Genetinio kodo reikšmė. Genetinio kodo nedviprasmiškumas pasireiškia tuo

Genetinis kodas- genetinės informacijos įrašymo į DNR (RNR) sistema tam tikros nukleotidų sekos pavidalu Tam tikra nukleotidų seka DNR ir RNR atitinka tam tikrą aminorūgščių seką baltymų polipeptidinėse grandinėse. Įprasta kodą rašyti didžiosiomis rusų raidėmis arba Lotynų abėcėlė. Kiekvienas nukleotidas žymimas raide, kuria prasideda azoto bazės, kuri yra jo molekulės dalis, pavadinimas: A (A) - adeninas, G (G) - guaninas, C (C) - citozinas, T (T) - timinas. ; RNR vietoj timinuracilo – U (U). Nukleotidų seka lemia AA įsijungimo į sintezuojamą baltymą seką.

Genetinio kodo savybės:

1. Trigubas- reikšmingas kodo vienetas yra trijų nukleotidų derinys (tripletas arba kodonas).
2. Tęstinumas- tarp trynukų nėra skyrybos ženklų, tai yra, informacija skaitoma nuolat.
3. Nepersidengimas- tas pats nukleotidas vienu metu negali būti dviejų ar daugiau tripletų dalis (nepastebėta kai kuriems persidengiantiems virusų, mitochondrijų ir bakterijų genams, koduojantiems kelis kadrų poslinkio baltymus).
4. Unikalumas(specifiškumas) - tam tikras kodonas atitinka tik vieną aminorūgštį (tačiau UGA kodonas Euplotescrassus koduoja dvi aminorūgštis - cisteiną ir selenocisteiną)
5. Degeneracija(redundancija) – tą pačią aminorūgštį gali atitikti keli kodonai.
6. Universalumas- genetinis kodas vienodai veikia įvairaus sudėtingumo organizmuose – nuo ​​virusų iki žmonių (tuo pagrįsti genų inžinerijos metodai; yra nemažai išimčių, pateiktų lentelėje, esančioje skiltyje „Standartinės genetinės normos variacijos kodas“ žemiau).

Biosintezės sąlygos

Baltymų biosintezei reikalinga genetinė DNR molekulės informacija; informacinė RNR – šios informacijos nešėja iš branduolio į sintezės vietą; ribosomos – organelės, kuriose vyksta tikroji baltymų sintezė; aminorūgščių rinkinys citoplazmoje; transportuoti RNR, koduojančias aminorūgštis ir nunešti jas į sintezės vietą ribosomose; ATP yra medžiaga, suteikianti energijos kodavimo ir biosintezės procesui.

Etapai

Transkripcija- visų tipų RNR biosintezės DNR matricoje procesas, vykstantis branduolyje.

Tam tikra DNR molekulės dalis yra despiralizuojama, vandeniliniai ryšiai tarp dviejų grandinių sunaikinami veikiant fermentams. Vienoje DNR grandinėje, kaip ir matricoje, pagal komplementarumo principą iš nukleotidų sintetinama RNR kopija. Priklausomai nuo DNR srities, tokiu būdu sintetinamos ribosominės, transportinės ir informacinės RNR.

Po mRNR sintezės ji palieka branduolį ir patenka į citoplazmą į baltymų sintezės vietą ribosomose.

Transliacija- polipeptidinių grandinių sintezės procesas, atliekamas ribosomose, kur mRNR yra tarpininkas perduodant informaciją apie pirminę baltymo struktūrą.

Baltymų biosintezė susideda iš daugybės reakcijų.

1. Aminorūgščių aktyvinimas ir kodavimas. tRNR turi dobilo lapo formą, kurios centrinėje kilpoje yra tripletas antikodonas, atitinkantis tam tikros aminorūgšties kodą ir kodonas ant mRNR. Kiekviena aminorūgštis yra prijungta prie atitinkamos tRNR, naudojant ATP energiją. Susidaro tRNR-aminorūgščių kompleksas, kuris patenka į ribosomas.

2. iRNR-ribosomų komplekso susidarymas. mRNR citoplazmoje yra sujungta ribosomomis ant granuliuoto ER.

3. Polipeptidinės grandinės surinkimas. tRNR su aminorūgštimis pagal antikodono komplementarumo su kodonu principą susijungia su mRNR ir patenka į ribosomą. Ribosomos peptidiniame centre tarp dviejų aminorūgščių susidaro peptidinis ryšys, o išsiskyrusi tRNR palieka ribosomą. Tuo pačiu metu mRNR kiekvieną kartą pajudina po vieną tripletą, įvesdama naują tRNR – aminorūgštį ir pašalindama iš ribosomos išleistą tRNR. Visas procesas yra maitinamas ATP. Viena mRNR gali susijungti su keliomis ribosomomis, sudarydama polisomą, kurioje vienu metu sintetinama daug vieno baltymo molekulių. Sintezė baigiasi, kai mRNR prasideda beprasmiai kodonai (stop kodai). Ribosomos atskiriamos nuo mRNR, iš jų pašalinamos polipeptidinės grandinės. Kadangi visas sintezės procesas vyksta granuliuotame endoplazminiame tinkle, susidariusios polipeptidinės grandinės patenka į EPS kanalėlius, kur įgauna galutinę struktūrą ir virsta baltymų molekulėmis.

Visas sintezės reakcijas katalizuoja specialūs fermentai, naudojantys ATP energiją. Sintezės greitis yra labai didelis ir priklauso nuo polipeptido ilgio. Pavyzdžiui, Escherichia coli ribosomoje 300 aminorūgščių baltymas susintetinamas maždaug per 15-20 sekundžių.

Ląstelėje vykstančio transkripcijos proceso dėka informacija iš DNR perduodama į baltymą: DNR – i-RNR – baltymas. Genetinė informacija, esanti DNR ir mRNR, yra molekulių nukleotidų sekoje. Kaip vyksta informacijos vertimas iš nukleotidų „kalbos“ į aminorūgščių „kalbą“? Šis vertimas atliekamas naudojant genetinį kodą. Kodas arba šifras yra simbolių sistema, skirta vienos formos informacijai paversti kita. Genetinis kodas yra sistema, skirta įrašyti informaciją apie aminorūgščių seką baltymuose, naudojant nukleotidų seką pasiuntinio RNR. Kiek informacijos prasmės supratimui ir išsaugojimui svarbi tų pačių elementų (keturių nukleotidų RNR) seka, galima pamatyti pateikus paprastą pavyzdį: žodžio kode pertvarkydami raides, gauname kitos reikšmės žodį doc. Kokios yra genetinio kodo savybės?

1. Kodas yra trigubas. RNR susideda iš 4 nukleotidų: A, G, C, U. Jei bandytume vieną aminorūgštį pažymėti vienu nukleotidu, tai 16 iš 20 aminorūgščių liktų neužšifruotos. Dviejų raidžių kodas koduotų 16 aminorūgščių (iš keturių nukleotidų galima sudaryti 16 skirtingų derinių, kurių kiekvienas turi po du nukleotidus). Gamta sukūrė trijų raidžių arba trigubą kodą. Tai reiškia, kad kiekviena iš 20 aminorūgščių yra užkoduota trijų nukleotidų seka, vadinama tripletu arba kodonu. Iš 4 nukleotidų galite sukurti 64 skirtingus derinius po 3 nukleotidus (4*4*4=64). To pakanka 20 aminorūgščių kodavimui ir, atrodytų, 44 kodonai yra pertekliniai. Tačiau taip nėra.

2. Kodas yra išsigimęs. Tai reiškia, kad kiekviena aminorūgštis yra koduota daugiau nei vienu kodonu (nuo dviejų iki šešių). Išimtis yra aminorūgštys metioninas ir triptofanas, kurių kiekvieną koduoja tik vienas tripletas. (Tai matyti iš genetinio kodo lentelės.) Tai, kad metioniną koduoja vienas tripletas OUT, turi ypatingą reikšmę, kuri jums paaiškės vėliau (16).

3. Kodas vienareikšmis. Kiekvienas kodonas koduoja tik vieną aminorūgštį. Visiems sveikiems žmonėms informaciją apie hemoglobino beta grandinę nešančiame gene, GAA arba GAG triplete, šeštoje vietoje esantis I koduoja glutamo rūgštį. Sergantiesiems pjautuvo pavidalo ląstelių anemija antrasis nukleotidas šiame triplete pakeičiamas U. Kaip matyti iš lentelės, tokiu atveju susidarę tripletai GUA arba GUG koduoja aminorūgštį valiną. Prie ko toks pakeitimas veda, jau žinote iš skyriaus apie DNR.

