Генетика – наука изучающая наследственность, изменчивость, молекулы ДНК.

Генетика – наука изучающая наследственность, изменчивость, молекулы ДНК.

Генетика человека – это особый раздел генетики, который изучает особенности наследования признаков у человека, наследственные заболевания, генетическую структуру популяций человека. Генетика человека является теоретической основой современной медицины и современного здравоохранения.

Генетика- дисциплина, изучающая механизмы и закономерности наследственности и изменчивости организмов, методы управления этими процессами. Она призвана раскрыть законы воспроизведения живого по поколениям, появление у организмов новых свойств, законы индивидуального развития особи и материальной основы исторических преобразований организмов в процессе эволюции. Выяснение сущности воспроизведения для конкретного разнообразия форм жизни требует изучения наследственности у представителей, находящихся на разных ступенях эволюционного развития. На фоне видовой и другой специфики в явлениях наследственности для всех живых существ обнаруживаются общие законы. Их существование показывает единство органического мира. Генетика – это фундаментальная наука, изучающая универсальные свойства жизни наследственность, изменчивость и их биологический субстрат - молекулы ДНК. По современным представлениям живой организм является открытой самовоспроизводящейся и саморегулирующейся системой. Основой жизнедеятельности организма является обмен веществ и энергии. Пути превращения вещества и энергий определяются генетической информацией, содержащейся в генах. Генетика человека изучает закономерности хранения, передачи и реализации генетической информации, механизм возникновения закономерности передачи изменений, их проявление и последствия. Наследственность - это свойство сохранять и передавать морфологические, молекулярные, физиологические поведенческие признаки последующим поколениям. Сохраняются и передаются не сами признаки, а генетическая информация о признаках, закодированная в ДНК. Молекулы ДНК с большей точностью реплицируются (удваиваются) и передаются родителями потомству, сменяя миллионы поколений. Редупликация молекул ДНК является основой наследственности. Наследственность объясняет сохранение видов во времени и пространстве. Изменчивость - это противоположное наследственности свойство способность изменяться, существовать в различных вариантах. Проявляется изменчивость межиндивидуальными и групповыми различиями. Кроме этого молекуле ДНК присуща способность к рекомбинации, в процессе которой изменяется последовательность нуклеотидов в генах, и в результате чего образуются новые комбинации генов и соответствующих признаков. Происходят изменения генетической информации и под влиянием факторов окружающей среды.

Веществом наследственности и изменчивости является молекула ДНК или РНК у некоторых вирусов. Молекулы ДНК содержат генетическую информацию - программу жизни индивида. Структуру молекул ДНК, их свойства, строение генов, функции, молекулярные механизма регуляции их активности изучает современная генетика. Она разрабатывает, создает новые методы исследования, открывает неизвестные гены, новые закономерности, все глубже проникая в тайну жизни.

Элементы ядерного генома

Облигатные элементы	Факультативные элементы
Структурные гены  Гены тРНК        Гены рРНК	Псевдогены Вирусные     и     бактериальные последовательности

Облигатные последовательности представлены, в частности, характерными для данного вида структурными генами, число и расположение которых в геноме отличаются постоянством, и являются видоспецифичным. Облигатные элементы обеспечивают:   

- формирование   и передачу видоспецифических и индивидуальных, структурных, и функциональных признаков в ряду поколений;

-   контроль онтогенетического развития.                                                                                         

Облигатные и факультативные элементы генома могут изменяться под влиянием факторов среды. Последствия изменений в факультативных элементах отличаются от таковых в структурных генах, т.к. последние приводят к изменению и фенотипа.

  Митохондриальный геном представлен 2-10 молекулами кольцевой ДНК, локализованными в матриксе митохондрий. Обе цепи молекулы ДНК содержат структурные гены, которые лишены интронов и отделены друг от друга генами тРНК.

Особенности митохондриального генома:

- компактное расположение генов;

- переписывание генетической информации с обеих цепей ДНК;

- высокая мутабильность нуклеотидных последовательностей;

- передача генов по материнской линии;

- мутации митохондриальных генов являются причиной ряда наследственных болезней, (например, миопатии, энцефалопатии и др.).

