В составе ядерного сока присутствуют фибриллярные, белки, с которыми связано выполнение опорной функции: в матриксе находятся также первичные продукты транскрипции генетической информации - гетероядерные РНК (гя-РНК), которые здесь же подвергаются процессингу, превращаясь в м-РНК. Ядрышко представляет собой структуру, в которой происходит образование и созревание рибосомальных РНК (рРНК). Гены рРНК занимают определенные одной или нескольких хромосом (у человека 13-15 и 21-22 пары) - ядрышковые организаторы, в области которых и образуются ядрышки. Такие участки в метафазных хромосомах выглядят как сужения и называются вторичными перетяжками. В ядрышке выявляют нитчатый и зернистый компоненты. Нитчатый (фибриллярный) компонент представлен комплексами белка и гигантских молекул РНК-предшественниц, из которых затем образуются более мелкие молекулы зрелых рРНК. В процессе созревания фибриллы преобразуются в рибонуклеопротеиновые зерна (гранулы), которыми представлен зернистый компонент. Хроматиновые структуры в виде глыбок, рассеянных в нуклеоплазме, являются интерфазной формой существования хромосом клетки.
Функции ядра:
. Регуляция активности клетки
. Хранение наследственной информации
. Передача наследственнойинформации
. Определение специфичности белков в цитоплазме
Ядро - это постоянный структурный компонент всех эукариотических клеток, в котором сосредоточена основная масса генетического материала клетки. В клетках, размножающихся путем митотического деления, морфология их ядер существенно изменяется, в силу чего различают два состояния ядра: митотическое - во время деления и интерфазное - в промежутке между митотическими делениями. Ядро регулирует активность клетки, несет генетическую информацию, заключенную в ДНК. ДНК обладает способностью к репликации, которая предшествует делению. Внутренняя часть ядра занята, главным образом, хроматином - веществом, из которого состоят хромосомы эукариот.
Хроматин в химическом отношении - это двойная спираль ДНК, тесно соединенная с гистоновыми и негистоновыми белками, образуя нуклеопротеидные фибриллы. Упаковка достигается путем спирализации. Во время деления хроматин конденсируется, образуя нити - хромосомы.
Хранителем наследственной информации в клетке является, как правило, ДНК, поскольку в последовательности азотистых оснований нуклеотидов закодирована наследственная информация в виде триплетного кода.Кроме ДНК носителем наследственной информации может быть и РНК. ДНК образована мономерами, получившими название нуклеотидов . ДНК образуют 4 типа нуклеотидов: адениновый, гуаниновый - (пуриновые), тиминовый,цитозиновый - (пиримидиновые). Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания (пуринового Г+А или пиримидинового Ц+Т), дезоксирибозы (пятиатомный углевод) и остатка фосфорной кислоты.
Кариотип - диплоидный набор хромосом, свойственный соматическим клеткам организмов данного вида, являющийся видоспецифическим признаком и характеризующийся определенным числом, строением и генетическим составом хромосом. Если число хромосом в гаплоидном наборе половых клеток обозначить n, то общая формула кариотипа будет выглядеть как 2n, где значение n различно у разных видов. Являясь видовой характеристикой организмов, кариотип может отличаться у отдельных особей некоторыми частными особенностями. Например, у представителей разного пола, имеются в основном одинаковые пары хромосом (аутосомы), но их кариотипы отличаются по одной паре хромосом (гетерохромосомы, или половые хромосомы). Иногда эти различия состоят в разном количестве гетерохромосом у самок и самцов (XX или ХО). Чаще различия касаются строения половых хромосом, обозначаемых разными буквами -X и Y (XX или XY). Хромосомный набор специфичен и постоянен для особей каждого вида. У человека 46 хромосом, у мыши - 40 хромосом и т.д. В соматических клетках, имеющих диплоидный набор хромосом, хромосомы парные. Их называют гомологичными. Одна хромосома в паре происходит от материнского организма, другая - от отцовского. Изменения в структуре хромосом или в их числе возникают в результате мутаций. Каждая пара хромосом в наборе индивидуальна. Хромосомы из разных пар называют негомологичными.