4. Tarp genų yra „skyrybos ženklai“. Spausdintame tekste kiekvienos frazės pabaigoje yra taškas. Kelios susijusios frazės sudaro pastraipą. Genetinės informacijos kalba tokia pastraipa yra operonas ir jį papildanti mRNR. Kiekvienas operono genas koduoja vieną polipeptidinę grandinę – frazę. Kadangi daugeliu atvejų išilgai mRNR šablono nuosekliai sukuriamos kelios skirtingos polipeptidinės grandinės, jos turi būti atskirtos viena nuo kitos. Tam genetiniame kode yra trys specialūs tripletai - UAA, UAG, UGA, kurių kiekvienas rodo vienos polipeptidinės grandinės sintezės nutraukimą. Taigi šie trynukai atlieka skyrybos ženklų funkciją. Jie yra kiekvieno geno gale. Geno viduje nėra „skyrybos ženklų“. Kadangi genetinis kodas yra kaip kalba, paanalizuokime šią savybę tokios iš trynukų sukomponuotos frazės pavyzdžiu: katė gyveno ramiai, ta katė ant manęs pyko. Reikšmė to, kas parašyta, aiški, nepaisant to, kad nėra "skyrybos ženklų. Jei pirmame žodyje pašaliname vieną raidę (vieną nukleotidą gene), bet skaitome ir trigubas raides, tada gauname nesąmonę: ilb ylk ott ihb yls yls erm ilm no otk from atsiranda, kai gene trūksta vieno ar dviejų nukleotidų. Baltymas, kuris bus nuskaitytas iš tokio pažeisto geno, neturės nieko bendra su baltymu, kurį užkodavo normalus genas.

6. Kodas yra universalus. Visų Žemėje gyvenančių būtybių genetinis kodas yra vienodas. Bakterijose ir grybuose, kviečiuose ir medvilnėje, žuvyse ir kirmėlėse, varlėse ir žmonėse tie patys trynukai koduoja tas pačias aminorūgštis.

Genetinis kodas- vieninga paveldimos informacijos įrašymo į nukleorūgščių molekules sistema nukleotidų sekos pavidalu. Genetinis kodas pagrįstas abėcėlės, kurią sudaro tik keturios raidės A, T, C, G, atitinkančios DNR nukleotidus, naudojimu. Iš viso yra 20 rūšių aminorūgščių. Iš 64 kodonų trys – UAA, UAG, UGA – nekoduoja aminorūgščių, buvo vadinami nonsense kodonais, atlieka skyrybos ženklų funkciją. Kodonas (koduojantis trinukleotidas) – genetinio kodo vienetas, DNR arba RNR nukleotidų liekanų tripletas (tripletas), koduojantis vienos aminorūgšties įtraukimą. Patys genai nedalyvauja baltymų sintezėje. Tarpininkas tarp geno ir baltymo yra mRNR. Genetinio kodo struktūrai būdinga tai, kad jis yra tripletas, tai yra, jis susideda iš azotinių DNR bazių tripletų (trigubų), vadinamų kodonais. Nuo 64

Genų savybės. kodas
1) Tripletiškumas: vieną aminorūgštį koduoja trys nukleotidai. Šie 3 nukleotidai DNR
vadinami tripletais, mRNR – kodonu, tRNR – antikodonu.
2) Perteklius (degeneracija): yra tik 20 aminorūgščių, o aminorūgštis koduoja 61 tripletas, todėl kiekvieną aminorūgštį koduoja keli tripletai.
3) Unikalumas: kiekvienas tripletas (kodonas) koduoja tik vieną aminorūgštį.
4) Universalumas: genetinis kodas yra vienodas visiems gyviems organizmams Žemėje.
5.) kodonų tęstinumas ir nenuginčijamumas skaitymo metu. Tai reiškia, kad nukleotidų seka skaitoma trigubai po tripleto be tarpų, o kaimyniniai tripletai nesutampa.

88. Paveldimumas ir kintamumas yra pagrindinės gyvųjų savybių savybės. Darvino supratimas apie paveldimumo ir kintamumo reiškinius.
paveldimumas vadinama bendra visų organizmų savybe išsaugoti ir perduoti savybes iš tėvų palikuonims. Paveldimumas- tai organizmų savybė kartomis atgaminti panašų metabolizmo tipą, kuris susiformavo proceso metu istorinė raida rūšis ir pasireiškia tam tikromis sąlygomis išorinė aplinka.
Kintamumas vyksta kokybinių skirtumų tarp tos pačios rūšies individų atsiradimo procesas, kuris išreiškiamas arba tik vieno fenotipo išorinės aplinkos pasikeitimu, arba genetiškai nulemtais paveldimais pokyčiais, atsirandančiais dėl kombinacijų, rekombinacijų ir mutacijų, kurios atsiranda keliose iš eilės kartose ir populiacijose.
Darvino supratimas apie paveldimumą ir kintamumą.
Pagal paveldimumą Darvinas suprato organizmų gebėjimą išsaugoti savo rūšis, veisles ir individualios savybės. Ši savybė buvo gerai žinoma ir atspindėjo paveldimą kintamumą. Darvinas detaliai išanalizavo paveldimumo svarbą evoliucijos procese. Jis atkreipė dėmesį į pirmosios kartos vienspalvių hibridų ir antrosios kartos charakterių skilimo atvejus, žinojo apie paveldimumą, susijusį su seksu, hibridinius atavizmus ir daugybę kitų paveldimumo reiškinių.
Kintamumas. Lygindamas daugybę gyvūnų ir augalų veislių, Darvinas pastebėjo, kad bet kokios rūšies gyvūnuose ir augaluose, o kultūroje, bet kurioje veislėje ir veislėje, nėra identiškų individų. Darvinas padarė išvadą, kad visiems gyvūnams ir augalams būdingas kintamumas.
Analizuodamas medžiagą apie gyvūnų kintamumą, mokslininkas pastebėjo, kad kintamumui sukelti pakanka bet kokio sulaikymo sąlygų pakeitimo. Taigi pagal kintamumą Darvinas suprato organizmų gebėjimą įgyti naujų savybių veikiant aplinkos sąlygoms. Jis išskyrė šias kintamumo formas:
Tam tikras (grupinis) kintamumas(dabar vadinamas modifikacija) – panašus visų palikuonių individų pokytis viena kryptimi dėl įtakos tam tikromis sąlygomis. Tam tikri pokyčiai paprastai nėra paveldimi.
Neaiškus individualus kintamumas(dabar vadinamas genotipinis) – tos pačios rūšies, veislės, veislės individų įvairių smulkių skirtumų atsiradimas, kuriais, egzistuodamas panašiomis sąlygomis, vienas individas skiriasi nuo kitų. Toks daugiakryptis kintamumas yra neapibrėžtos egzistencijos sąlygų įtakos kiekvienam individui pasekmė.
Koreliacinis(arba santykinis) kintamumas. Darvinas organizmą suprato kaip vientisą sistemą, kurios atskiros dalys yra glaudžiai tarpusavyje susijusios. Todėl pasikeitus vienos dalies struktūrai ar funkcijai, dažnai pasikeičia kita ar kitos. Tokio kintamumo pavyzdys yra ryšys tarp veikiančio raumens išsivystymo ir kaulo, prie kurio jis pritvirtintas, keteros susidarymo. Daugelio braidžiojančių paukščių kaklo ilgis ir galūnių ilgis yra susiję: paukščiai su ilgas kaklas Jie taip pat turi ilgas galūnes.
Kompensacinis kintamumas susideda iš to, kad kai kurių organų ar funkcijų vystymasis dažnai yra kitų priespaudos priežastis, t. y. pastebima atvirkštinė koreliacija, pavyzdžiui, tarp galvijų pieningumo ir mėsingumo.

89. Modifikacijos kintamumas. Genetiškai nulemtų savybių reakcijos greitis. Fenokopijos.
Fenotipinis kintamumas apima tiesioginių požymių būklės pokyčius, atsirandančius veikiant vystymosi sąlygoms ar aplinkos veiksniams. Modifikacijos kintamumo diapazoną riboja reakcijos greitis. Atsiradęs specifinis požymio modifikacijos pokytis nėra paveldimas, tačiau modifikacijos kintamumo diapazonas yra dėl paveldimumo.Šiuo atveju paveldima medžiaga pokytyje nedalyvauja.
reakcijos greitis- tai yra požymio modifikavimo kintamumo riba. Paveldimas reakcijos greitis, o ne pačios modifikacijos, t.y. gebėjimas išsiugdyti požymį, o jo pasireiškimo forma priklauso nuo aplinkos sąlygų. Reakcijos greitis yra specifinė kiekybinė ir kokybinė genotipo charakteristika. Yra ženklai su plačia reakcijos norma, siaura () ir vienareikšmiška norma. reakcijos greitis turi ribas arba ribas kiekvienai biologinei rūšiai (apatinė ir viršutinė) – pavyzdžiui, padidėjus šėrimui padidės gyvūno masė, tačiau tai bus įprasta šiai rūšiai ar veislei būdinga reakcija. Reakcijos greitis yra genetiškai nulemtas ir paveldimas. Skirtingiems požymiams reakcijos normos ribos labai skiriasi. Pavyzdžiui, primilžio vertė, javų produktyvumas ir daugelis kitų kiekybinių požymių turi plačias reakcijos normos ribas, o daugumos gyvulių spalvos intensyvumas ir daugelis kitų kokybinių požymių turi siauras ribas. Veikiant kai kuriems žalingiems veiksniams, su kuriais žmogus nesusiduria evoliucijos procese, modifikacijos kintamumo galimybė, lemianti reakcijos normas, yra atmesta.
Fenokopijos- fenotipo pokyčiai, veikiami nepalankių aplinkos veiksnių, panašūs į mutacijas. Gautos fenotipinės modifikacijos nėra paveldimos. Nustatyta, kad fenokopijų atsiradimas yra susijęs su išorinių sąlygų įtaka tam tikram ribotam vystymosi etapui. Be to, tas pats agentas, priklausomai nuo to, kurią fazę veikia, gali kopijuoti skirtingas mutacijas arba viena stadija reaguoja į vieną agentą, kita į kitą. Tam pačiam fenokopijai sukelti gali būti naudojami skirtingi agentai, o tai rodo, kad nėra ryšio tarp pokyčio rezultato ir įtaką darančio veiksnio. Sudėtingiausius genetinius vystymosi sutrikimus gana lengva atgaminti, o požymius daug sunkiau.