 

Этапы кариотипирования

Хромосомный полиморфизм

полиморфизм хромосомный - это одновременное наличие в популяции двух или нескольких морфологических вариантов хромосом, причем распространенность самого редкого варианта превосходит уровень спонтанного возникновения повторных хромосомных мутаций.

Полиморфизм бэндов (Q, G и С) отражает вариации по размерам и аспекту некоторых участков хромосом; чаще всего они затрагивают область центромеры, короткие плечи и спутники хромосом групп D и G, область вторичной перетяжки в длинном плече Y.

Значение полиморфизма: полиморфизм наследуется по доминантному типу, не меняя фенотипического проявления.

Полиморфизм хромосом используют:

- в качестве маркера передачи некоторых признаков от родителей детям (например, установление отцовства);

- для установления родительского происхождения лишней хромосомы в случае анеуплоидий (например, происхождение дополнительных хромосом при трисомиях);

- для идентификации хромосом, содержащих маркерный ген какой-то моногенной болезни;

- для установления групп сцепления генов;                                                                            

- для анализа частоты полиморфизма хромосом при некоторых формах лейкемии, а также при наличии врожденных аномалий у детей.

ПОЛОВОЙ ХРОМАТИН

Половой хроматин — это структура интерфазного ядра соматических клеток млекопитающих, образованная в результате гетерохроматинизации половых хромосом. Половой хроматин является формой факультативного гетерохроматина, т.к. отличается в клетках разного пола и по происхождению:

- хроматин X является результатом гетерохроматинизации одной из двух хромосом   у женщин;

- хроматин Y образуется в результате гетерохроматинизации 2/3 дистального плеча

хромосомы Y у мужчин.

ИНАКТИВАЦИЯ ХРОМОСОМЫ X

Половые хромосомы произошли от аутосом, которые образуют хромосомы X и Y. Хромосома Y является результатом длительной прогрессивной „специализации", в процессе которой были сохранены гены дифференцировки пола и утеряны почти все аутосомные гены, а размеры хромосомы стали намного меньше. Хромосома X сохранила не только исходную форму, но также и большинство генов, как аутосомных, так и связанных с половой дифференцировкой. Различия в половых хромосомах не случайны, а имеют важное биологическое значение, так как они:

- препятствуют обмену генами между хромосомами X и Y в мейозе и обеспечивают сохранение в чистом виде половых детерминант каждой из половых хромосом;

- обеспечивают образование при оплодотворении зигот разного пола: XX или XY.

Половые хромосомы (гоносомы, гетеросомы) отличаются по структуре (длина, положение центромеры, количество гетерохроматина) и по содержанию генов.

   Хромосома X - средняя метацентрическая хромосома (группа С); представлена в соматических клетках обоих полов: в двойном экземпляре в женском кариотипе - 46,ХХ и в единственном экземпляре - в кариотипе мужчин - 46,XY. В половых клетках хромосома X представлена следующим образом: в одном экземпляре во всех яйцеклетках и у 50% сперматозоидов. Хромосома X богата эухроматиновыми участками и содержит 1336 генов, среди которых:

■ структурные соматические гены (гены групп крови Xg, цветного зрения)

■ регуляторные гены феминизации,

■ структурные гены феминизации,

■ структурные гены маскулинизации.

Хромосома Y -мелкая акроцентрическая хромосома (группа G); 2/3 дистального плеча q представлены гетерохроматином в генетически неактивном состоянии. Хросома Y представлена одним экземпляром во всех соматических клетках индивидов мужского пола с кариотипом 46ХY и у 50% сперматозоидов. Она содержит около 300 генов среди которых:

■ регуляторные гены маскулинизации

■ гены обеспечивающие фертильность

■ структурные соматические гены (фактор контроля роста зубов)

■ псевдогены

Одна из хромосом X у женщин (в норме) или у индивидуумов с дополнительной хромосомой X (при патологии) инактивируется. В результате активной у обоих полов остается лишь одна хромосома X. Данное явление называется компенсацией сцепленных с X хромосомой генов

  Гипотеза компенсации была сформулирована М. Лайон в 1961 году и включает три основных положения:

I. В соматических клетках млекопитающих активной является одна хромосома X, в то время как другая - инактивируется путем гетерохроматинизации с образованием тельца Барра, различимого в интерфазном ядре; инактивированная хромосома X реплицируется в конце фазы S.

