Лекция - Организация наследственного материала. Часть 2

Подождите немного. Документ загружается.

Тема: О

n Уровни упаковки генетического материала

o Уровни организации наследственного материала

p Свойства гена

q Классификация генов

r Регуляция работы генов у прокариот

s Регуляция работы генов у эукариот

t Цитоплазматическая наследственность

u Генная инженерия

cДНК соединяется с гистоновыми (основными) и негистоновыми

(кислыми) белками, образуя нуклеопротеидные фибриллы. Их длина в дип-

лоидном наборе хромосом человека ≈ 2 м, а длина всех метафазных хромо-

сом ≈150 мкм. Упаковка генетического материала достигается спирализацией

(конденсацией) и связью его с белками.

Нуклеосомный уровень. Нуклеосома - это глобула (октаэдр), содержащая по

2 молекулы четырех гистонов - (Н

2А

, Н

2В

, Н

), вокруг которой двойная спираль ДНК

образует 2,2 витка (200 пар нуклеотидов).

Нуклеосомная нить имеет d = 10-13 нм. Дли-

на ДНК уменьшается в 5-7 раз.

10 нм

Супернуклеосомный уровень (соленоид).

Нуклеосомная нить конденсируется, нуклео-

сомы "сшиваются" гистоном Н

, и образуется

спираль d = 25 нм. Виток спирали содержит 6-

10 нуклеосом. Укорочение в 6 раз.

25нм

Хроматидный уровень. Супернуклеосомная нить спирализуется с об-

разованием петель и изгибов, составляет

основу хроматиды. Обнаруживается в про-

фазе. Диаметр петель = 50 нм. Нить ДНП уко-

рачивается еще в 10-20 раз.

Уровень метафазной хромосомы. Хрома-

тиды образуют еще одну суперспираль и фор-

мируют эухроматиновые (слабо спирализован-

ные) и гетерохроматиновые (сильно спирализованные)

участки; происходит укорочение ДНП еще в 20 раз.

25 н

50 н

Общий итог конденсации - укорочение нити ДНП в

10000 раз.

Нуклеоид прокариот - кольцевые ДНК образуют

комплексы с негистоновыми белками. Эта ДНК

собрана в "бусинки", близкие по величине

нуклеосомам эукариот. Эти бусины очень лабильны

(слабое взаимодействие между ДНК и белками).

d Уровни организации наследственного материала:

1. Генный уровень представлен совокупностью элементарных единиц

наследственности и изменчивости - отдельными генами. Этот уровень объ-

ясняет дискретное (независимое) наследование генов (III закон Менделя) и

существование генных мутаций.

2. Хромосомный уровень – гены эукариот расположены в хромосомах.

Этот уровень организации - необходимое условие сцепления генов, кроссин-

говера и случайного расхождения хромосом и хроматид при мейозе. На этом

уровне возникают хромосомные мутации.

3. Геномный уровень – вся совокупность генов в функциональном от-

ношении представляет единое целое и образует генотип (геном). Этот уро-

вень обуславливает взаимодействие генов (внутри- и межаллельное) и геном-

ные мутации. Результатом функционирования генома является формирова-

ние фенотипа целостного организма. Фенотип – совокупность всех призна-

ков и свойств организма, развивающаяся на основе реализации генетиче-

ской информации под влиянием факторов окружающей среды.

e Свойства гена:

• специфичность (структурный ген детерминирует синтез оп-

ределенного полипептида);

• целостность (при программировании синтеза полипептида

ген выступает как неделимая единица);

• дискретность (наличие субъединиц: цистрон, рекон, мутон);

• стабильность (редко изменяются);

• лабильность (способность мутировать с частотой 1·10

-5

);

• плейотропия (один ген детерминирует развитие нескольких

признаков);

• экспрессивность (один и тот же ген в разных организмах мо-

жет иметь различную степень фенотипического проявления);

• пенетрантность (частота фенотипического проявления гена

в популяции организмов не всегда равна 100%).

f Классификация последовательностей ДНК:

1. Уникальные последовательности – (1 последовательность в геноме) –

входят в состав структурных генов и несут информацию о структуре поли-

пептидов (в геноме человека они составляют 56%).

2. Повторяющиеся последовательности – (повторяются десятки, сот-

ни, миллионы раз) – являются промоторами, регулируют репликацию ДНК,

участвуют в кроссинговере, разделяют экзоны и интроны в транскриптоне.

3. Транспозоны («прыгающие гены») – подвижные генетические эле-

менты, способные встраиваться в хромосому и перемещаться вдоль нее.

Классификация генов по выполняемой функции:

1. Структурные гены несут информацию о различных видах РНК, бел-

ках гистонах, ферментах и структурных белках.

2. Функциональные гены: гены-модуляторы усиливают или ослабляют

действие структурных генов (ингибиторы, интенсификаторы); и гены-

регуляторы, контролирующие работу структурных генов (регуляторы, опе-

раторы, промоторы и терминаторы).

По месту действия гены подразделяют:

а) функционирующие во всех клетках (гены, кодирующие ферменты

энергетического обмена);

б) функционирующие в клетках одной ткани (гены, детерминирующие

синтез миозина в мышечной ткани);

в) специфичные для одного типа клеток (гены гемоглобина в незрелых

эритроцитах).

Генотип соматических клеток одинаков, но клетки разных тканей

(нервной, мышечной, эпителиальной, соединительной) отличаются.

В различных клетках в разное время работают разные гены.

Поле действия гена – область проявления действия гена – (гены, де-

терминирующие развитие папиллярных узоров на пальцах, ладонях и сто-

пах).

Время действия гена - это период его функционирования (гены, де-

терминирующие синтез половых гормонов, работают с момента полового

созревания, а к старости их функция снижается).

g Жакоб, Моно и Львов 1961г. - регуляция транскрипции у прокариот.

Оперон – группа структурных генов управляемых одним геном-

оператором.

В состав оперона входит:

1. Промотор - место прикрепления РНК-полимеразы.

2. Инициатор - место начала считывания генетической информации.

3. Ген-оператор регулирует доступ РНК-полимеразы к структурным ге-

нам взаимодействуя с регуляторными белками.

4. Структурные гены – определяют синтез группы белков, связанных

общей функцией (ферменты, обеспечивающие цепь последовательных био-

химических превращений).

5. Терминатор – последовательность нуклеотидов ДНК, где прекра-

щается процесс транскрипции и РНК-полимераза освобождается от ДНК.

Ген-регулятор не является частью оперона, он активен постоянно и на

основе его информации синтезируется регуляторные белки (репрессор или

апоиндуктор), способствующие или препятствующие соединению РНК-

полимеразы с промотором.

Оперон

Ген-

регулятор

Промотор

Ген-

оператор

Структурные

гены

Белок-

репрессор

и-РНК

РНК-

полимераза

Белок

репрессор

Терминатор

Инициатор

С В

Оперон не работает

1. Индукция – включение оперона вследствие поступления в клетку

негенетического фактора – индуктора, который связывает активную форму

белка-репрессора, тем самым деблокирует ген-оператор. РНК-полимераза

осуществляет транскрипцию. При разрушении или расходовании индуктора,

в клетке появляется активная форма белка-репрессора, который останавли-

вает транскрипцию.