Організація потоку біологічної інформації в клітині

Розділ №1. Генетика.

1. Предмет, завдання генетики людини і медичної генетики.(с. 3)

2. Хромосомні та геномні рівні організації спадкового матеріалу. (с.3)

3. Хроматин: структурна організація, еухроматин і гетерохроматин. (с.3)

4. Аутосоми та гетерохромосоми. Статевий хроматин. (с.4)

5. Каріотип людини. Морфофункціональна характеристика та класифікація її хромосом. (с.4)

6. Організація потоку біологічної інформації в клітині. (с.5)

7. ДНК, роль у зберіганні і перенесенні інформації, хімічна будова, просторова організація, видова специфічність. (с.6)

8. РНК, роль у зберіганні і перенесенні інформації, хімічна будова, просторова організація, видова специфічність. (с.7)

9. Реплікація ДНК. Самокорекція і репарація ДНК. (с.7)

10. Генетичний код, його основні принципи і властивості. (с.8)

11. Будова гена. (с.9)

12. Гени структурні, регуляторні, синтезу т-РНК, р-РНК. (с.10)

13. Екзонно-інтронна організація генів (генома) евкаріотів. (с.10)

14. Мобільні генетичні елементи. (с.11)

15. Молекулярні механізми реалізації генетичної інформації в клітині та її регуляція. (с.11)

16. Транскрипція, процесінг, сплайсинг. (с.12)

17. Трансляція: ініціація, елонгація, термінація. (с.13)

18. Молекулярно-генетичне підтримування гомеостазу клітинного середовища. (с.14)

19. Генна інженерія та біотехнологія. (с.14)

20. Соматичні мутації як порушення мітозу. (с.15)

21. Механізми, що призводять до генетичної різноманітності гамет. (с.16)

22. Генеративні мутації. (с.16)

23. Генотип людини як цілісна система генів організму. (с.17)

24. Фенотип людини як сукупність видових та індивідуальних ознак і властивостей організму. (с.17)

25. Моногенне успадкування. Моногенні хвороби. (с.18)

26. Взаємодія алельних генів. (с.19)

27. Менделюючі ознаки людини. Множинний алелізм. (с.20)

28. Взаємодія неалельних генів. (с.20)

29. Полігенне успадкування кількісних ознак. (с.20)

30. Явище плейотропії. (с.21)

31. Експресивність та пенетрантність генів. (с.21)

32. Зчеплене успадкування генів. (с.22)

33. Хромосомна теорія спадковості. (с.22)

34. Пренатальна діагностика спадкової патології. (с.23)

35. Сучасний стан досліджень генома людини. (с.25)

36. Генетичні карти хромосом людини. (с.25)

37. Гени аутосом, статевих хромосом. (с.26)

38. Ознаки зчеплені зі статтю, залежні від статі та обмежені статтю. Гемізиготність. (с.26)

39. Генетика статі. Механізми генетичного визначення статі. (с.26)

40. Дози генів. Ефект положення генів. (с.27)

41. Генетика груп крові еритроцитарних антигенних систем, значення для медицини. (с.28)

42. Поняття про імуногенетику та фармакогенетику. (с.29)

43. Нехромосомна спадковість. (с.29)

44. Методи вивчення спадковості людини: генеалогічний, близнюковий, біохімічні. (с.30)

45. Методи вивчення спадковості людини: цитогенетичні, молекулярно-генетичні (ДНК-аналіз). Генетичні маркери. (с.34)

46. Методи вивчення спадковості людини: дерматогліфіка, популяційно-статистичні, гібридизації соматичних клітин. (с.35)

47. Мінливість у людини як властивість життя й генетичне явище. Форми мінливості. (с.38)

48. Пренатальна діагностика спадкової патології. (с.23)

49. Фенотипова мінливість. Норма реакції. (с.38)

50. Мультифакторіальний принцип формування фенотипу. Значення умов середовища для експресивності й пенетрантності генів. Фенокопії. (с.39)