II. Инактивация происходит на 16-й день эмбрионального развития. До этого момента в каждой клетке женского эмбриона функционируют обе хромосомы X, т.е. вырабатывается вдвое больше, чем у мужских эмбрионов. Инактивация одной Х-хромосомы остается в дальнейшем неизменной у всех потомков данной клетки.

III. Процесс инактивации носит случайный характер, поэтому в половине клеток активной сохраняется материнская хромосома X, а в другой половине клеток активной остается отцовская хромосома X.

Вопрос №15. Генетические последствия инактивация хромосомы. Молекулярные механизмы инактивация Х хромосомы.

1. Компенсация дозы Х-сцепленного гена. В результате инактивации одной их хромосом X у женщин общее количество конечных продуктов Х-сцепленных генов одинаково у обоих полов. Однако, процесс инактивации не всегда является полным и имеет ряд ограничений, что находит и экспериментальное подтверждение. Так, здоровые женщины с двумя хромосомами X (46,ХХ) и женщины с кариотипом 45,Х фенотипически отличаются. Различия наблюдаются и у мужчин с нормальным кариотипом (46,XY) и больными с синдромом Клайнфельтера (47,XXY). Генетической особенностью этого синдрома является разнообразие цитогенетических вариантов и их сочетаний (мозаицизм).

 2. Разная экспрессия у гетерозиготных женщин. Гетерозиготные по Х-сцепленным генам женщины отличаются по фенотипическому проявлении.Если мутантный аллель активен в большинстве клеток организма, то гетерозиготные женщины проявляют серьезные фенотипические нарушения, например, в случае следующих болезней: дефицита фермента 6-фосфатдегидрогеназы, дальтонизма, гемофилии, мышечной дистрофии Дюшенна.

3. Мозаицизм. Нормальный женский организм представляет собой своеобразную "мозаику" по Х-сцепленным генам, имея две популяции соматических клеток, отличающихся по родительскому происхождению активной Х-хромосомы: одна с активной материнской Х-хромосомой и другая - с отцовской. Данное явление мозаицизма было обнаружено у женщин, гетерозиготных по:

- редкой форме Х-сцепленного альбинизма, когда у этих женщин были выявлены клетки с пигментом и непигментированные клетки;

- гену фермента 6-фосфатдегидрогеназы, имеющему две аллели, которые кодируют две разные формы данного фермента.

Глюкозо-6-фосфат дегидрогеназа (Г6ФД; G6PD) — цитозольный фермент, входящий в пентозофосфатный путь, метаболический путь, обеспечивающий образование клеточного НАДФ-H из НАДФ+. НАДФ-H необходим для поддержания уровня восстановленного глутатиона в клетке, синтеза жирных кислот и изопреноидов.                                           

Интерпретация теста Барра

Число телец Барра = числу хромосом X -1

В норме тельце Барра представлено в одном экземпляре в клетках женщин и отсутствует у мужчин, так как мужчины имеют в кариотипе только одну хромосому X, которая является активной, в то время как в кариотипе женщин 2 хромосомы X, одна из которых инактивируется путем гетерохроматинизации, образуя тельце Барра.

Хотя теоретическая частота хроматина X в клетках слизистой полости рта составляет 100%, практически можно выявить тельце Барра только в 30-40% клеток. Это обусловлено следующими факторами:

- исключением из подсчета центрально расположенных хромоцентров;

- наложением некоторых клеток друг на друга, что затрудняет точный анализ;

- дефектами окрашивания;

- наличием Барр-отрицательных клеток, как следствие нарушений в конденсации хромосомы X;

- другими причинами: возрастом, овариальным циклом, болезнями, приемом некоторых лекарственных препаратов.

В патологических случаях, связанных с нарушением числа хромосом X (дисгенезия гонад), тельце Барра может: выявляться у мужчин (47ДХУ), отсутствовать у женщин (45,Х) или присутствовать в дополнительных экземплярах у обоих полов (полисомии X).