90. Pritaikomas modifikacijos pobūdis. Paveldimumo ir aplinkos vaidmuo žmogaus raidoje, lavinime ir ugdyme.
Modifikacijos kintamumas atitinka buveinės sąlygas, turi adaptacinį pobūdį. Tokios ypatybės kaip augalų ir gyvūnų augimas, jų svoris, spalva ir kt. gali keistis. Modifikacijos pokyčiai atsiranda dėl to, kad aplinkos sąlygos veikia besivystančiame organizme vykstančias fermentines reakcijas ir tam tikru mastu keičia jų eigą.
Kadangi paveldimos informacijos fenotipinis pasireiškimas gali būti modifikuojamas aplinkos sąlygų, tai organizmo genotipe užprogramuota tik jų susidarymo galimybė tam tikrose ribose, vadinama reakcijos norma. Reakcijos greitis parodo tam tikram genotipui leidžiamo požymio modifikavimo kintamumo ribas.
Požymio raiškos laipsnis įgyvendinant genotipą įvairiomis sąlygomis vadinamas ekspresyvumu. Tai siejama su bruožo kintamumu normaliame reakcijos diapazone.
Tas pats bruožas gali pasireikšti kai kuriuose organizmuose, o jo nebūti kituose, turinčiuose tą patį geną. Kiekybinis geno fenotipinės ekspresijos matas vadinamas penetrancija.
Išraiškingumą ir skvarbumą palaiko natūrali atranka. Tiriant žmonių paveldimumą, reikia turėti omenyje abu modelius. Keičiant aplinkos sąlygas, skvarba ir išraiškingumas gali būti paveikti. Tai, kad tas pats genotipas gali būti skirtingų fenotipų vystymosi šaltinis, turi didelę reikšmę medicinai. Tai reiškia, kad našta nebūtinai turi pasirodyti. Daug kas priklauso nuo to, kokiomis sąlygomis žmogus yra. Kai kuriais atvejais ligos, kaip paveldimos informacijos fenotipinės apraiškos, galima išvengti laikantis dietos ar vaistų. Paveldimos informacijos įgyvendinimas priklauso nuo aplinkos, susidariusios remiantis istoriškai nusistovėjusiu genotipu, modifikacijos dažniausiai yra adaptyvios, nes visada yra besivystančio organizmo reakcijų į jį veikiančius padarinys. Aplinkos faktoriai. Skirtingas mutacinių pokyčių pobūdis: jie yra DNR molekulės struktūros pokyčių rezultatas, dėl kurio pažeidžiamas anksčiau nustatytas baltymų sintezės procesas. kai pelės laikomos aukštesnėje temperatūroje, jų palikuonys gimsta pailgomis uodegomis ir išsiplėtusiomis ausimis. Tokia modifikacija yra prisitaikanti, nes išsikišusios dalys (uodega ir ausys) atlieka termoreguliacinį vaidmenį kūne: padidėjus jų paviršiui, padidėja šilumos perdavimas.

Žmogaus genetinis potencialas yra ribotas laike ir gana smarkiai. Jei praleisite ankstyvos socializacijos laikotarpį, jis išnyks neturėdamas laiko suvokti. Puikus pavyzdys Iš šio teiginio yra daug atvejų, kai kūdikiai, susiklosčius aplinkybėms, pateko į džiungles ir keletą metų praleido tarp gyvūnų. Sugrąžinus juos į žmonių bendruomenė jie nebegalėjo visiškai pasivyti: įvaldyti kalbą, įgyti gana sudėtingų įgūdžių žmogaus veikla, jie turi silpnai išsivysčiusias žmogaus psichines funkcijas. Tai liudija, kad būdingi žmogaus elgesio ir veiklos bruožai įgyjami tik per socialinį paveldėjimą, tik perduodant socialinę programą ugdymo ir mokymo procese.

Identiški genotipai (identiškuose dvyniuose), būdami skirtingose ​​aplinkose, gali duoti skirtingus fenotipus. Atsižvelgiant į visus įtakos veiksnius, žmogaus fenotipą galima pavaizduoti kaip susidedantį iš kelių elementų.

Jie apima: genuose užkoduoti biologiniai polinkiai; aplinka (socialinė ir gamtinė); asmens veikla; protas (sąmonė, mąstymas).

Paveldimumo ir aplinkos sąveika žmogaus raidoje vaidina svarbų vaidmenį visą jo gyvenimą. Tačiau ypatingą reikšmę jis įgyja organizmo formavimosi laikotarpiais: embrioniniu, kūdikių, vaikų, paauglių ir jaunatvišku. Būtent šiuo metu stebimas intensyvus kūno vystymosi ir asmenybės formavimosi procesas.

Paveldimumas lemia, kuo gali tapti organizmas, tačiau žmogus vystosi veikiamas vienu metu abiejų veiksnių – paveldimumo ir aplinkos. Šiandien visuotinai pripažįstama, kad žmogaus adaptacija vyksta dviejų paveldimumo programų įtakoje: biologinės ir socialinės. Visi bet kurio individo požymiai ir savybės yra jo genotipo ir aplinkos sąveikos rezultatas. Todėl kiekvienas žmogus yra ir gamtos dalis, ir visuomenės vystymosi produktas.

91. Kombinacinis kintamumas. Kombinacinio kintamumo vertė užtikrinant genotipinę žmonių įvairovę: santuokų sistemos. Medicininiai genetiniai šeimos aspektai.
Derinio kintamumas susijęs su naujų genotipo genų derinių gavimu. Tai pasiekiama dėl trijų procesų: a) nepriklausomo chromosomų divergencijos mejozės metu; b) atsitiktinis jų derinys tręšimo metu; c) genų rekombinacija dėl Crossing over. Patys paveldimieji veiksniai (genai) nesikeičia, tačiau atsiranda naujų jų derinių, dėl kurių atsiranda organizmų su kitomis genotipinėmis ir fenotipinėmis savybėmis. Dėl kombinuoto kintamumo sukuria palikuonių genotipų įvairovę, kuri turi didelę reikšmę evoliucijos procesui dėl to, kad: 1) evoliuciniam procesui skirtos medžiagos įvairovė didėja nesumažinant individų gyvybingumo; 2) plečiasi organizmų prisitaikymo prie kintančių aplinkos sąlygų galimybės ir taip užtikrinamas visos organizmų grupės (populiacijų, rūšių) išlikimas.

Alelių sudėtis ir dažnis žmonėms, populiacijoms labai priklauso nuo santuokų tipų. Šiuo atžvilgiu didelę reikšmę turi santuokų tipų ir jų medicininių bei genetinių pasekmių tyrimas.

Santuokos gali būti: rinkimų, beatodairiškas.

Į beatodairišką apima panmix santuokas. panmiksija(gr. nixis – mišinys) – santuokos tarp skirtingų genotipų žmonių.

Atrankinės santuokos: 1. Outbreeding- santuokos tarp žmonių, kurie pagal anksčiau žinomą genotipą neturi giminystės ryšių, 2.Inbridingas- santuokos tarp giminaičių 3.Teigiamai asortimentas- santuokos tarp asmenų, turinčių panašų fenotipą (kurčias ir nebylys, žemas su žemu, aukštas su aukštu, silpnaprotis su silpnapročiais ir kt.). 4. Neigiamas-assortatyvus-santuokos tarp skirtingų fenotipų žmonių (kurčnebylys-normalus; žemo ūgio; normalus-su strazdanomis ir kt.). 4. Kraujomaiša- santuokos tarp artimų giminaičių (tarp brolio ir sesers).

Inbred ir kraujomaišos santuokos yra draudžiamos įstatymais daugelyje šalių. Deja, yra regionų, kuriuose yra daug giminingų santuokų. Dar visai neseniai kai kuriuose regionuose giminingų santuokų dažnis Centrine Azija siekė 13-15 proc.

Medicininė genetinė reikšmė inbred santuokos yra labai neigiamos. Tokiose santuokose stebima homozigotizacija, autosominių recesyvinių ligų dažnis padidėja 1,5-2 kartus. Inbred populiacijos rodo giminystės depresiją; dažnis staigiai didėja, nepalankių recesyvinių alelių dažnis, didėja kūdikių mirtingumas. Pozityvios asortimentinės santuokos taip pat lemia panašius reiškinius. Outbreeding turi teigiamą genetinę vertę. Tokiose santuokose stebima heterozigotizacija.

