Тема: Структурно-функциональная организация наследственного материала.

Наследственность и изменчивость	Наследственность – способность передавать свои свойства следующим поколениям. Изменчивость – способность организмов изменяться. Наследственные изменения, закрепленные естественным отбором в процессе эволюции, ведут к развитию органического мира на Земле, создают его разнообразие и обеспечивают адаптацию организмов к условиям обитания.
Материальная основа наследственности	Материальной структурой наследственности и изменчивости являются нуклеиновые кислоты. У всех клеточных организмов наследственная информация содержится в ДНК. ДНК состоит из нуклеотидов, соединяющихся фосфодиэфирными связями в длинные цепи. Две цепи ДНК (за исключение некоторых вирусов) соединяются через азотистые основания по принципу комплементарности и образуют двойную спираль.
Наследственный материал вирусов	Наследственная информация у вирусов может содержаться либо в РНК, либо в одно- или двуцепочечных ДНК. Вирусы имеют ферменты, позволяющие им синтезировать ДНК на матрице РНК. Открытие таких ферментов – ревертаз заложило основу генной инженерии.
ДНК про- и эукариот	Прокариоты содержат одну кольцевую молекулу ДНК, средний размер которой – несколько миллионов пар нуклеотидов. Могут иметь дополнительный генетический материал – плазмиды. У эукариот – линейная двуцепочечная ДНК, соединенная с белками (гистоновыми и негистоновыми), образует хромосомы. Количество нуклеотидов в ДНК и количество хромосом может варьировать у эукариот в широких пределах. ДНК в основном находится в ядре, небольшая часть – в цитоплазме (в митохондриях и пластидах).
Ген – единица наследственность	Участок ДНК, кодирующий информацию об одном полипептиде, называется геном. Однако существуют гены, кодирующие рибосомальные или транспортные РНК. В то же время, есть полипептиды (например, иммуноглобулины), кодируемые двумя генами. Поэтому точное определение гена, удовлетворяющее всем случаям, дать сложно. Одно из последних определений гена – любая транскрибирующаяся последовательность нуклеотидов.
Геном про- и эукариот	Геном – совокупность нуклеотидов или генов, содержащихся в гаплоидном наборе хромосом. Также в геном включаются цитоплазматические гены, а у прокариот - гены плазмид. В процессе эволюции величина генома увеличивалась. Геном прокариот может содержать несколько сотен генов и менее миллиона пар нуклеотидов (микоплазма). Геном круглого червя Caenorhabditis elegans - 100 млн. п.н., 19 тыс. генов, человека – около 3 млрд. пар нуклеотидов, 25 тысяч генов, из которых 37 - митохондриальные.
Структура генома про- и эукариот	Основную часть генома прокариот составляют гены и регуляторные участки ДНК. У эукариот такие участки составляют 10%, а 90% - некодирующая спейсерная ДНК. Данные об этой части ДНК, ее строении и функциях постоянно обновляются и уточняются. Показано, что значительная ее часть может транскрибироваться, однако функции этого транскрипта остаются непонятными.
Классификация нуклеотидных последовательностей у эукариот	1. Представленные в единственном числе на геном (например, большинство генов ферментов) 2. Уникальные последовательности – гены, Умеренно повторяющиеся – гены с числом повторов от нескольких до нескольких сотен (гены гистонов, р-РНК и некоторые другие) 3. Высокоповторяющиеся последовательности – сателлитная ДНК, в которой число повторов может достигать нескольких миллионов.
Псевдогены, эндогенные вирусы и мобильные гены	Значительная часть ДНК эукариот может быть “загрязнена” генами, утратившими в процессе эволюции свои функции, а также вирусами. Часть из них мутировала и потеряла способность к транскрипции. Другая часть сохранила способность активировать гены ферментов, способных вырезать и переносить гены в другие части генома (мобильные элементы). Эндогенные вирусы могут вызывать целый ряд заболеваний, в том числе онкологических, а мобильные элементы являются причиной значительной части спонтанных мутаций.
Свойства наследственного материала	Основные свойства: 1. способность к репликации (удвоению) 2. транскрипция (переписывание информации на РНК) 3. рекомбинация (обмен участков ДНК) 4. способность мутировать (изменять последовательности нуклеотидов) 5. репарация (восстановление повреждений ДНК)
Свойства наследственного материала обеспечивают его функции	Основные функции наследственного материала: 1. Хранение и передача наследственного материала последующим поколениям клеток и организмов 2. Реализация наследственного материала в процессе онтогенеза Для сохранения наследственных свойств требуется точное удвоение ДНК, идентичное распределение генетического материала между дочерними клетками и исправление возникающих в процессе метаболизма ошибок и нарушений. Для приобретения новых свойств и признаков, необходимых для адаптации в процессе эволюции, происходят мутации и рекомбинации
Пространственная организация наследственного материала в клетке	Пространственная организация кольцевой ДНК прокариот и хромосом эукариот строго определенна и обеспечивает эффективное хранение и воспроизведение информации. Это достигается за счет соединения ДНК с белками хромосом и белками мембраны, ее спирализации и суперспирализации, образования петель. Компактная укладка хроматина позволяет упорядоченно расположить в ядре клетки молекулы ДНК, общей длиной более метра. В конденсированном гетерохроматине хранится нетранскрибируемая наследственная информация. В деспирализованном “рыхлом” эухроматине гены доступны для транскрипции.
Уровни организации хроматина у эукариот	1. Нуклеосомный – соединение ДНК с гистонами, образование нуклеосом 2. Микрофибрилла (соленоид) 3. Петли (хромомеры) 4. Суперспираль метафазной хромосомы

 

 

ЛЕКЦИЯ №3