Величина тельца Барра зависит от размеров инактивированной хромосомы X;

 

Ограничения:                                                                                            

Тест полового хроматина носит субъективный характер и не позволяет выявить все случаи мозаицизма, а также аутосомные аномалии. В большинстве случаев для уточнения диагноза необходимо проведение кариотипирования.

      Тест Барра включает в себя следующие этапы:

- получение биологического материала: стерильным шпателем проводится соскоб с внутренней поверхности щеки (у детей - с поверхности нижней губы) и делается мазок на предметном стекле;

- фиксация: с использованием специального фиксатора, в котором препарат выдерживают от 30 минут до 12 часов;

- дегидратация: последовательный перенос из одного раствора в другой с выдержкой в каждом в течение 5 минут: в спирте 70°, в спирте 50°, в дистиллированной воде I, в дистиллированной воде II;

- гидролиз: в НСl (необязательно);

- окрашивание: (основной фуксин);

- анализ препарата под микроскопом с использованием иммерсионного объектива.

Эндорепродукция

Понятие «эндорепродукция» объединяет разнообразные отклонения от митоза, связанные с увеличением количества ДНК в клетке.

1. Политения – это многократное удвоение ДНК без деления клетки. Объем ДНК возрастает в тысячи раз. В результате в состав одной хромосомы может входить множество нитей ДНК. Такие хромосомы называют политенными (то есть многонитчатыми). При политении обычно происходит соматическая конъюгация (то есть попарное объединение гомологичных хромосом). Политения характерна для клеток слюнных желез личинок двукрылых.

2. Полиплоидизация – это увеличение числа хромосом в ядре. Является или следствием нерасхождения хромосом в анафазе, или результатом эндомитоза (закрытого митоза), протекающего внутри ядра. Вместо двух ядер образуется одно, в котором число хромосом становится в два раза большим, чем в исходном ядре. Таким образом, из диплоидной клетки (2 n) образуется тетраплоидная (4 n). В дальнейшем число хромосом может возрастать, и одно ядро может содержать множество хромосомных наборов (например, в макронуклеусе у инфузорий).

Полиплоидные клетки можно получать, используя рентгеновское облучение, повышенные или пониженные температуры. Например, в эпидермисе мышей встречается около 0,3 % патологических митозов; в эпителии гортани и маткичеловека — около 2 %.

3. Многоядерность – это увеличение количества ядер в клетке. Обычно возникает при разобщении кариокинеза и цитокинеза: число ядер увеличивается, но клетки не делятся. В других случаях возникает вследствие слияния одноядерных клеток. Многоядерность характерна для низших эукариот.

Сперматогенез

При сперматогенезе цитоплазма исходного сперматоцита первого порядка делится (первое деление мейоза) поровну между клетками, давая сперматоциты второго порядка. Второе деление мейоза приводит к образованию гаплоидных сперматоцитов второго порядка. Затем происходит созревание без деления клетки, большая часть цитоплазмы отбрасывается, и получаются сперматозоиды, содержащие гаплоидный набор хромосом очень мало цитоплазмы.Сперматозоид имеет головку, в которую плотно упакована ДНК. Головка сперматозоида окружена очень тонким слоем цитоплазмы. На ее переднем конце находится структура, называемая акросомой. Эта структура содержит ферменты, позволяющие сперматозоиду проникнуть через оболочку яйцеклетки. Сперматозоид имеет хвостик. Часть хвостика, прилегающая к головке ("шейка"), окружена митохондриями. Они необходимы, чтобы обеспечить биение хвостика и движение сперматозоида в желательном ему направлении. На сперматозоиде имеется для выбора направления движения хеморецепторы, сходные с обонятельными клетками.