92. Mutacijų kintamumas, mutacijų klasifikavimas pagal pakitimo pakitimo lygį paveldima medžiaga. Lytinių ir somatinių ląstelių mutacijos.
mutacija vadinamas pokyčiu dėl besidauginančių struktūrų persitvarkymo, jo genetinio aparato pasikeitimu. Mutacijos atsiranda staiga ir yra paveldimos. Priklausomai nuo paveldimos medžiagos pokyčių lygio, visos mutacijos skirstomos į genetinė, chromosominė ir genominis.
Genų mutacijos, arba transgeneracijos, turi įtakos paties geno struktūrai. Mutacijos gali pakeisti skirtingo ilgio DNR molekulės dalis. Mažiausias plotas, kurio pasikeitimas lemia mutacijos atsiradimą, vadinamas mutonu. Jį gali sudaryti tik pora nukleotidų. Nukleotidų sekos pasikeitimas DNR sukelia tripletų sekos pasikeitimą ir galiausiai baltymų sintezės programą. Reikėtų prisiminti, kad DNR struktūros sutrikimai sukelia mutacijas tik tada, kai neatliekamas remontas.
Chromosomų mutacijos chromosomų pertvarkymus arba aberacijas sudaro chromosomų paveldimos medžiagos kiekio arba persiskirstymo pasikeitimas.
Reorganizacijos skirstomos į nutrichromosominė ir tarpchromosominės. Intrachromosominiai pertvarkymai susideda iš dalies chromosomos praradimo (delecija), kai kurių jos skyrių padvigubinimas arba padauginimas (dubliavimas), chromosomos fragmento pasukimas 180 °, pasikeitus genų sekai (inversija).
Genominės mutacijos susijęs su chromosomų skaičiaus pasikeitimu. Genominės mutacijos apima aneuploidiją, haploidiją ir poliploidiją.
Aneuploidija vadinamas atskirų chromosomų skaičiaus pasikeitimu – nebuvimu (monosomija) arba papildomų (trisomija, tetrasomija, bendruoju atveju polisomija) chromosomų buvimu, t.y., nesubalansuotas chromosomų rinkinys. Ląstelės su pakitusiu chromosomų skaičiumi atsiranda dėl mitozės ar mejozės proceso sutrikimų, todėl skiria mitozinę ir mejotinę aneuploidiją. Vadinamas daugkartinis somatinių ląstelių chromosomų rinkinių skaičiaus sumažėjimas, palyginti su diploidiniu haploidija. Daugkartinis somatinių ląstelių chromosomų rinkinių pritraukimas, palyginti su diploidiniu, vadinamas poliploidija.
Į sąrašą įtrauktos rūšys mutacijos randamos ir lytinėse ląstelėse, ir somatinėse ląstelėse. Mutacijos, atsirandančios lytinėse ląstelėse, vadinamos generatyvinis. Jie perduodami vėlesnėms kartoms.
Mutacijos, atsirandančios kūno ląstelėse tam tikrame organizmo individualaus vystymosi etape, vadinamos somatinės. Tokias mutacijas paveldi tik tos ląstelės, kurioje jos įvyko, palikuonys.

93. Genų mutacijos, molekuliniai atsiradimo mechanizmai, mutacijų dažnis gamtoje. Biologiniai antimutacijos mechanizmai.
Šiuolaikinė genetika tai pabrėžia genų mutacijos susideda iš genų cheminės struktūros pakeitimo. Konkrečiai, genų mutacijos yra bazinių porų pakaitalai, įterpimai, ištrynimai ir praradimai. Mažiausia DNR molekulės dalis, kurios pasikeitimas sukelia mutaciją, vadinama mutonu. Jis lygus vienai nukleotidų porai.
Yra keletas genų mutacijų klasifikacijų. . Spontaniškas(spontaniška) – tai mutacija, atsirandanti už tiesioginio ryšio su bet kokiu fiziniu ar cheminiu aplinkos veiksniu.
Jei mutacijos sukeliamos tyčia, veikiant žinomo pobūdžio veiksniams, jos vadinamos sukeltas. Agentas, sukeliantis mutacijas, vadinamas mutagenas.
Mutagenų prigimtis yra įvairi- tai yra fiziniai veiksniai, cheminiai junginiai. Nustatytas kai kurių biologinių objektų – virusų, pirmuonių, helmintų – mutageninis poveikis jiems patekus į žmogaus organizmą.
Dėl dominuojančių ir recesyvių mutacijų fenotipe atsiranda dominuojančių ir recesyvinių pakitusių bruožų. Dominuojantis mutacijos fenotipe atsiranda jau kaip pirmoji karta. recesyvinis mutacijos yra paslėptos heterozigotuose dėl natūralios atrankos, todėl kaupiasi rūšių genų fonduose dideliais kiekiais.
Mutacijos proceso intensyvumo rodiklis yra mutacijų dažnis, kuris skaičiuojamas vidutiniškai genomui arba atskirai konkretiems lokusams. Vidutinis mutacijų dažnis yra panašus į daugybę gyvų būtybių (nuo bakterijų iki žmonių) ir nepriklauso nuo morfofiziologinės organizacijos lygio ir tipo. Tai lygu 10 -4 - 10 -6 mutacijų 1 lokusui per kartą.
Antimutaciniai mechanizmai.
Chromosomų poravimas eukariotinių somatinių ląstelių diploidiniame kariotipe yra apsaugos veiksnys nuo neigiamų genų mutacijų pasekmių. Alelių genų susiejimas apsaugo nuo fenotipinio mutacijų pasireiškimo, jei jos yra recesyvinės.
Nuosmukio metu žalingas poveikis Genų mutacijos įvedamos dėl gyvybiškai svarbias makromolekules koduojančių genų ekstrakopijos. Pavyzdys yra rRNR, tRNR, histono baltymų genai, be kurių neįmanoma bet kurios ląstelės gyvybinė veikla.
Šie mechanizmai prisideda prie evoliucijos metu atrinktų genų išsaugojimo ir tuo pačiu įvairių alelių kaupimosi populiacijos genofonde, suformuojant paveldimo kintamumo rezervą.

94. Genominės mutacijos: poliploidija, haploidija, heteroploidija. Jų atsiradimo mechanizmai.
Genominės mutacijos yra susijusios su chromosomų skaičiaus pasikeitimu. Genominės mutacijos yra heteroploidija, haploidija ir poliploidija.
poliploidija- diploidinio chromosomų skaičiaus padidėjimas pridedant ištisus chromosomų rinkinius dėl mejozės pažeidimo.
Poliploidinėse formose padidėja chromosomų skaičius, kartotinis haploidų rinkinys: 3n - triploidas; 4n yra tetraploidas, 5n yra pentaploidas ir kt.
Poliploidinės formos fenotipiškai skiriasi nuo diploidinių: kartu keičiantis chromosomų skaičiui, keičiasi ir paveldimos savybės. Poliploiduose ląstelės dažniausiai būna didelės; kartais augalai būna milžiniški.
Formos, atsirandančios dėl vieno genomo chromosomų dauginimosi, vadinamos autoploidinėmis. Tačiau žinoma ir kita poliploidijos forma – aloploidija, kai padauginamas dviejų skirtingų genomų chromosomų skaičius.
Vadinamas daugkartinis somatinių ląstelių chromosomų rinkinių skaičiaus sumažėjimas, palyginti su diploidiniu haploidija. Haploidiniai organizmai natūraliose buveinėse daugiausia aptinkami tarp augalų, įskaitant aukštesniuosius (datura, kviečiai, kukurūzai). Tokių organizmų ląstelės turi po vieną kiekvienos homologinės poros chromosomą, todėl visi recesyviniai aleliai atsiranda fenotipe. Tai paaiškina sumažėjusį haploidų gyvybingumą.
heteroploidija. Dėl mitozės ir mejozės pažeidimų chromosomų skaičius gali pasikeisti ir netapti haploidinio rinkinio kartotiniu. Reiškinys, kai bet kuri iš chromosomų, o ne pora, yra trigubo skaičiaus, vadinamas trisomija. Jei trisomija stebima vienoje chromosomoje, toks organizmas vadinamas trisominiu, o jo chromosomų rinkinys yra 2n + 1. Trisomija gali būti bet kurioje iš chromosomų ir net keliose. Su dviguba trisomija jis turi chromosomų rinkinį 2n + 2, trigubą - 2n + 3 ir kt.
Priešingas reiškinys trisomija, t.y. vadinamas vienos iš chromosomų praradimas iš poros diploidiniame rinkinyje monosomija, organizmas yra monosominis; jo genotipinė formulė yra 2p-1. Jei nėra dviejų skirtingų chromosomų, organizmas yra dvigubas monosomas, kurio genotipinė formulė 2n-2 ir pan.
Iš to, kas pasakyta, aišku aneuploidija, t.y. pažeidžiant normalų chromosomų skaičių, keičiasi struktūra ir sumažėja organizmo gyvybingumas. Kuo didesnis trikdymas, tuo mažesnis gyvybingumas. Žmonėms subalansuoto chromosomų rinkinio pažeidimas sukelia ligas, bendrai žinomas kaip chromosomų ligas.
Kilmės mechanizmas genominės mutacijos yra susijusios su įprasto chromosomų skirtumo pažeidimu mejozėje, dėl kurio susidaro nenormalios gametos, dėl kurių atsiranda mutacija. Kūno pokyčiai yra susiję su genetiškai nevienalyčių ląstelių buvimu.

