некоторых прокариот наследственная информация зашифрована в РНК.

2. Строение ДНК и ее видовая специфичность.

Нуклеиновые кислоты открывая в 1868г И.Ф. Мишер, выделив из ядер клеток кислот вещество, которое назвал нуклеином.

ДНК – биологический полимер (длинная цепочка состоящая из одинаковых (гомополимеры) и разные (гетерополимеры) звеньев мономеров. В основе – пентоза. В углеводах соотношение О₂ к Н₂ как в воде 1:2; (C_nH_2nO_n) исключение ДНК. Нет одного атома кислорода, отсюда – дезоксирибоза.

К каждому остатку дезоксирибозы присоединяется одно гетероциклическое азотистое основание: аденин, гуанин – пурины; цитозин и тимин – пиримидины.

Гетероциклические кольца включают кроме углерода другие атомы, в данном случае с азотом.

Соединение азотистого основания с углеводом – нуклеозид.

Углерод в ДНК – циклический. Связь через атом О₂ образует 5 угольную молекулу. Нумерация углерода начинается с того, к какому присоединяется основание. 5’ атому углерода с помощью эфирной связи фосфат; у 3’ гидроксильная группа ОН.

Химическим составом цепочки служат остатки фосфорной кислоты, которые связаны фосфодиэфиргенными связями с 5’ углеродом одной молекулы пентозного сахара и 3’ углеродом другой. Благодаря таким связям образуется полярность 5’-3’ (репликация цепи 5’-3’).

Правило Гаргафора: А=Т; Г=Ц; (А+Г)/Т+Ц=1

Модель ДНК – 2953 Д.К. Уотсон и Ф. Крик. Диаметр 2а.м. длина шага 3,4а.м. в каждый виток 10 надо нуклеотидов. В формах ДНК – правозакрученная

левозакрученная.

Структурная организация.

Первичная структура – полинуклеотидная цепь.

Вторичная структура – две комплементарные и антипараллельные полициклические цепи.

Третичная структура – трехмерная спираль.

Видовая специфичность: А+Т/Г+Ц; - у эукариот избыток

А+Т, у прокариот встречаются формы с избытком А+Т и Г+Ц.

ДНК содержит 10⁸ нуклеотидов, порядок чередования нуклеотидов составляет 4*10⁸.

Двойная спираль ДНК непрестанно меняющаяся структура, самые быстрые процессы происходят в ней за пикосекунду (10^-12с), более медленные от тысячной доли секунды до одного часа. Малые ДНК – митохондрии, хлоропласты содержат 10-100 * 10³ н.п., в среднем 10⁶ н.п.

2. Репликация ДНК. ДНК- единственное вещество, количество которого строго постоянно во всех клетках организма. Репликация ДНК происходит перед каждым удвоением хромосом и делением клетки, у эукариот в фазу S интерфазы. Структура способная к репликации – репликон ( хромосома, плазмида, вирусный геном). Репликация обеспечивает материальную непрерывность наследственного вещества клетки.

Уотсон и Крик предложили схему репродукции ДНК, согласно которой спиралевидная двухцепочная ДНК сначала раскручивается ( расплетается) вдоль оси, при этом слабые водородные связи между азотистыми основаниями рвутся и цепи расходятся, образуя репликационную вилку. Одновременно с этим к нуклеотидам каждой цепи пристраиваются комплементарные нуклеотиды, которые с помощью ферментов ДНК- полимераз связываются в новые полинуклеотидные цепи. В результате из одной образуются две новые дочерние молекулы ДНК. Каждая дочерняя молекула, наследуя структуру одной цепи материнской молекулы, строго сохраняет специфичность заключенной в ней информации. Поскольку матрицей для репликации служит одна из двух цепей молекулы такой тип синтеза ДНК носит название полуконсервативной репродукции. Г. Стент выдвигал ещё два способа репликации: консервативный и дисперсный, которые были опровергнуты исследованиями М. Мельсона и Ф.Сталя с изотопами азота ¹⁵N.