Созревание спермиев происходит в семенных канальцах тестикул. При превращении исходной клетки, сперматогония, в сперматоцит, сперматиды и зрелый сперматозоид происходит перемещение клетки от базальной мембраны семенного канатика к его полости. После созревания сперматозоиды отделяются, попадая в просвет семенных канальцев, и готовы к движению в поисках яйцеклетки и оплодотворению. Процесс созревания длится примерно три месяца

Этапы гаметогенеза

1. Размножение
Будущие половые клетки образуются из "заготовок" - специальных клеток с двойным (диплойдным) набором хромосом, которые называются овогонии (женские) и сперматогонии (мужские клетки).
И сначала эти клетки энергично делятся, делятся митозом, чтобы увеличить свое количество.
Овогонии размножаются тогда, когда человека и женщиной-то назвать еще нельзя, это еще эмбрион. Т.е. женский организм рождается уже с определенным количеством овогоний. По истечении 7 месяцев развития эмбриона клетки приступают к мейозу. Сперматогонии размножаются в течение всего репродуктивного периода мужского организма.

2. Рост
Рост, увеличение в размерах, к накопление питательных веществ - все это характеристики этапа роста, подготовки к делению - к мейозу 1. Именно на этой стадии эти клетки уже называют овоцитами и сперматоцитами I порядка.
Важно: на этом этапе кол-во хромосом остаеься то же, а вот ДНК удваивается!

3. Созревание
Собственно, мейоз - 2 последовательных деления: мейоз 1 и мейоз 2. И вот здесь имеет смысл разобрать отдельно образование женской половой клетки и мужской.

Женская половая клетка:

§ происходит мейоз 1 - количество хромосом уменьшается вдвое. Образуется овоцит II порядка.

§ Второе деление - мейоз 2 - образуются четыре гаплойдные клетки: зрелую яйцеклетку и 3 редукционных тельца. В яйцеклетке будет больший запас питательных веществ. Она даст начало (при оплодотворении) новому живому организму. Поэтому такое неравномерное распределение обеспечивает появление крупной, богатой питательными веществами клетки - яйцеклетки. На этом этапе гаметогенез для яйцеклетки закончен, и она готова выполнять свои функции - быть оплодотворенной мужской половой клеткой.

Мужская половая клетка:

§ происходит мейоз 1 - количество хромосом уменьшается вдвое. Образуется сперматоцит II порядка.

§ Второе деление - мейоз 2 - образуются четыре гаплойдные клетки - сперматиды. Они переходят на 4-ю стадию процесса.

4. Формирование (спермиогенез)

Клетки "доформировываются". Им предстоит долгий и трудный путь до яйцеклетки. уплотняется ядро, хромосомы спирализуются, цитоплазма уходит; формируется жгутик - именно за счет него сперматозойд осущствляет поступательное движение, в нем должно быть много белки и митохондрии. Спринтер готов.

1. При гаметогенезе образуются половые клетки: мужские (сперматозойды) и женские (яйцеклетки).

2. И те, и другие содержат гаплойдный (1n) набор хромосом.

3. В результате гаметогенеза образуется 1 функциональная яйцеклетка и несколько сперматозойдов.

4. Овогенез и гаметогенез различаются по времени прохождения процессов и по количеству стадий.

 

Процесс рекомбинации

Допустим, что в популяции диплоидных организмов, размножающихся половым путем, в двух независимо распределяющихся генах А и В возникли новые мутации. Большую часть этих девяти генотипов составляют новые генотипы. В начале процесса в популяции было три генотипа (ААВВ, АаВВ и ААВb); спустя два поколения она содержала девять генотипов, в том числе такие новые рекомбинантные типы, как ааВb и aabb,

Для того чтобы произошла рекомбинация, гены А и В необязательно должны быть независимы. Гены A и B могут рекомбинироваться, находясь в разных хромосомах или же в разных локусах одной хромосомы. Сцепление, если только оно не слишком тесное, снижает частоту рекомбинаций, но не предотвращает их образования.

В рекомбинации генов участвуют два процесса: независимое распределение негомологичных хромосом и кроссинговер между негомологичными хромосомами.

Рекомбинация сцепленных генов происходит в результате кроссинговера. Если сцепленные гены занимают локусы, находящиеся очень близко друг от друга, то кроссинговер случается редко. Появление рекомбинантов среди потомков в этом случае также наблюдается редко. Рекомбинанты ведут себя так же, как и мутанты.

 

МЕЙОЗ

Суть мейоза - уменьшение числа нитей хроматина вдвое (генетическая формула nc) и расхождение гомологичных хромосом в разные клетки.