95. Žmogaus paveldimumo tyrimo metodai. Genealoginiai ir dvynių metodai, jų reikšmė medicinai.
Pagrindiniai žmogaus paveldimumo tyrimo metodai yra genealoginis, dvynys, gyventojų statistinis, dermatoglifinis metodas, citogenetinis, biocheminis, somatinių ląstelių genetikos metodas, modeliavimo metodas
genealoginis metodas.Šio metodo pagrindas yra kilmės dokumentų sudarymas ir analizė. Kilmės knyga yra diagrama, atspindinti šeimos narių santykius. Analizuodami kilmės dokumentus, jie tiria bet kokius normalius ar (dažniau) patologinius bruožus žmonių kartose, šeimos ryšiai.
Genealoginiai metodai naudojami bruožo paveldimumui ar nepaveldimumui, dominavimui ar recesyvumui nustatyti, chromosomų kartografavimui, lyties ryšiui nustatyti, mutacijos procesui tirti. Paprastai genealoginis metodas yra medicininio genetinio konsultavimo išvadų pagrindas.
Sudarant kilmės dokumentus, naudojamas standartinis žymėjimas. Asmuo, su kuriuo pradedamas tyrimas, yra tiriamasis. Susituokusios poros palikuonys vadinami broliais ir seserimis, broliai ir seserys – broliais ir seserimis, pusbroliai – pusbroliais ir pan. Palikuonys, turintys bendrą motiną (bet skirtingus tėvus), vadinami giminingaisiais, o palikuonys, turintys bendrą tėvą (bet skirtingas motinas), – giminingaisiais; jei šeimoje yra vaikų iš skirtingos santuokos, be to, jie neturi bendrų protėvių (pavyzdžiui, vaikas iš motinos pirmosios santuokos ir vaikas iš pirmosios tėvo santuokos), tada jie vadinami konsoliduotais.
Genealoginio metodo pagalba galima nustatyti tiriamo požymio paveldimumą, taip pat jo paveldėjimo tipą. Analizuojant kelių požymių kilmės dokumentus, galima atskleisti susietą jų paveldėjimo pobūdį, kuris naudojamas sudarant chromosomų žemėlapius. Šis metodas leidžia ištirti mutacijos proceso intensyvumą, įvertinti alelio ekspresyvumą ir skvarbumą.
dvynių metodas. Ją sudaro identiškų ir dizigotinių dvynių porų bruožų paveldėjimo modelių tyrimas. Dvyniai yra du ar daugiau vaikų, kuriuos susilaukė ir pagimdė ta pati motina beveik tuo pačiu metu. Yra identiški ir broliški dvyniai.
Dažniausiai pasitaiko identiškų (monozigotinių, identiškų) dvynių ankstyvosios stadijos zigotos gniuždymas, kai dvi ar keturios blastomeros izoliacijos metu išlaiko galimybę išsivystyti į visavertį organizmą. Kadangi zigota dalijasi mitozės būdu, identiškų dvynių genotipai, bent jau iš pradžių, yra visiškai identiški. Identiški dvyniai visada yra tos pačios lyties ir vaisiaus vystymosi metu dalijasi ta pačia placenta.
Broliškas (dizigotinis, neidentiškas) atsiranda apvaisinant du ar daugiau vienu metu subrendusių kiaušinėlių. Taigi jie dalijasi apie 50% savo genų. Kitaip tariant, jie yra panašūs į paprastus brolius ir seseris savo genetine sandara ir gali būti tos pačios lyties arba skirtingos lyties.
Lyginant identiškus ir broliškus dvynius, užaugusius toje pačioje aplinkoje, galima daryti išvadą apie genų vaidmenį požymių vystymuisi.
Dvynių metodas leidžia daryti pagrįstas išvadas apie bruožų paveldimumą: paveldimumo, aplinkos ir atsitiktinių veiksnių vaidmenį nustatant tam tikrus žmogaus bruožus.
Paveldimos patologijos prevencija ir diagnostika
Šiuo metu paveldimos patologijos prevencija vykdoma keturiais lygiais: 1) ikižaidybinis; 2) prezigotinė; 3) prenatalinis; 4) naujagimių.
1.) Ikižaidybinis lygis
Įgyvendinta:
1. Sanitarinė gamybos kontrolė – mutagenų įtakos organizmui pašalinimas.
2. Vaisingo amžiaus moterų atleidimas iš darbo pavojingose ​​pramonės šakose.
3. Paveldimų ligų, kurios būdingos tam tikram, sąrašų sudarymas
teritorijos su def. dažnas.
2. Prezigotinis lygis
Svarbiausias šio lygio prevencijos elementas – gyventojų medicininis genetinis konsultavimas (MGK), šeimos informavimas apie laipsnį. galima rizika gimus vaikui su paveldima patologija ir padėti priimti teisingą sprendimą dėl gimdymo.
prenatalinis lygis
Ją sudaro prenatalinė (prenatalinė) diagnostika.
Prenatalinė diagnostika– Tai priemonių rinkinys, kuris atliekamas siekiant nustatyti paveldimą vaisiaus patologiją ir nutraukti šį nėštumą. Prenatalinės diagnostikos metodai apima:
1. Ultragarsinis skenavimas (USS).
2. Fetoskopija- vaisiaus vizualinio stebėjimo gimdos ertmėje metodas per elastinį zondą, kuriame yra optinė sistema.
3. Chorioninė biopsija. Metodas pagrįstas choriono gaurelių paėmimu, ląstelių kultivavimu ir jų tyrimu citogenetiniais, biocheminiais ir molekuliniais genetiniais metodais.
4. Amniocentezė– amniono punkcija per pilvo sieną ir paėmimas
amniono skystis. Jame yra vaisiaus ląstelių, kurias galima ištirti
citogenetiškai arba biochemiškai, priklausomai nuo numanomos vaisiaus patologijos.
5. Kordocentezė- virkštelės kraujagyslių punkcija ir vaisiaus kraujo paėmimas. Vaisiaus limfocitai
auginamas ir išbandytas.
4. Naujagimių lygis
Ketvirtajame lygmenyje naujagimiai tikrinami autosominėms recesyvinėms medžiagų apykaitos ligoms nustatyti dar ikiklinikinėje stadijoje, kai pradedamas savalaikis gydymas, užtikrinantis normalią psichinę ir fizinę vaikų raidą.

Paveldimų ligų gydymo principai
Yra šie gydymo tipai.
1. simptominis(poveikis ligos simptomams).
2. patogenetinis(poveikis ligos vystymosi mechanizmams).
Simptominis ir patogenezinis gydymas nepašalina ligos priežasčių, nes. nelikviduoja
genetinis defektas.
Gali būti taikomas simptominis ir patogenezinis gydymas sekančius triukus.
· Pataisymas apsigimimai chirurginiais metodais (sindaktilija, polidaktilija,
suskilinėjusi viršutinė lūpa...
Pakaitinė terapija, kurios prasmė – įvesti į organizmą
trūksta arba jų nepakanka biocheminių substratų.
· Metabolizmo indukcija- medžiagų, kurios pagerina sintezę, patekimas į organizmą
kai kurie fermentai ir todėl pagreitina procesus.
· Metabolinis slopinimas- vaistų, kurie suriša ir pašalina, patekimas į organizmą
nenormalūs medžiagų apykaitos produktai.
· dietos terapija ( gydomoji mityba) – medžiagų, kurios
organizmas negali pasisavinti.
Outlook: Artimiausiu metu genetika intensyviai vystysis, nors vis dar vystosi
labai plačiai paplitęs pasėliuose (veisimas, klonavimas),
medicina (medicininė genetika, mikroorganizmų genetika). Ateityje mokslininkai tikisi
naudoti genetiką, kad pašalintų defektinius genus ir išnaikintų perduodamas ligas
pagal paveldėjimą sugebės gydyti tokias sunkias ligas kaip vėžys, virusinės
infekcijos.

Su visais trūkumais modernus vertinimas radiogenetinio poveikio, nekyla abejonių dėl genetinių pasekmių, kurios laukia žmonijos nekontroliuojamai padidėjus radioaktyviajam fonui aplinkoje, rimtumas. Tolimesnių atominių ir vandenilinių ginklų bandymų pavojus akivaizdus.
Tuo pačiu atominės energijos panaudojimas genetikoje ir selekcijoje leidžia sukurti naujus augalų, gyvūnų ir mikroorganizmų paveldimumo kontrolės metodus, geriau suprasti organizmų genetinės adaptacijos procesus. Ryšium su žmogaus skrydžiu erdvė reikia tirti kosminės reakcijos įtaką gyviems organizmams.