51. Генотипова мінливість, її форми. (с.40)

52. Комбінативна мінливість, її значення для фенотипової різноманітності в популяціях людей. Явище гетерозису у людини. (с.40)

53. Класифікація мутацій: генні, геномні, хромосомні аберації. (с.41)

54. Мутаційна мінливість у людини та її фенотипові прояви. Мозаїцизм. (с.42)

55. Спонтанні та індуковані мутації. (с.43)

56. Мутагенні фактори: фізичні, хімічні, біологічні. (с.43)

57. Генетичний моніторинг. Засоби зниження ризику виникнення мутацій. (с.44)

58. Класифікація спадкових хвороб людини, принципи їх діагностики. (с.45)

59. Хромосомні хвороби, зумовлені порушенням кількості чи будови хромосом; механізми їх виникнення; принципи лабораторної діагностики. (с.46)

60. Генні (молекулярні) хвороби: ферментопатії. (с.52)

61. Хвороби обміну амінокислот, білків, вуглеводів, ліпідів, нуклеїнових кислот, мінеральних речовин, вітамінів, гормонів. Механізми їх виникнення та принципи лабораторної діагностики. (с.53)

62. Генні хвороби внаслідок первинної плейотропії. (с.58)

63. Генетична гетерогенність спадкових хвороб. Генокопії. (с.58)

64. Хвороби зі спадковою схильністю. Поняття про мультифакторіальні хвороби. (с.59)

65. Медико-генетичні аспекти сім’ї. (с.60)

66. Медико-генетичне консультування. (с.60)

67. Пренатальна діагностика спадкової патології. (с.23)

68. Скринінг-програми новонароджених для виявлення спадкових порушень обміну речовин. (с.61)

69. Перспективи генотерапії. (с.62)

70. Генетичне обтяження в популяціях. (с.63)

ГЕНЕТИКА

1.Предмет,завдання генетики людини і медичної генетики

Генетика людини вивчає явища спадковості і мінливості у популяціях людей, особливості успадкування нормальних і патологічних ознак, залежність захворювання від генетичної схильності і факторів середовища. Завданням медичної генетики є виявлення і профілактика спадкових хвороб.Складність людини як біологічної істоти віддзеркалюється на аналізі генетичних закономірностей успадкування і мінливості.У вивченні генетики людини неможливе довільне, штучне, експериментальне схрещування,як це можливо з рослинами чи тваринами.Велика генетична різноманітність людей, обмежена кількістю нащадків,велике число хромосом, груп зчеплення,пізнє настання статевої зрілості, значна тривалість життя, неможливість тотожних умов існування, відсутність гомозиготних ліній- людина складний об»єкт. Медична генетика (або генетика людини, клінічна генетика, генопатологія) — галузь медицини, наука, яка вивчає явища спадковості і мінливості у різних популяціях людей, особливості прояву та розвитку нормальних і патологічних ознак, залежність захворювань від генетичних або епігенетичних аномалій. Завданням медичної генетики є виявлення, вивчення, профілактика і лікування спадкових хвороб, розробка шляхів запобігання впливу негативних факторів середовища на спадковість людини.