Мейоз состоит из двух достаточно быстро сменяющих друг друга этапов - редукционного и эквационного делений. Удвоение ДНК для этих процессов происходит только один раз, на стадии роста. Второе мейотическое деление следует практически сразу после завершения первого, так что наследственный материал синтезируется в коротком промежутке между ними. Первое мейотическое деление названо редукционным, поскольку его результатом является уменьшение числа хромосом вдвое (редукция) при сохранении их двунитчатой структуры (генетическая формула n2c).

Мейоз состоит из 2 последовательных делений с короткой интерфазой между ними.

· Профаза I — профаза первого деления очень сложная и состоит из 5 стадий:

· Лептотена или лептонема — упаковка хромосом, конденсация ДНК с образованием хромосом в виде тонких нитей (хромосомы укорачиваются).

· Зиготена или зигонема — происходит конъюгация — соединение гомологичных хромосом с образованием структур, состоящих из двух соединённых хромосом, называемых тетрадами или бивалентами и их дальнейшая компактизация.

· Пахитена или пахинема — (самая длительная стадия) — в некоторых местах гомологичные хромосомы плотно соединяются, образуя хиазмы. В них происходит кроссинговер — обмен участками между гомологичными хромосомами.

· Диплотена или диплонема — происходит частичная деконденсация хромосом, при этом часть генома может работать, происходят процессы транскрипции (образование РНК), трансляции (синтез белка); гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой. У некоторых животных в ооцитах хромосомы на этой стадии профазы мейоза приобретают характерную форму хромосом типа ламповых щёток.

· Диакинез — ДНК снова максимально конденсируется, синтетические процессы прекращаются, растворяется ядерная оболочка; центриоли расходятся к полюсам; гомологичные хромосомы остаются соединёнными между собой.

К концу Профазы I центриоли мигрируют к полюсам клетки, формируются нити веретена деления, разрушаются ядерная мембрана и ядрышки

· Метафаза I — бивалентные хромосомы выстраиваются вдоль экватора клетки.

· Анафаза I — микротрубочки сокращаются, биваленты делятся и хромосомы расходятся к полюсам. Важно отметить, что, из-за конъюгации хромосом в зиготене, к полюсам расходятся целые хромосомы, состоящие из двух хроматид каждая, а не отдельные хроматиды, как в митозе.

· Телофаза I — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

Второе деление мейоза следует непосредственно за первым, без выраженной интерфазы: S-период отсутствует, поскольку перед вторым делением не происходит репликации ДНК.

· Профаза II — происходит конденсация хромосом, клеточный центр делится и продукты его деления расходятся к полюсам ядра, разрушается ядерная оболочка, образуется веретено деления.

· Метафаза II — унивалентные хромосомы (состоящие из двух хроматид каждая) располагаются на «экваторе» (на равном расстоянии от «полюсов» ядра) в одной плоскости, образуя так называемую метафазную пластинку.

· Анафаза II — униваленты делятся и хроматиды расходятся к полюсам.

· Телофаза II — хромосомы деспирализуются и появляется ядерная оболочка.

В результате из одной диплоидной клетки образуется четыре гаплоидных клетки. В тех случаях, когда мейоз сопряжён с гаметогенезом (например, у многоклеточных животных), при развитиияйцеклеток первое и второе деления мейоза резко неравномерны. В результате формируется одна гаплоидная яйцеклетка и три так называемых редукционных тельца (абортивные дериваты первого и второго делений).