98. Citogenetinis žmogaus chromosomų sutrikimų diagnostikos metodas. Amniocentezė. Žmogaus chromosomų kariotipas ir idiograma. biocheminis metodas.
Citogenetinis metodas susideda iš chromosomų tyrimo naudojant mikroskopą. Dažniau tyrimo objektas yra mitozinės (metafazės) chromosomos, rečiau – mejotinės (profazės ir metafazės) chromosomos. Citogenetiniai metodai naudojami tiriant atskirų individų kariotipus
Atliekama gimdoje besivystančio organizmo medžiagos gavimas Skirtingi keliai. Vienas iš jų yra amniocentezė, kurio pagalba 15-16 nėštumo savaitę gaunamas amniono skystis, kuriame yra vaisiaus ir jo odos bei gleivinių ląstelių atliekų.
Amniocentezės metu paimta medžiaga naudojama biocheminiams, citogenetiniams ir molekuliniams cheminiams tyrimams. Citogenetiniais metodais nustatoma vaisiaus lytis, nustatomos chromosomų ir genomo mutacijos. Vaisiaus vandenų ir vaisiaus ląstelių tyrimas biocheminiais metodais leidžia aptikti genų baltyminių produktų defektą, bet neleidžia nustatyti mutacijų lokalizacijos struktūrinėje ar reguliuojamoje genomo dalyje. Svarbų vaidmenį nustatant paveldimas ligas ir tiksliai lokalizuojant vaisiaus paveldimos medžiagos pažeidimą atlieka DNR zondų naudojimas.
Šiuo metu amniocentezės pagalba diagnozuojami visi chromosomų anomalijos, per 60 paveldimų medžiagų apykaitos ligų, motinos ir vaisiaus nesuderinamumas eritrocitų antigenams.
Vadinamas diploidinis chromosomų rinkinys ląstelėje, pasižymintis jų skaičiumi, dydžiu ir forma kariotipas. Normalus žmogaus kariotipas apima 46 chromosomas arba 23 poras: iš kurių 22 poros yra autosomos, o viena pora yra lytinės chromosomos.
Kad būtų lengviau suprasti sudėtingą chromosomų kompleksą, sudarantį kariotipą, jie yra išdėstyti pagal formą idiogramos. AT idiograma Chromosomos yra išdėstytos poromis mažėjančia tvarka, išskyrus lytines chromosomas. Didžiausia pora buvo priskirta Nr.1, mažiausia - Nr.22. Chromosomų identifikavimas tik pagal dydį susiduria su dideliais sunkumais: daugelis chromosomų yra panašaus dydžio. Tačiau neseniai naudojant skirtingos rūšies dažai, aiškus žmogaus chromosomų diferencijavimas per visą jų ilgį į dažymą specialius metodus ir nedažytos juostelės. Galimybė tiksliai diferencijuoti chromosomas turi didelę reikšmę medicinos genetikai, nes leidžia tiksliai nustatyti žmogaus kariotipo sutrikimų pobūdį.
Biocheminis metodas

99. Žmogaus kariotipas ir idiograma. Žmogaus kariotipo charakteristikos yra normalios
ir patologija.
Kariotipas- viso chromosomų rinkinio savybių rinkinys (skaičius, dydis, forma ir kt.),
būdingas tam tikros biologinės rūšies (rūšies kariotipo) ląstelėms, tam tikram organizmui
(individualus kariotipas) arba ląstelių linija (klonas).
Kariotipui nustatyti naudojama mikrofotografija arba chromosomų eskizas, mikroskopuojant besidalijančias ląsteles.
Kiekvienas žmogus turi 46 chromosomas, iš kurių dvi yra lytinės chromosomos. Moteris turi dvi X chromosomas.
(kariotipas: 46, XX), o vyrai turi vieną X chromosomą, o kitą Y (kariotipas: 46, XY). Studijuoti
Kariotipas nustatomas naudojant metodą, vadinamą citogenetika.
Idiograma- schematiškai pavaizduotas organizmo haploidinis chromosomų rinkinys, kuris
išdėstyti iš eilės pagal jų dydžius, poromis mažėjančia tvarka pagal jų dydžius. Išimtis daroma lytinėms chromosomoms, kurios ypač išsiskiria.
Dažniausių chromosomų patologijų pavyzdžiai.
Dauno sindromas yra 21-osios chromosomų poros trisomija.
Edvardso sindromas yra 18-osios chromosomų poros trisomija.
Patau sindromas yra 13-osios chromosomų poros trisomija.
Klinefelterio sindromas yra berniukų X chromosomos polisomija.

100. Genetikos reikšmė medicinai. Citogenetiniai, biocheminiai, populiacijos statistiniai metodai tiriant žmogaus paveldimumą.
Genetikos vaidmuo žmogaus gyvenime yra labai svarbus. Ji įgyvendinama medicininės genetinės konsultacijos pagalba. Medicininės genetinės konsultacijos skirtos išgelbėti žmoniją nuo kančių, susijusių su paveldimomis (genetinėmis) ligomis. Pagrindiniai medicininio genetinio konsultavimo tikslai – nustatyti genotipo vaidmenį šios ligos vystymuisi ir numatyti riziką susilaukti sergančių palikuonių. Medicinos genetikos konsultacijose teikiamomis rekomendacijomis dėl santuokos sudarymo ar palikuonių genetinio naudingumo prognozavimo siekiama, kad į jas būtų atsižvelgta konsultuojamų asmenų, kurie savo noru priima atitinkamą sprendimą.
Citogenetinis (kariotipinis) metodas. Citogenetinis metodas susideda iš chromosomų tyrimo naudojant mikroskopą. Dažniau tyrimo objektas yra mitozinės (metafazės) chromosomos, rečiau – mejotinės (profazės ir metafazės) chromosomos. Šis metodas taip pat naudojamas tiriant lytinį chromatiną ( barr kūnai) Citogenetiniai metodai naudojami tiriant atskirų individų kariotipus
Taikymas citogenetinis metodas leidžia ne tik ištirti normalią chromosomų morfologiją ir viso kariotipo visumą, nustatyti genetinę organizmo lytį, bet, svarbiausia, diagnozuoti įvairias chromosomų ligas, susijusias su chromosomų skaičiaus pasikeitimu ar jų pažeidimu. struktūra. Be to, šis metodas leidžia tirti mutagenezės procesus chromosomų ir kariotipo lygiu. Jo naudojimas medicininėse genetinėse konsultacijose chromosomų ligų prenatalinės diagnostikos tikslais leidžia laiku nutraukti nėštumą, kad neatsirastų palikuonių, turinčių sunkių vystymosi sutrikimų.
Biocheminis metodas Tai yra fermentų aktyvumo arba tam tikrų medžiagų apykaitos produktų kiekio kraujyje ar šlapime nustatymas. Taikant šį metodą, aptinkami medžiagų apykaitos sutrikimai dėl nepalankaus alelinių genų derinio genotipo, dažniau homozigotinės būsenos recesyvinių alelių. Laiku diagnozavus tokias paveldimas ligas prevencinės priemonės išvengti rimtų vystymosi sutrikimų.
Gyventojų statistinis metodas.Šis metodas leidžia įvertinti tam tikrą fenotipą turinčių asmenų gimimo tikimybę tam tikroje gyventojų grupėje arba glaudžiai susijusiose santuokose; apskaičiuokite nešiklio dažnį recesyvinių alelių heterozigotinėje būsenoje. Metodas pagrįstas Hardy-Weinbergo įstatymu. Hardy-Weinbergo įstatymas Tai yra populiacijos genetikos dėsnis. Įstatymas teigia: „Idealioje populiacijoje genų ir genotipų dažnis išlieka pastovus iš kartos į kartą“.
Pagrindinės funkcijos žmonių populiacijos yra: bendra teritorija ir laisvos santuokos galimybė. Izoliacijos veiksniai, t.y. sutuoktinių pasirinkimo laisvės suvaržymai, žmogui gali būti ne tik geografiniai, bet ir religiniai bei socialiniai barjerai.
Be to, šis metodas leidžia ištirti mutacijos procesą, paveldimumo ir aplinkos vaidmenį formuojantis žmogaus fenotipiniam polimorfizmui pagal normalius požymius, taip pat ligų, ypač turinčių paveldimą polinkį, atsiradimą. Populiacijos statistinis metodas naudojamas genetinių faktorių reikšmei antropogenezei nustatyti, ypač rasinei formacijai.