У прокариот репликация идёт с одной стартовой точки, у эукариот стартовых точек несколько. На лидирующей цепи 5' - 3' репликация идёт в виде сплошной нити, на запаздывающей 3' - 5' вначале образуются отрезки у эукариот по 100 – 200 , а у прокариот по 1000 – 2000 нуклеотидов – фрагменты Оказаки, которые затем ферментами ( лигазой), сшиваются в единую цепь. Кольцевые ДНК прокариот реплицируются в виде « катящегося обруча». Одна из нитей ДНК разрывается и её конец прикрепляется к клеточной мембране , а на противоположном конце, как на матрице, идёт синтез дочерней нити ДНК. Скорость репликации у бактерий – 500, у вирусов – 900 нуклеотидов в минуту, у эукариот значительно медленнее – 20 – 40 нуклеотидов в минуту.

3. Строение и типы РНК.

Установлено, что синтез белка происходит не в ядре, где находится ДНК, а в цитоплазме. Следовательно, ДНК не может служить матрицей для синтеза белка. Каковы молекулярные механизмы переписи информации?

Выяснилось, что молекулами ответственными за внутриклеточную транспортировку информации и за преобразование ее в последовательность аминокислот в структуре белковой молекулы являются РНК. Молекулы РНК имеют 1 полипептидную цепь.

Молекулярная масса РНК колеблется от 2*10⁴ до 2*10⁶Д. Существует 3 основных вида РНК: информационная иРНК или мРНК, рибосомальная рРНК, транспортная тРНК, которые различаются по величине молекул и функциям. Все типы РНК синтезируются на ДНК при участии РНК – полимераз. Установлено, что у бактерий в синтезе тРНК участвует только 0,028% молекулы ДНК, в синтезе рРНК - 0,3%. На большей части молекулы ДНК синтезируется иРНК.

Информационная РНК впервые была обнаружена в 1957г. У бактерии кишечной палочки, зараженная фагом Т2. Выделили иРНК из зараженных фагом бактерий и метазом химического анализа доказали, что нуклеотидный состав иРНК точно соответствует нуклеотидному составу ДНК фагу.

Роль иРНК заключается в переписывании наследственной информации с участием ДНК (гена) другие с копированной последовательности азотистых оснований переносят ее в рибосомы, где происходит синтез определенного белка. Каждый триплет (три нуклеотида) на иРНК называется кодоном. От него зависит какая встанет аминокислота в данном месте при синтезе белка.

В рибосомах иРНК выполняет еще роль матрицы (они поэтому называются еще матричными) иРНК составляет около 5% всей клеточной РНК. Отмечаем 2*10⁶Д молекулярной массой, следовательно, состоит из многих сотен и даже тысяч нуклеотидов. Существует большое разнообразие иРНК как в отношении состава, так и величины молекул. Почему?

В клетке много белков разнообразных по строению (только в бактериальной клетке их в среднем 2 тысячи), а строение обусловлено своей иРНК.

Транспортная РНК отличает гены молекулярной массой 24-30*10³ Д и содержит в своей молекуле 75-80 нуклеотидов.

За последние годы установлена нуклеотидная последовательность у многих молекул тРНК. На тРНК приходиться около 10-15% всей клеточной РНК. Роль тРНК заключается в том, они переносят аминокислоты к рибосомам и участвуют в синтезе белка. Каждая аминокислота присоединяется к определенной тРНК. Для ряда аминокислот открыто более одной тРНК. К настоящему времени обнаружено больше 60 тРНК.

Рибосомальная РНК (рРНК) молекулярная масса 5-20*10⁵Д, содержит до 6000 нуклеотидов. Рибосомальная РНК накапливается в ядрышках, затем поступает в цитоплазму. Комплексуясь с особыми белками она образует рибосомы, в которых осуществляется синтез белков в клетке. Поскольку рибосом в клетке много (тысячи ), поэтому и общее количество рРНК составляет около 80% всей РНК клетки.

Биологическая роль рРНК до конца не выяснена. Считают, что одной из функций рРНК является образование «каркаса» определяющего морфологию рибосомы.