Строение ген

• Генетический материал внутри гена сложно организован и имеет линейный порядок
• Ген состоит из многих мутационных мест (сайтов), разделяемых при рекомбинации

• Ген у эукариот состоит из нескольких обязательных элементов:

• регуляторная зона - регулирует активность гена в той или иной ткани на определённой стадии онтогенеза
• промотор - последовательность ДНК до 80 -100 пар нуклеотидов, ответственная за связывание РНК-полимеразы, осуществляющей транскрипцию данного гена
• структурная зона - часть гена, содержащая информацию о первичной структуре соответствующего белка-фермента (существенно короче регуляторной зоны, но несколько тысяч пар нуклеотидов)
• терминатор - последовательность нуклеотидов в конце гена, прекращающая транскрипцию

• структурная часть гена состоит из нуклеотидных последовательностей двух типов:

1. Экзоны - участки ДНК, несущие информацию о строении белка (входят в состав зрелой и-РНК)

2. Интроны - участки ДНК не кодирующие структуру белка (транскрибируются, но в состав зрелой и-РНК не входят, т. к. «вырезаются» в процессе сплайсинга)

Сплайсинг - ферментативный процесс вырезания интронов из молекулы РНК и сращивания экзонов при образовании зрелой и-РНК

Генотип - совокупность всех аллелей (генов) организма, полученных от родителей (вся совокупность наследственной информации организма); совокупность генов диплоидного набора хромосом клетки
генотип будучи дискретным (состоящим из отдельных генов) функционирует как единое целое

Геном - совокупность генов, содержащихся в гаплоидном наборе хромосом клетки

Фенотип - совокупность всех внутренних и внешних признаков и свойств особи, сформировавшаяся на основе генотипа в процессе её онтогенеза, т. е. реализованная часть генотипа

Свойства гена

1. дискретность — несмешиваемость генов;

2. стабильность — способность сохранять структуру;

3. лабильность — способность многократно мутировать;

4. множественный аллелизм — многие гены существуют в популяции во множестве молекулярных форм;

5. аллельность — в генотипе диплоидных организмов только две формы гена;

6. специфичность — каждый ген кодирует свой признак;

7. плейотропия — множественный эффект гена;

8. экспрессивность — степень выраженности гена в признаке;

9. пенетрантность — частота проявления гена в фенотипе;

10. амплификация — увеличение количества копий гена.

Функции генов
В процессе реализации наследственной информации, заключенной в гене, проявляется целый ряд его свойств. Определяя возможность развития отдельного качества, присущего данной клетке или организму, ген характеризуется дискретностью действия. Дискретность наследственного материала, подразумевает делимость его на части, являющиеся элементарными единицами, - гены. В настоящее время ген рассматривают как единицу генетической функции. Он представляет собой минимальное количество наследственного материала, которое необходимо для синтеза тРНК, рРНК или полипептида с определенными свойствами. Ген несет ответственность за формирование и передачу по наследству отдельного признака или свойства клеток, организмов данного вида. Кроме того, изменение структуры гена, возникающее в разных его участках, в конечном итоге приводит к изменению соответствующего элементарного признака.
Ввиду того что в гене заключается информация об аминокислотной последовательности определенного полипептида, его действие является специфичным. под плейотропным действием гена принято понимать участие его продукта – полипептида – в разных биохимических процессах, имеющих отношение к формированию различных сложных признаков
ген характеризуется дозированностью действия, т.е. количественной зависимостью результата его экспрессии от дозы соответствующего аллеля этого гена. Примером может служить зависимость степени нарушения транспортных свойств гемоглобина у человека при серповидно-клеточной анемии от дозы аллеля. Наличие в генотипе человека двойной дозы этого аллеля, приводящего к изменению структуры β-глобиновых цепей гемоглобина, сопровождается грубым нарушением формы эритроцитов и развитием клинически выраженной картины анемии вплоть до гибели.

Классификация генов

 

1. Структурные гены - гены, кодирующие развитие конкретных признаков (продуктом первичной активности гена является либо и-РНК и далее полипептид, либо р-РНК и т-РНК)

2. Гены - модуляторы - гены, смещающие развитие признака в ту или иную сторону (например, частоту мутирования структурных генов); могут быть ингибиторами или супрессорами, подавляющими активность или интенсификаторами - повышающими активность генов

3.
Гены - регуляторы - гены, регулирующие активность структурных генов (время включения различных локусов в онтогенезе)

Секвенирование по Сэнгеру

При секвенировании по Сенгеру происходит гибридизация синтетического олигонуклеотида. Этот олигонуклеотид является праймером, поставляющим 3'-гидроксильную группу для инициации синтеза цепи, комплементарной матрице.