101. Chromosomų struktūriniai sutrikimai (aberacijos). Klasifikacija priklausomai nuo genetinės medžiagos pasikeitimo. Reikšmė biologijai ir medicinai.
Chromosomų aberacijos atsiranda dėl chromosomų persitvarkymo. Jie atsiranda dėl chromosomos lūžio, dėl kurio susidaro fragmentai, kurie vėliau vėl susijungia, tačiau normali chromosomos struktūra neatsistato. Yra 4 pagrindiniai chromosomų aberacijų tipai: trūkumas, padvigubinimas, inversija, translokacijos, ištrynimas- tam tikros chromosomos dalies praradimas, kuri vėliau dažniausiai sunaikinama
trūkumai atsiranda dėl vienos ar kitos vietos chromosomos praradimo. Vidurinės chromosomos dalies trūkumai vadinami delecijomis. Praradus didelę chromosomos dalį, organizmas miršta, o mažų dalių praradimas sukelia paveldimų savybių pasikeitimą. Taigi. Trūkstant vienos iš chromosomų kukurūzuose, jų daigai netenka chlorofilo.
Padvigubinimas dėl papildomos, besidubliuojančios chromosomos dalies įtraukimo. Tai taip pat lemia naujų funkcijų atsiradimą. Taigi Drosofiloje dryžuotų akių genas atsiranda dėl vienos iš chromosomų dalies padvigubėjimo.
Inversijos stebimi lūžus chromosomai, o atsiskyrusią atkarpą pasukus 180 laipsnių kampu. Jei lūžis įvyko vienoje vietoje, atsiskyręs fragmentas prie chromosomos pritvirtinamas priešingu galu, jei dviejose vietose, tai vidurinis fragmentas, apsivertęs, pritvirtinamas prie lūžio taškų, bet skirtingais galais. Darvino teigimu, inversijos vaidina svarbų vaidmenį rūšių evoliucijoje.
Translokacijos atsiranda, kai vienos poros chromosomos segmentas yra prijungtas prie nehomologinės chromosomos, t.y. chromosoma iš kitos poros. Translokacija vienos iš chromosomų dalys yra žinomos žmonėms; tai gali būti Dauno ligos priežastis. Dauguma translokacijų, paveikiančių dideles chromosomų dalis, daro organizmą negyvybingą.
Chromosomų mutacijos pakeisti kai kurių genų dozę, sukelti genų persiskirstymą tarp jungčių grupių, keisti jų lokalizaciją jungties grupėje. Taip elgdamiesi jie sutrikdo organizmo ląstelių genų pusiausvyrą, dėl ko nukrypstama individo somatinėje raidoje. Paprastai pokyčiai apima keletą organų sistemų.
Chromosomų aberacijos turi didelę reikšmę medicinoje. At chromosomų aberacijos, vėluoja bendras fizinis ir protinis vystymasis. Chromosomų ligoms būdingas daugelio įgimtų defektų derinys. Toks defektas yra Dauno sindromo pasireiškimas, kuris stebimas trisomijos atveju mažame ilgosios 21 chromosomos rankos segmente. Katės verksmo sindromo vaizdas atsiranda prarandant 5 chromosomos trumposios rankos dalį. Žmonėms dažniausiai pastebimi smegenų, raumenų ir kaulų sistemos, širdies ir kraujagyslių bei urogenitalinės sistemos apsigimimai.

102. Rūšies samprata, šiuolaikinės pažiūros į rūšiavimą. Žiūrėti kriterijus.
Žiūrėti yra individų, panašių pagal rūšies kriterijus tiek, kiek gali, rinkinys
natūraliomis sąlygomis kryžmintis ir susilaukti vaisingų palikuonių.
vaisingų palikuonių- tokia, kuri gali daugintis pati. Nevaisingų palikuonių pavyzdys – mulas (asilo ir arklio hibridas), jis yra sterilus.
Žiūrėti kriterijus- tai ženklai, pagal kuriuos lyginami 2 organizmai, siekiant nustatyti, ar jie priklauso tai pačiai rūšiai, ar skirtingoms.
Morfologiniai – vidiniai ir išorinė struktūra.
Fiziologinis-biocheminis – kaip veikia organai ir ląstelės.
Elgesys – elgesys, ypač dauginimosi metu.
Ekologinis – gyvybei būtinų aplinkos veiksnių visuma
rūšis (temperatūra, drėgmė, maistas, konkurentai ir kt.)
Geografinė – sritis (paskirstymo sritis), t.y. teritorija, kurioje rūšis gyvena.
Genetinis-reprodukcinis - tas pats numeris ir chromosomų struktūra, kuri leidžia organizmams susilaukti vaisingų palikuonių.
Žiūrėjimo kriterijai yra santykiniai, t.y. negalima vertinti rūšies pagal vieną kriterijų. Pavyzdžiui, yra dvynių rūšių (maliarijos uodų, žiurkių ir kt.). Morfologiškai jie vienas nuo kito nesiskiria, bet turi skirtingą sumą chromosomų, todėl palikuonių nesusilaukia.

103. Gyventojų skaičius. Jo ekologinės ir genetinės savybės bei vaidmuo formuojant.
gyventojų- minimali savaime besidauginanti vienos rūšies individų grupė, daugiau ar mažiau izoliuota nuo kitų panašių grupių, gyvenanti tam tikroje vietovėje ilgą kartų seką, formuojanti savo genetinę sistemą ir formuojanti savo ekologinę nišą.
Ekologiniai gyventojų rodikliai.
gyventojų yra bendras individų skaičius populiacijoje. Šiai vertei būdingas platus kintamumo diapazonas, tačiau ji negali būti mažesnė už tam tikras ribas.
Tankis- individų skaičius ploto arba tūrio vienete. Didėjant populiacijos dydžiui, gyventojų tankumas didėja.
Erdvinė struktūra Populiacijai būdingi individų pasiskirstymo okupuotoje teritorijoje ypatumai. Jį lemia buveinės savybės ir rūšies biologinės savybės.
Sekso struktūra atspindi tam tikrą vyrų ir moterų santykį populiacijoje.
Amžiaus struktūra atspindi skirtingų santykį amžiaus grupėse populiacijose, priklausomai nuo gyvenimo trukmės, brendimo pradžios laiko, palikuonių skaičiaus.
Genetiniai populiacijos rodikliai. Genetiškai populiacijai būdingas jos genofondas. Jį atstovauja alelių rinkinys, sudarantis tam tikros populiacijos organizmų genotipus.
Apibūdinant populiacijas arba lyginant jas tarpusavyje, pasitelkiama daugybė genetinių savybių. Polimorfizmas. Sakoma, kad populiacija tam tikrame lokuse yra polimorfinė, jei joje yra du ar daugiau alelių. Jei lokusą atstovauja vienas alelis, jie kalba apie monomorfizmą. Ištyrus daugybę lokusų, galima nustatyti tarp jų polimorfinių, t.y. įvertinti polimorfizmo laipsnį, kuris yra populiacijos genetinės įvairovės rodiklis.
Heterozigotiškumas. Svarbi genetinė populiacijos savybė yra heterozigotiškumas – heterozigotinių individų dažnis populiacijoje. Tai taip pat atspindi genetinė įvairovė.
Inbrydingo koeficientas. Naudojant šį koeficientą, įvertinamas glaudžiai susijusių kryžių paplitimas populiacijoje.
Genų asociacija. Skirtingų genų alelių dažniai gali priklausyti vienas nuo kito, o tai apibūdinami asociacijos koeficientais.
genetiniai atstumai. Skirtingos populiacijos skiriasi viena nuo kitos alelių dažniu. Norint kiekybiškai įvertinti šiuos skirtumus, buvo pasiūlyti rodikliai, vadinami genetiniais atstumais.

gyventojų– elementari evoliucinė struktūra. Bet kurios rūšies diapazone individai pasiskirsto netolygiai. Tankios individų koncentracijos sritys yra įsiterpusios į erdves, kuriose jų yra mažai arba jų nėra. Dėl to atsiranda daugiau ar mažiau izoliuotų populiacijų, kuriose sistemingai vyksta atsitiktinis laisvas kirtimas (panmixia). Kryžminimasis su kitomis populiacijomis yra labai retas ir nereguliarus. Panmiksijos dėka kiekviena populiacija sukuria jai būdingą genofondą, skirtingą nuo kitų populiacijų. Būtent populiacija turėtų būti pripažinta elementariu evoliucijos proceso vienetu

Populiacijų vaidmuo yra didelis, nes jose vyksta beveik visos mutacijos. Šios mutacijos pirmiausia yra susijusios su populiacijų ir genofondo izoliacija, kuri skiriasi dėl jų izoliacijos viena nuo kitos. Evoliucijos medžiaga yra mutacinė variacija, kuri prasideda populiacijoje ir baigiasi rūšies susiformavimu.

Genetinis kodas yra paveldimos informacijos įrašymo į nukleorūgščių molekules sistema, pagrįsta tam tikru nukleotidų sekų kaitaliojimu DNR arba RNR, kurios sudaro kodonus, atitinkančius aminorūgštis baltyme.

Genetinio kodo savybės.

Genetinis kodas turi keletą savybių.

Trigubai.

Degeneracija arba perteklius.

Vienareikšmiškumas.

Poliškumas.

Nepersidengiantis.

Kompaktiškumas.

Universalumas.

Pažymėtina, kad kai kurie autoriai siūlo ir kitas kodo savybes, susijusias su į kodą įtrauktų nukleotidų cheminėmis savybėmis arba su atskirų aminorūgščių atsiradimo dažnumu organizmo baltymuose ir kt. Tačiau šios savybės išplaukia iš to, kas išdėstyta pirmiau, todėl mes jas ten apsvarstysime.

a. Trigubai. Genetinis kodas yra labai sudėtingas dalykas organizuota sistema turi mažiausią struktūrinį ir mažiausią funkcinį vienetą. Tripletas yra mažiausias genetinio kodo struktūrinis vienetas. Jį sudaro trys nukleotidai. Kodonas yra mažiausias funkcinis genetinio kodo vienetas. Paprastai mRNR tripletai vadinami kodonais. Genetiniame kode kodonas atlieka keletą funkcijų. Pirma, pagrindinė jo funkcija yra ta, kad ji koduoja vieną aminorūgštį. Antra, kodonas gali nekoduoti aminorūgšties, tačiau šiuo atveju jis atlieka kitą funkciją (žr. toliau). Kaip matyti iš apibrėžimo, tripletas yra sąvoka, kuri apibūdina elementarus struktūrinis vienetas genetinis kodas (trys nukleotidai). kodonas apibūdina elementarus semantinis vienetas genomas – trys nukleotidai lemia vienos aminorūgšties prisijungimą prie polipeptidinės grandinės.