Рибосомы представляют собой органеллы величиной 20-30 нм. Они построены из двух суб- частиц разного размера, формы и химического состава. В животных клетках большая часть рибосом связана с мембранами эндоплазматического ретикулума. На определенных стадиях белкового синтеза в клетке происходит разделение рибосом на суб-еденицы.

Отметим, что число рибосом в клетке прокариот ≈10⁴, у эукариот -10⁵. В период синтеза белка рибосомы могут объединяться полисомы, образуя высоко организованные комплексы.

Контрольные вопросы: 1. Какие пуриновые и пиримидиновые основания входят в ДНК? 2. Каковы доказательства генетической роли нуклеиновых кислот? 3. Какие азотистые основания образуют комплементарные пары в ДНК ? 4. Назовите основные особенности строения ДНК и РНК. 5.В чём сущность и каков механизм репликации ДНК? 6. В чём сущность правил Чаргаффа? 7. Назовите типы РНК и какова их генетическая роль?

Лекция 8

Тема: Биосинтез белка в клетке.

Вопросы: 1. Этапы реализации генетической информации: транскрипция, генетический код, трансляция. 2. Регуляция синтеза белка в клетке у прокариот. 3. Механизм генной активности у эукариот.

1. Этапы реализации генетической информации. Установлено, что наследственность реализуется в процессе биосинтеза белка по схеме ДНКـــــ РНК ـــــ белок. Синтез ферментов и др. белков необходим для жизнедеятельности и развития организма происходит в основанном в первой фазе интерфазы до начала репликации ДНК. Для синтеза белка необходимы следующие компоненты ДНК (гены), иРНК, тРНК, рибосомы, ферменты, белковые факторы, которые принимают непосредственное участие в системе трансляции. Источники энергии АТф, ГТф. Ионы Mg^{2 +} и аминокислоты. В процессе синтеза белка различают этапы: транскрипцию и трансляцию.

Транскрипция – переписывание нуклеотидных последовательностей определённых участков ДНК в форме мРНК, т. е.первый шаг на пути к формированию признака. Синтезированные в ходе обмена веществ в клетке рибонуклеозиды, в форме рибонуклеозидтрифосфатов, пристраиваются к комплементарным основаниям ДНК. Матрицей для синтеза иРНК является ген в молекуле ДНК, с которого точно транскрибируется порядок нуклеотидов в гене с 3'- 5' конца. Считывание наследственной информации начинается с промотора, который расположен перед геном и включает около 80 нуклеотидов, у вирусов около 10 нуклеотидов ( один виток спирали). Фермент ДНК- зависимая РНК- полимераза узнает промотор прочно с ним связывается , « расплавляет» его, разъединяя нуклеотиды комплементарных цепей. По мере разъединения цепей ДНК, на одной из них – смысловой 5'-- 3' идёт синтез РНК ( рибонуклеозидтрифосфаты с помощью ферментов с отщеплением пирофосфатов связываются в цепь РНК).Участки гена, на которых прошёл синтез РНК , вновь соединяются, а синтезированная РНК постепенно отделяется от ДНК. В организме транскрибируются только те гены, продукт которых необходим в данный момент онтогенеза, т.е. около 10% генов. Синтезированная РНК называется « сырой» или проРНК, которая не может выйти в цитоплазму, пока не пройдут посттранскрипционные процессы – процессинг( сплайсинг, метилирование внутренних оснований и 5'- конца, к которому присоединяется остаток метилированного гуанина « колпачек»,играющй роль при связывании иРНК с малой субединицей рибосомы, а к 3'- концу присоединяется около 200 остатков адениловой кислоты). После этого иРНК выходит в цитоплазму. В цитоплазме идёт активация аминокислот, которые с помощью фермента – аминоацил тРНК синтетазы присоединяются к своим тРНК ( к акцепторному участку ЦЦА). «Нагруженная» тРНК в комплексе с белковыми факторами, ГТФ подходит к рибосоме.