Раствор с праймером распределяют по четырем пробиркам, в каждой из которых находятся четыре дезоксинуклеотида,. Дидезоксинуклеотид включается по всем позициям в смеси растущих цепей, и после его присоединения рост цепи сразу останавливается.

В результате этого в каждой из четырех пробирок при участии ДНК-полимеразы образуется уникальный набор олигонуклеотидов разной длины, включающих праймерную последовательность. Далее в пробирки добавляют формамид для расхождения цепей и проводят электрофорез в полиакриламидном геле на четырёх дорожках.

Первым методом секвенирования, который учёные сумели применить для обработки целых геномов, стало секвенирование по Сэнгеру. Смысл таков: участок ДНК клонируется, после чего полученная смесь делится на четыре части. Каждая часть помещается в активную среду, где присутствуют:
(1) ДНК-полимераза, которая, как мы уже выяснили, занимается репликацией,
(2) праймеры, необходимые для начала процесса репликации,
(3) смесь всех четырёх нуклеотидов, которые будут служить «кирпичиками» для строительства новых копий ДНК,
(4) и, главное, специальные вариации одного из нуклеотидов (ровно один вид нуклеотидов для каждой части), которые прекращают дальнейшее копирование молекулы ДНК.
Современные секвенаторы – это так называемые секвенаторы второго поколения (SGS, second generation sequencing). В них участки ДНК по-прежнему многократно клонируются, но процесс чтения устроен не так, как у Сэнгера.

  Метод Эдмана /Суть метода заключается в обработке исследуемого пептида определенным набором реагентов, что приводит к отщеплению одной аминокислоты с N-конца последовательности. Циклическое повторение реакции и анализ продуктов реакций дают информацию о последовательности аминокислот в пептиде.

Метод Нозерн-блотт

Блоттингом (буквально - промакивание) называют перенос фрагментов макромолекул (ДНК, РНК), разделенных с помощью электрофореза в геле, на твердую подложку - мембрану. В исследованиях генома человека часто используют метод блоттинга, разработанный Саузерном, при котором олигонуклеотидный зонд, находящийся в растворе, гибридизуется с ДНК, адсорбированной на мембране. Геномную ДНК (обычно выделенную из лейкоцитов или клеток плода) расщепляют на короткие фрагменты, разделяют их в агарозном геле, переносят на мембрану, после чего идентифицируют специфические участки с помощью гибридизации с олигонуклеотидными зондами.

Саузерн-блот гибридизация - метод анализа структуры заданной области генома, основанный на:

- 1) расщеплении геномной ДНК с помощью эндонуклеаз рестрикции; Эндонуклеазы рестрикции, рестриктазы — группа ферментов, относящихся к классу гидролаз, катализирующих реакцию гидролиза нуклеиновых кислот.

- 2) разделении множества полученных фрагментов с помощью электрофореза в плоской пластине агарозного или другого геля;

- 3) перенесении продуктов разделения на лист пористого материала, например, на нитроцеллюлозный фильтр таким образом, что все фрагменты ДНК переносятся на фильтр и закрепляются на нем, создавая отпечаток, идентичный распределению фрагментов в геле после разделения;

- 4) гибридизации фильтра с меченым радиоактивно или с помощью красителя фрагментом ДНК или РНК (пробой), который по последовательности соответствует анализируемому участку генома. В результате, проба за счет комплементарных взаимодействий связывается с теми участками фильтра, где находятся исследуемые фрагменты генома, и положение этих фрагментов идентифицируется по положению метки из пробы на фильтре.

с помощью Саузерн-блот гибридизации удается определять идентичность или различие длин фрагментов (полиморфизм длин рестриктных фрагментов, ПДРФ), получаемых при рестриктном расщеплении одного и того же локуса в разных сравниваемых геномах.

Нозерн-блот — метод исследования экспрессии генов путём тестирования молекул РНК (мРНК) и их фрагментов в образцах.

Основным отличием метода нозерн-блот от Саузерн-блот является то, что определяемым субстратом является не ДНК, а РНК. Это обуславливает различия в методике — вместо нитроцеллюлозного используется фильтр из диазобензилоксиметил-целлюлозы, в качестве зондов используют комплементар