Хромосомні та геномні рівні організації спадкового матеріалу

Геномний рівень організації спадкового матеріалу, який об'єднує всю сукупність хромосомних генів, є еволюційно склалася структурою, яка характеризується відносно більшою стабільністю, ніж генний і хромосомний рівні. На геномном рівні система збалансованих по дозам і об'єднаних найскладнішими функціональними взаємозв'язками генів являє собою щось більше, ніж просту сукупність окремих одиниць. Тому результатом функціонування геному є формування фенотипу цілісного організму. У зв'язку з цим фенотип організму не можна представляти як просту сукупність ознак і властивостей, це організм у всьому різноманітті його характеристик на всьому протязі індивідуального розвитку. Таким чином, підтримання сталості організації спадкового матеріалу на геномном рівні має першорядне значення для забезпечення нормального розвитку, організму і відтворення у особини в першу чергу видових характеристик.У той же час допустимість рекомбінації одиниць спадковості в генотипах особин обумовлює генетичну різноманітність їх, що має важливе еволюційне значення. Мутаційні зміни, реализующиеся геномном рівні організації спадкового матеріалу, - мутації регуляторних генів, що володіють широким плейотропних дією, кількісні зміни доз генів, транслокації та транспозиції генетичних одиниць, що впливають на характер експресії генів, нарешті, можливість включення в геном чужорідної інформації при горизонтальному перенесенні нуклеотидних послідовностей між організмами різних видів, - опиняючись іноді еволюційно перспективними, ймовірно, є основною причиною прискорення темпів еволюційного процесу на окремих етапах історичного розвитку живих форм на Землі.

Хромосомний рівень організації спадкового матеріалу характеризується особливостями морфології і функцій хромосом. Роль хромосом у передачі спадкової інформації була доведена завдяки:1) відкриття хромосомного визначення статі,2) встановлення груп зчеплення генів, відповідних числу хромосом,3) побудови генетичних і цитологічних карт хромосом.У ДНК-вірусів, бактерій, синьо-зелених водоростей, а також у самореплицирующихся органелах клітин еукаріот (пластиди, мітохондрії, кінетопласт та ін) спадковий матеріал представлений єдиною хромосомою, яка являє собою голу двуспіральную молекулу ДНК. Молекула ця в деяких форм лінійна, але у більшості утворює кільце, яке зазвичай перекручено і має суперспіралізованний вигляд..У більшості РНК-вірусів хромосома представлена ​​голою однонитевой молекулою РНК, наприклад у ВІЛ. Однак відомі віруси, у яких хромосома утворена двунітевой молекулою РНК. Транскрипція і реплікація генетичної інформації здійснюється за участю ферментів клітини-господаря.Хромосоми прокаріот представлені голою кільцевою молекулою ДНК. Прокаріоти містять тільки по одній хромосомі і є гаплоїдії. Молекулярна маса ДНК прокаріот відповідає приблизно 2000 структурних генів, довжиною близько 1 500 пар азотистих основ. Гени розташовуються лінійно і несуть інформацію про структуру 3-х - 4,5 тисяч різних білків.Хромосоми еукаріот, на відміну від хромосом прокаріотів, побудовані з нуклеопротеида, головними компонентами якого є ДНК і два типи білків - гістонових (основних) і негістонових (кислих) білків. Встановлено, що в хромосомах еукаріот (за винятком політенних хромосом) є лише одна безперервна нитка ДНК, що представляє єдину гігантську двуспіральную молекулу, що складається із сотень мільйонів пар нуклеотидів. Довжина ДНК в хромосомі може досягати декількох сантиметрів.

Хроматин:структурна організація

Хромати́н — комплекс молекул ДНК та специфічних білків, що складає хромосоми. В клітинах еукаріотів хроматин знаходиться в ядрі, а в клітинах бактерій та архей — у нуклеоїді[1]. Основні білки, що входять до складу хроматину еукаріотів та архей — гістони; бактерії, що не мають гістонів, мають менш щільно упакований хроматин. Багато інших білків також грають важливі ролі, їх роль заключаються у зберіганні ДНК, контролі доступності ДНК, її модифікаціях, реплікації та експресії генів.Хроматін, нуклеопротеїд клітинного ядра, що становить основу хромосом. До складу хроматину входять: ДНК (30-40% по масі), гістони (30-50%), негістонові білки (4-33%) і РНК. Кількість негістонових білків, РНК, а також розміри молекул ДНК коливаються в широких межах залежно від методу виділення хроматину і природи об'єкта. Взаємодія між гістонами і ДНК головним чином іонну.Залежно від ступеня конденсації (щільності упаковки) і корелює з нею активності хроматину в інтерфазі (частина клітинного циклу між двома последоват. Поділами) розрізняють гетерохроматин і еухроматин. Гетерохроматин буває конститутивний (структурний) і факультативний. Якщо для факультативного гетерохроматину конденсована (щільно упаковане) стан - явище тимчасове, наступає як наслідок інактивації хроматину, наприклад, в ході розвитку або диференціювання, то конститутивний гетерохроматин конденсованих завжди. Функції його неясні.Еухроматин відрізняється від гетерохроматину менш щільною упаковкою хромосом.ого матеріалу, великим кол-вом негістонових білків і ін Може инактивироваться і набувати властивості факультативного гетерохроматину.Структуру хроматину формує елементарна фібрила діаметром 10 нм. Для неї відомі 4 рівня укладання в більш складні структури.