4. Сцепленное наследование признаков. Хромосомы как группы сцепления генов
Сцепленное с полом наследование.
Сцепленное наследование признаков. Анализ, проведенный Т. Морганом, показал, что результаты анализирующего скрещивания гибридов иногда отличаются от ожидаемых в случае их независимого наследования. У потомков такого скрещивания вместо свободного комбинирования признаков разных пар наблюдали тенденцию к наследованию преимущественно родительских сочетаний признаков.
Такое наследование признаков было названо сцепленным. Сцепленное наследование объясняется расположением соответствующих генов в одной и той же хромосоме. В составе последней они передаются из поколения в поколение клеток и организмов, сохраняя сочетание аллелей родителей.
Зависимость сцепленного наследования признаков от локализации генов в одной хромосоме дает основание рассматривать хромосомы как отдельные группы сцепления.
Изучение наследования других сочетаний признаков показало, что процент кроссоверного потомства для каждой пары признаков всегда один и тот же, но он различается для разных пар. Это наблюдение стало основанием для заключения, что гены в хромосомах расположены в линейном порядке. Выше отмечалось, что хромосома является группой сцепления определенных генов. Гомологичные хромосомы - это одинаковые группы сцепления, которые отличаются друг от друга лишь аллелями отдельных генов. При конъюгации гомологи сближаются своими аллельными генами, а при кроссинговере они обмениваются соответствующими участками. В результате появляются кроссоверные хромосомы с новым набором аллелей.
Т. Морган выявил некоторые особенности, заставившие выделить в качестве отдельного типа наследования признаков сцепленное с полом наследование.
Все особенности сцепленного с полом наследования объясняются неодинаковой дозой соответствующих генов у представителей разного- гомо- и гетерогаметного пола.
Гомогаметный пол несет двойную дозу генов, расположенных в Х-хромосоме. Развитие соответствующих признаков у гетерозигот зависит от характера взаимодействия между аллельными генами. Гетерогаметный пол имеет одну Х-хромосому (ХО или XY).
Характер наследования сцепленных с полом признаков в ряду поколений зависит от того, в какой хромосоме находится соответствующий ген. В связи с этим различают Х-сцепленное и Y-сцепленное (голандрическое) наследование.
Х-сцепленное наследование. Х-хромосома присутствует в кариотипе каждой особи, поэтому признаки, определяемые генами этой хромосомы, формируются у представителей как женского, так и мужского пола. Особи гомогаметного пола получают эти гены от обоих родителей и через свои гаметы передают их всем потомкам. Представители гетерогаметного пола получают единственную Х-хромосому от гомогаметного родителя и передают ее своему гомогаметному потомству. У млекопитающих (в том числе и человека) мужской пол получает Х-сцепленные гены от матери и передает их дочерям. При этом мужской пол никогда не наследует отцовского Х-сцепленного признака и не передает его своим сыновьям.
Так как у гомогаметного пола признак развивается в результате взаимодействия аллельных генов, различают Х-сцепленное доминантное и Х-сцепленное рецессивное наследование. Х-сцепленный доминантный признак передается самкой всему потомству. Самец передает свой Х-сцепленный доминантный признак лишь самкам следующего поколения. Самки могут наследовать такой признак от обоих родителей, а самцы -только от матери.
Х-сцепленный рецессивный признак, у самок проявляется только при получении ими соответствующего аллеля от обоих родителей. У самцов он развивается при получении рецессивного аллеля от матери. Рецессивные самки передают рецессивный аллель потомкам любого пола, а рецессивные самцы -только «дочерям».
При Х-сцепленном наследовании, так же как и при аутосомном, возможен промежуточный характер проявления признака у гетерозигот.
Голандрическое наследование. Активно функционирующие гены Y-хромосомы, не имеющие аллелей в Х-хромосоме, присутствуют в генотипе только гетерогаметного пола, причем в гемизиготном состоянии. Поэтому они проявляются фенотипически и передаются из поколения в поколение лишь у представителей гетерогаметного пола.