Аутосоми та гетерохромосоми

Аутосоми та гетерохромосоми. Було відмічено, що практично в будь-якому каріотипі існує одна пара хромосом, що істотно відрізняється від інших. У самок ця пара була однакова, але різна в представників протилежної статі (самців). Хромосома, щобула присутня двічі в парі в каріотипі самки й один раз у самця, була названа як Х-хромосома. Друга хромосома в самця була названа У-хромосомою. X- і Y -хромосоми називаються статевими хромосомами, або гетерохромосомами. Інші хромосоми з даного набору, що є однаковими для обох статей, називаються аутосомами.

Чоловіки мають X- і Y -хромосоми і 22 пари аутосом. Жінки мають дві Х-хромосоми і 22 пари аутосом. Статеві хромосоми розподіляються при мейозі так само, як і інші хромосоми. Таким чином, кожний сперматозоїд одержує тільки одну статеву хромосому: або X, або Y. Оскільки чоловіча особина продукує два типи гамет, вона називається гетерогаметною. Жіноча особина продукує тільки один тип гамет, що мають тільки Х-хромосому, і називається гомогаметною. Стать майбутньої дитини визначається під час запліднення яйцеклітини. Якщо яйце запліднене сперматозоїдом, що містить Y -хромосому, зигота буде мати X- і Y -хромосоми і дасть початок розвитку чоловічої особини. Якщо яйце запліднене сперматозоїдом, що містить Х-хромосому, то зигота буде мати дві Х-хромосоми, що зумовить розвиток жіночої особини.

Каріотип людини

Каріотип людини - диплоїдний хромосомний набір людини, являє собою сукупність морфологічно обособленниххромосом, внесених батьками при заплідненні. Хромосоми набору генетично нерівноцінні: кожна хромосома містить групу разнихгенов. Всі хромосоми в До ч. діляться нааутосоми іполовие хромосоми. У К. ч. 44 аутосоми (подвійний набір) - 22 пари гомологічних хромосом і одна пара статевих хромосом - XX у жінок і ХУ у чоловіків. Хромосома — це велика молекулярна структура, де міститься близько 90 % ДНК клітини. Всі хромосоми містять дуже довгий безперервний полімеризований ланцюг ДНК (єдину ДНК-молекулу), що містить гени, регуляторні елементи та проміжні нуклеотидні послідовності.Слово «хромосома» походить від грецьких слів «хрома» — колір та «сома» — тіло.Хромосоми еукаріот складаються з лінійної макромолекули ДНК, що намотана на специфічні білки-гістони, формуючи матеріал під назвою «хроматин».В клітинах прокаріот звичайно міститься єдина хромосома, яка, на відміну від еукаріот, є кільцевою та позбавленою гістонів. Втім, це правило не є абсолютним: існують бактерії з більше, ніж одною хромосомою; у деяких бактерій хромосоми є лінійними; у кількох видів архей виявлені специфічні гістони.Хромосоми можуть перебувати в двох структурно-функціональних станах: в конденсованому (спіралізованому) та деконденсованому (деспіралезованому). В інтерфазі хромосоми живої клітини невидимі, спостерігати можна лише гранули хроматину, бо в цей період хромосоми частково або повністю деконденсовані. Це є їхнім робочим станом, бо в більш дифузному хроматині активніші процеси синтезу. Під час мітотичного поділу клітини, коли відбувається конденсація хроматину, хромосоми добре помітні.