5. Нарушение сцепления генов. Кроссинговер, его биологическая роль
При анализе наследования сцепленных генов было установлено, что сцепление не бывает абсолютным, может нарушаться, в результате чего возникают новые гаметы с новыми комбинациями генов, отличающимися от родительской гаметы. Причиной нарушения сцепления генов является обмен участками гомологичных хромосом в профазе I мейотического деления. На этом этапе парные хромосомы конъюгируют, образуя так называемые биваленты. Формирование бивалентов может привести к перекресту хромосом, что создает возможность обмена гомологичными участками ДНК. Если это происходит, то группы сцепления меняют свое содержание (в них оказываются иные аллели тех же генов) и в потомстве могут появиться особи с фенотипом, отличающимся от родительских.
Перекрест хромосом (иначе - кроссинговер) приводит к перекомбинированию генетического материала и формированию новых сочетаний аллелей генов из группы сцепления. Перекрест и обмен участками гомологичных хромосом приводит к возникновению качественно новых хромосом и, следовательно, к постоянной "перетасовке" - рекомбинации генов. При этом увеличивается разнообразие потомков, т. е. повышается наследственная изменчивость, что имеет большое эволюционное значение. Действительно, если, например, у дрозофилы гены, определяющие окраску тела и длину крыльев, находятся на одной хромосоме, то, скрещивая чистые линии серых мух с нормальными крыльями и черных мух с укороченными крыльями, в отсутствие кроссинговера мы никогда не получим иные фенотипы. Существование же перекреста хромосом позволяет появиться (в нескольких процентах случаев) серым мухам с короткими крыльями и черным мухам с нормальными крыльями.
6. Наследование признаков, контролируемых генами Х и У хромосом человека
Женщины имеют во всех клетках две Х хромосомы, мужчины - одну Х и одну У хромосомы. У хромосома не гомологична Х хромосоме. Мужчины - гемизиготы по Х хромосоме и всем в ней содержащимся генам. Наследование половых хромосом происходит как наследование простых менделевских признаков.
Особенности наследования заболеваний сцепленных с Х-хромосомой зависят от гемизиготности соответствующих локусов у мужчин и функционально генетической инактивацией одной из Х-хромосом у женщин.
Если признак рецессивный:
.Мужчины наследуют признак чаще, чем женщины;
.Девочка наследует такой признак от отца;
.В браках, где оба супрпуга лишены признака, могут родиться дети, имеющие его, (при этом его наследут 50% сыновей);
.Имеется тенденция к чередованию поколений с большим или меньшим числом мужчин, имеющих признак.
Если признак доминантный:
.Женщины наследуют признак чаще, чем мужчины;
2.Если признак только у супруги, его наследуют все дети, в случае если мать гомозиготна; или половина детей безотносительно к их полу, если мать гетерозиготна;
.Если признак имеет только супруг, то он наследуется всеми детьми женского пола.
Особенности наследования заболеваний сцепленных с У-хромосомой заглючаются в прямой передаче признака всем сыновьям и соответствующим обнаружением этого признака в каждом поколении у потомков мужского пола.
7. Мутационная изменчивость. Основные положения теории мутаций
Изменчивость
Фенотипическая Генотипическая
МодификационнаяГенеративнаяСоматическая
КомбинативнаяМутационнаяКомбинативная Мутационная
Геномные мутации Хромосомные мутацииГенные мутации
Геномные мутации:
1.Изменение числа геномов
·Гаплоидия
·Полиплоидия
.Изменение числа отдельных хромосом
·Моносомии
·Три- и полисомии
Хромосомные мутации:
.Межхромосомные
·Транслокации (с изменением групп сцепления)
.Внутрихромосомные
·Инверсия (без изменения групп сцепления)
·Дупликации, делеции (с изменением групп сцепления)
Мутация - скачкообразное изменение наследственно обусловленного признака, возникающая внезапно, без переходных состояний, устойчива во времени и происходит применительно к одному признаку в различных направлениях.