Хроматином називають комплекс ДНК та білків. До складу хроматину входять два типи білків — гістонові та негістонові.

ДНК Найменшими структурними компонентами хромосом є нуклеопротеїдні фібрили, їх видно винятково в електронний мікроскоп. Хромосомні нуклеопротеїди — ДНП (дезоксирибонуклеопротеїди) — складаються з ДНК і білків (переважно гістонів).

Нуклеосоми, хромонеми, хроматиди Молекули гістонів утворюють групи — нуклеосоми. Кожна нуклеосома містить в собі 8 білкових молекул. Розмір нуклеосоми приблизно 8 нм. З кожною нуклеосомою пов'язана ділянка ДНК, що спірально обплітає нуклеосому ззовні. В такій ділянці ДНК знаходиться 140 нуклеотидів загальною довжиною 50 нм, але завдяки спіралізаціі довжина скорочується в 5 разів.В хроматині близько 87 — 90 % довжини ДНК зв'язано з нуклеосомами.

Фібрили ДНП попарно закручуються, утворюючи хромонеми (грец. chroma+nema — колір + струна), які входять до комплексів вищого порядку — також спірально закручених напівхроматид. Пара напівхроматид утворює хроматиду, а пара хроматид — хромосому.На різних ділянках однієї хромосоми спіралізація, компактність її основних елементів неоднакова; із цим пов'язана різна інтенсивність окращування окремих ділянок.

Гетерохроматичні ділянки Ті ділянки хромосоми, які інтенсивно сприймають барвники, називають гетерохроматичними (складаються з гетерохроматину); вони навіть в інтерфазі залишаються компактними і видимі в світловий мікроскоп.

Гетерохроматин виконує переважно структурну функцію. Він перебуває в інтенсивно конденсованому (спіралізованому) стані і займає одні й ті самі ділянки в гомологічних хромосомах, утворює ділянки, які прилягають до центромери та кінці хромосоми. Втрата гетерохроматинових ділянок може й не позначатися на життєдіяльності клітини.

Гетерохроматин і тільця Барра Вирізняють також факультативний гетерохроматин, що виникає при спіралізації та інактивації однієї з двох гомологічних Х-хромосом у ссавців, внаслідок чого утворюються тільця Барра (Х-статевий хроматин).

Еухроматичні ділянки Незабарвлені та менш ущільнені ділянки хромосоми, які деконденсуються та стають невидимими в період інтерфази, містять еухроматин і тому називаються еухроматичними. Вважають, що саме в них розміщено найбільше генів.

Хромосоми під час поділу клітини, в період метафази, мають вигляд нитей, палочок тощо Будова однієї хромосоми на різних ділянках неоднакова. В хромосомі Розрізняють первинну перетяжку і два плеча.

Первинна перетяжка, або центромера, — найбільш спіралізована частина хромосоми.На ній розміщений кінетохор (гр. kinesis — рух, phoros — той, що несе), до якого під час поділу клітини кріпляться нитки веретена поділу.Місце розташування центромери в кожної пари хромосом постійне, воно обумовлює їхню форму.В залежності від розташування центромери виділяють три типи хромосом: Метацентричні, субметацентричні і акроцентричні.Метацентричні хромосоми мають плечі майже однакової довжини; в субметацентричних плечі нерівні; акроцентричні хромосоми мають палочковидну форму з дуже коротким, майже непомітним другим плечем.

Можуть виникати і телоцентричні хромосоми — як результат відриву одного плеча, коли центромера розташована на кінці хромосоми. В нормальному каріотипі такі хромосоми не зустрічаються.