Теория мутаций предложили обособленно друг от друга Хуго де Фриз (1903) и Коржинский С. И. (1899). Основные положения теории заключаются в следующем:
1.Мутации внезапны, как дискретные изменения признаков
2.Новые формы устойчивы
3.В отличие от ненаследственных изменений, мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг какого-либо среднего типа. Они являют собой качественные скачки изменений
4.Мутации проявляются по-разному и могут быть как полезными, так и вредными
.Вероятность обнаружения мутаций зависит от числа исследуемых особей
6.Сходные мутации могут возникать неоднократно
8. Классификация мутаций: по происхождению, по месту возникновения, по характеру изменения фенотипа, в зависимости от влияния на жизнеспособность организма, по характеру изменений наследственного материала
Классификация мутаций
1.По происхождению:
- спонтанные
- индуцированные
2.По месту возникновения в организме:
- генеративные
- соматические
3.По месту возникновения в генетическом материале:
- ядерные
- цитоплазматические
4.По действию мутантной аллели, т.е. по характеру изменения фенотипа:
- видимые (морфологические, физиологические)
- биохимические
5.В зависимости от влияния на жизнеспособность и плодовитость:
- летальные
- полулетальные
- условно летальные
- стерильные
- нейтральные
- усиливающие
6.По характеру изменения генетического материала:
а) Геномные:
- полиплоидия (аутополиплоидия, аллополиплоидия)
- анеуплоидия (моносомия, полисомия, нуллисомия)
- б) Хромосомные:
- изменение числа хромосом
- изменение структуры хромосом
- в) Генные:
- 1) По действию мутантной аллели:
- гипоморфные,
- гиперморфные
- неоморфные
- аморфные
- антиморфные
- 2) По механизму:
- замена оснований (транзиции - замена пурина на пурин или пиримидина на пиримидин; трансверсии - замена пурина на пиримидин или пиримидина на пурин)
- мутации со сдвигом рамки считывания
7.По направлению:
- прямые
- обратные (истинные, супрессорные)
. Генные мутации, определение. Механизмы возникновения спонтанных генных мутаций. Генные болезни, механизмы их развития, наследования, частота возникновения
Генная мутация - изменение внутренней организации хромосом на уровне отдельных генов, которой обнаруживается по появлению в потомстве измененного признака, заключается в изменении химической структуры генов. Генные мутации заключаются в изменении химической структуры генов. Они являются заменами, вставками либо же выпадениями пар нуклеодитов. Также происходит нарушение последовательности нуклеотидов ДНК.
Спонтанная мутация - мутация, которая происходит вне прямой связи с каким-либо физическим или химическим фактором внешней среды.
Причины возникновения спонтанных мутаций можно разделить на:
экзогенные (естественная радиация, экстремальные температуры и др.);
эндогенные (спонтанно возникающие в организме химические соединения-метаболиты, вызывающие мутагенный эффект; ошибки репликации, репарации, рекомбинации; действие генов-мутаторов и антимутаторои; транспозиция мобильных генетических элементов и др.).
Основным источником спонтанных мутаций служат эндогенные факторы, приводящие к повреждению генов и хромосом в процессе нормального клеточного метаболизма. Результат их действия - ошибки генетических процессов репликации, репарации и рекомбинации.
К эндогенным факторам спонтанного мутагенеза относится и мутагенная активность специальных элементов генома: генов-мутаторов и эндогенных метаболитов. К классу эндогенных метаболитов относятся спонтанно возникающие химические соединения, вызывающие мутагенный эффект. Мутагенным эффектом обладают и свободные радикалы, возникающие при перекисном окислении липидов клеточных мембран.
Возникновение мутаций зависит от особенностей первичной структуры ДНК в месте перестройки, и ряд исследователей полагают, что повышенной эндогенной мутагенностью обладают вообще все последовательности ДНК, находящиеся в состоянии изгиба. Наиболее распространенные спонтанные нарушения ДНК в ходе репликации и репарации - потеря оснований и дезаминирование, к которому особенно чувствительны цитозиновые остатки. Еще одна существенная причина эндогенного мутагенеза - наличие псевдогенов -тесно сцепленньгх с генами гомологичных последовательностей ДНК.
Генные болезни - это большая группа заболеваний, возникающих в результате повреждения ДНК <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%94%D0%9D%D0%9A> на уровне гена <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BD>. Термин употребляется в отношении моногенных заболеваний.
Большинство генных патологий обусловлено мутациями <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D1%83%D1%82%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F> в структурных генах <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BD>, осуществляющих свою функцию через синтез полипептидов - белков <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D0%B5%D0%BB%D0%BA%D0%B8>. Любая мутация гена ведет к изменению структуры или количества белка.
мутантный аллель → измененный первичный продукт → цепь биохимических процессов в клетке → органы → организм
В результате мутации гена на молекулярном уровне возможны следующие варианты:
·синтез аномального белка;
·выработка избыточного количества генного продукта;
·отсутствие выработки первичного продукта;
·выработка уменьшенного количества нормального первичного продукта.
Не заканчиваясь на молекулярном уровне в первичных звеньях, патогенез генных болезней продолжается на клеточном уровне. При различных болезнях точкой приложения действия мутантного гена могут быть как отдельные структуры клетки - лизосомы <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9B%D0%B8%D0%B7%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%BC%D0%B0>, мембраны, митохондрии <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D1%82%D0%BE%D1%85%D0%BE%D0%BD%D0%B4%D1%80%D0%B8%D1%8F>, пероксисомы <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D0%B5%D1%80%D0%BE%D0%BA%D1%81%D0%B8%D1%81%D0%BE%D0%BC%D0%B0>, так и органы человека.
Моногенные формы генных заболеваний наследуются в соответствии с законами Г. Менделя <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D1%80%D0%B5%D0%B3%D0%BE%D1%80_%D0%9C%D0%B5%D0%BD%D0%B4%D0%B5%D0%BB%D1%8C>. По типу наследования <https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=%D0%A2%D0%B8%D0%BF_%D0%BD%D0%B0%D1%81%D0%BB%D0%B5%D0%B4%D0%BE%D0%B2%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D1%8F&action=edit&redlink=1> они делятся на аутосомно-доминантные, аутосомно-рецессивные и сцепленные с Х- или Y-хромосомами.
Особенностью генных болезней является их гетерогенность. Это означает, что одно и то же фенотипическое <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A4%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%BF>проявление болезни может быть обусловлено мутациями в разных генах или разными мутациями внутри одного гена.
Клинические проявления генных болезней, тяжесть и скорость их развития зависят от особенностей генотипа <https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%BE%D1%82%D0%B8%D0%BF> организма, возраста больного, условий внешней среды (питание, охлаждение, стрессы, переутомление) и других факторов.
Общая частота генных болезней в популяции составляет 1-2 %. Условно частоту генных болезней считают высокой, если она встречается с частотой 1 случай на 10000 новорожденных, средней - 1 на 10000 - 40000 и далее - низкой.
.Задача.Фенилкетонурия(ФКУ) - заболевание, связанное с нарушением обмена веществ, и альбинизм наследуются у человека как рецессивные аутосомные несцепленные признаки. В семье отец альбинос и болен ФКУ, а мать дигетерозиготна по этим генам. Определите вероятность рождения в этой детей-альбиносов, больных ФКУ.
Дано: Решение:
а - ФКУ По условию задачи отец - рецессивная дигомозигота
А - норм., здор. ген Р1: AaBb x aabb
b - альбинизм G1: AB Ab aB ab ab
В - здоров. ген F1: AaBb Aabb aaBb aabb
альб., ФКУ зд.,зд. зд.,альб. ФКУ. зд. ФКУ, альб.
дигетерозигота 25% 25% 25% 25%
Вероятность рождения детей-альбиносов с ФКУ
Ответ: вероятность рождения детей-альбиносов с ФКУ - 25%.