Теломери Кінці плечей хромосоми називають теломерами, це спеціалізовані ділянки, які перешкоджають з'єднанню хромосом між собою або з їхніми фрагментами. Кінець хромосоми, який не має теломери, стає «ненасиченим», «липким», і легко приєднує фрагменти хромосом або з'єднується з подібними ділянками. У нормі ж теломери зберігають хромосому як дискретну індивідуальну одиницю.

Супутники Деякі хромосоми мають глибокі вторинні перетяжки, що відділяють окремі ділянки хромосоми — супутники. Такі хромосоми можуть зближуватись і утворювати асоціації, а тонкі нитки, які з"єднують супутники з плечами хромосом, при цьому беруть участь в утворенні ядерець. Саме ці ділянки в хромосомах людини є організаторами ядерець. У людини вторинні перетяжки є на довгому плечі 1, 9 та 16 хромосом та на кінцевих ділянках коротких плечей 13, 14, 15, 21, 22 хромосом.

Хромомери В плечах хромосом видно потовщені та інтенсивніше забарвлені ділянки — хромомери, які чергуються із міжхромомерними нитками. Внаслідок цього хромосома може нагадувати низку нерівномірно нанизаного намиста.

Організація потоку біологічної інформації в клітині

Клітини складаються з білків, на частку яких припадає майже половина сухої речовини. Білки визначають структуру, форму і функції клітини. Відомо понад 170 амінокислот, проте тільки 20 з них визначають поліпептидну молекулу. Білки є полімерами, а амінокислоти - їх мономерні ланки. Різноманітність білків необмежена і зумовлена унікальною, властивою для кожного білка амінокислотною послідовністю.

Проте в природі не доведено жодного випадку, коли б молекула білка (поліпептиду) синтезувала собі подібну молекулу.

Біологічна інформація зберігається в генах у структурі ДНК у такій формі, що вона може точно копіюватися і передаватися наступним клітинам. Однак гени, так само як і ДНК, не здатні до прямого синтезу полі- пептидних ланцюгів. Яким чином полінуклеотиди (ДНК, гени) зумовлюють синтез поліпептидів? Як здійснюється потік біологічної інформації?

Спадкова інформація ДНК записана в лінійній послідовності нуклеотидів (рис. 1.46). Передача (реплікація) інформації розпочинається поділом двох комплементарних ланцюгів, на кожному з яких утворюється нова молекула ДНК. Під час транскрипції розгорнутого ланцюга з певних фрагментів ДНК утворюється РНК. Такий первинний транскрипт РНК значно довший за дозрілу молекулу РНК. Очевидно, що значна частина первинного транскрипту РНК руйнується в ядрі і тільки 1/20 його надходить до цитоплазми. Це і є власне мРНК, або ІРНК. Молекули РНК - одноланцюгові, вони коротші за ДНК. Кількість утворених молекул РНК з певної ділянки ДНК контролюється регуляторними білками. Отже, ДНК направляє синтез специфічних РНК.

Транскрипція генетичної інформації з ДНК на РНК і є першим кроком потоку біологічної інформації. РНК-продукт не залишається комплементарно зв'язаним з ДНК-матрицею. Щойно після синтезу РНК подвійна спіраль ДНК відновлюється. Наступний крок - трансляція мРНК. В еукаріотичних клітинах тривалість існування цієї молекули різна - від 30 хв. до 10 год.

Молекула мРНК покидає ядро, виходить у цитоплазму і скеровує синтез певного білка на рибосомах. Перенесення інформації від мРНК до білка ґрунтується на принципі комплементарності основ, як і перенесення генетичної інформації від ДНК до ДНК, або від ДНК до РНК.

Отже, генетична інформація записана в лінійній послідовності нуклеотидів ДНК. За участі РНК ця інформація надходить (транслюється) до рибосом з утворенням поліпептиду з амінокислот.

Потік біологічної інформації відбувається такими шляхами:

Дата добавления: 2015-10-23