Elementarus struktūrinis vienetas iš pradžių buvo iššifruotas teoriškai, o vėliau eksperimentiškai patvirtintas jo egzistavimas. Iš tiesų, 20 aminorūgščių negali užkoduoti vienas ar du nukleotidai. pastarųjų yra tik 4. Trys iš keturių nukleotidų duoda 4 3 = 64 variantus, o tai daugiau nei apima gyvuose organizmuose esančių aminorūgščių skaičių (žr. 1 lentelę).

64 lentelėje pateikti nukleotidų deriniai turi dvi ypatybes. Pirma, iš 64 tripletų variantų tik 61 yra kodonai ir koduoja bet kurią aminorūgštį, jie vadinami jutimo kodonai. Trys trynukai nekoduoti

aminorūgštys a yra stabdymo signalai, žymintys vertimo pabaigą. Tokių trynukų yra trys UAA, UAG, UGA, jie taip pat vadinami „beprasmiais“ (nesąmonių kodonais). Dėl mutacijos, kuri yra susijusi su vieno nukleotido pakeitimu triplete kitu, iš jutimo kodono gali atsirasti beprasmis kodonas. Šis mutacijos tipas vadinamas nesąmonė mutacija. Jeigu toks stabdymo signalas susidaro geno viduje (jo informacinėje dalyje), tai baltymų sintezės metu šioje vietoje procesas bus nuolatos nutrūkęs – bus susintetinta tik pirmoji (prieš stop signalą) baltymo dalis. Asmuo, turintis tokią patologiją, patirs baltymų trūkumą ir patirs su šiuo trūkumu susijusius simptomus. Pavyzdžiui, tokia mutacija buvo rasta geno, koduojančio hemoglobino beta grandinę. Sintetinama sutrumpinta neaktyvi hemoglobino grandinė, kuri greitai sunaikinama. Dėl to susidaro hemoglobino molekulė, kurioje nėra beta grandinės. Akivaizdu, kad tokia molekulė vargu ar visiškai atliks savo pareigas. Yra rimta liga, kuri išsivysto pagal hemolizinės anemijos tipą (beta nulinė talasemija, iš graikiško žodžio „Talas“ – Viduržemio jūra, kur ši liga pirmą kartą buvo atrasta).

Stop kodonų veikimo mechanizmas skiriasi nuo jutimo kodonų veikimo mechanizmo. Tai išplaukia iš to, kad visiems kodonams, koduojantiems aminorūgštis, buvo rastos atitinkamos tRNR. Nesąmoningų kodonų tRNR nerasta. Todėl tRNR nedalyvauja baltymų sintezės stabdymo procese.

kodonasRUG (kartais GUG bakterijose) ne tik koduoja aminorūgštis metioniną ir valiną, bet irtransliacijos iniciatorius .

b. Degeneracija arba perteklius.

61 iš 64 tripletų koduoja 20 aminorūgščių. Toks trigubai viršijantis trigubų skaičių, palyginti su aminorūgščių skaičiumi, rodo, kad perduodant informaciją galima naudoti dvi kodavimo parinktis. Pirma, koduojant 20 aminorūgščių gali dalyvauti ne visi 64 kodonai, o tik 20, antra, aminorūgštys gali būti koduojamos keliais kodonais. Tyrimai parodė, kad gamta pasinaudojo pastaruoju variantu.

Jo pirmenybė aišku. Jei koduojant aminorūgštis dalyvautų tik 20 iš 64 tripletų variantų, tai 44 tripletai (iš 64) liktų nekoduoti, t.y. beprasmiai (nesąmonių kodonai). Anksčiau mes nurodėme, koks pavojingas ląstelės gyvybei yra koduojančio tripleto transformacija dėl mutacijos į nesąmoningą kodoną - tai žymiai sutrikdo normalų RNR polimerazės veikimą, galiausiai sukelia ligų vystymąsi. Šiuo metu mūsų genome yra trys nesąmonių kodonai, o dabar įsivaizduokite, kas nutiktų, jei nesąmonių kodonų skaičius padidėtų maždaug 15 kartų. Akivaizdu, kad tokioje situacijoje normalių kodonų perėjimas prie nonsense kodonų bus nepamatuojamai didesnis.

Kodas, kuriame vieną aminorūgštį koduoja keli tripletai, vadinamas išsigimusiu arba pertekliniu. Beveik kiekviena aminorūgštis turi keletą kodonų. Taigi aminorūgštį leuciną gali koduoti šeši trynukai – UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG. Valiną koduoja keturi trynukai, fenilalaniną – du ir tik triptofanas ir metioninas užkoduotas vienu kodonu. Iškviečiama savybė, kuri yra susijusi su tos pačios informacijos su skirtingais simboliais įrašymu degeneracija.

Vienai aminorūgščiai priskirtų kodonų skaičius gerai koreliuoja su aminorūgšties atsiradimo baltymuose dažniu.

Ir tai greičiausiai neatsitiktinai. Kuo dažnesnis aminorūgšties atsiradimas baltyme, tuo dažniau genome yra šios aminorūgšties kodonas, tuo didesnė tikimybė jį pažeisti mutageniniais veiksniais. Todėl aišku, kad mutavęs kodonas labiau koduos tą pačią aminorūgštį, jei ji yra labai išsigimusi. Žvelgiant iš šių pozicijų, genetinio kodo išsigimimas yra mechanizmas, apsaugantis žmogaus genomą nuo pažeidimų.

Pažymėtina, kad degeneracijos terminas molekulinėje genetikoje vartojamas ir kita prasme. Kadangi pagrindinė kodone esančios informacijos dalis patenka ant pirmųjų dviejų nukleotidų, trečioje kodono padėtyje esanti bazė pasirodo mažai svarbi. Šis reiškinys vadinamas „trečiosios bazės degeneracija“. Pastaroji savybė sumažina mutacijų poveikį. Pavyzdžiui, žinoma, kad pagrindinė raudonųjų kraujo kūnelių funkcija yra pernešti deguonį iš plaučių į audinius ir anglies dvideginis iš audinių į plaučius. Šią funkciją atlieka kvėpavimo pigmentas – hemoglobinas, kuris užpildo visą eritrocito citoplazmą. Jį sudaro baltyminė dalis – globinas, kurį koduoja atitinkamas genas. Be baltymų, hemoglobine yra hemo, kuriame yra geležies. Dėl globino genų mutacijų atsiranda įvairių hemoglobino variantų. Dažniausiai mutacijos yra susijusios su vieno nukleotido pakeitimas kitu ir naujo kodono atsiradimas gene, kuris hemoglobino polipeptidinėje grandinėje gali koduoti naują aminorūgštį. Triplete dėl mutacijos gali būti pakeistas bet kuris nukleotidas - pirmasis, antrasis ar trečiasis. Yra žinoma, kad keli šimtai mutacijų turi įtakos globino genų vientisumui. Netoliese 400 iš kurių yra susiję su pavienių nukleotidų pakeitimu gene ir atitinkamu aminorūgščių pakeitimu polipeptide. Iš jų tik 100 pakaitalai sukelia hemoglobino nestabilumą ir įvairias ligas nuo lengvos iki labai sunkios. 300 (apie 64 %) pakaitinių mutacijų neturi įtakos hemoglobino funkcijai ir nesukelia patologijos. Viena iš to priežasčių – minėtas „trečiosios bazės degeneracija“, kai pakeitus trečiąjį nukleotidą triplete, koduojančiame seriną, leuciną, proliną, argininą ir kai kurias kitas aminorūgštis, atsiranda sinonimo kodonas. koduojanti tą pačią aminorūgštį. Fenotipiškai tokia mutacija nepasireikš. Priešingai, bet koks pirmojo ar antrojo nukleotido pakeitimas triplete 100% atvejų sukelia naujo hemoglobino varianto atsiradimą. Tačiau net ir šiuo atveju gali nebūti sunkių fenotipinių sutrikimų. To priežastis yra hemoglobino aminorūgšties pakeitimas kita, panašia į pirmąją. fizinės ir cheminės savybės. Pavyzdžiui, jei aminorūgštis, turinti hidrofilinių savybių, pakeičiama kita aminorūgštimi, bet su tomis pačiomis savybėmis.

Hemoglobinas susideda iš geležies porfirino grupės hemo (prie jos prisijungusios deguonies ir anglies dioksido molekulės) ir baltymo – globino. Suaugusiųjų hemoglobino (HbA) sudėtyje yra du identiški - grandinės ir dvi - grandinėlės. Molekulė - grandinėje yra 141 aminorūgšties liekana, - grandinėlė - 146, - ir -grandinės skiriasi daugybe aminorūgščių liekanų. Kiekvienos globino grandinės aminorūgščių seką koduoja savas genas. Koduojantis genas - grandinė yra ant trumposios 16 chromosomos rankos, -genas - trumpojoje 11 chromosomos rankoje. Geno kodavimo pasikeitimas - pirmojo ar antrojo nukleotido hemoglobino grandinė beveik visada lemia naujų aminorūgščių atsiradimą baltyme, hemoglobino funkcijų sutrikimą ir rimtų pasekmių pacientui. Pavyzdžiui, viename iš CAU (histidino) tripletų „C“ pakeitus „U“, atsiras naujas UAU tripletas, koduojantis kitą aminorūgštį – tiroziną.Fenotipiškai tai pasireikš sunkia liga .. A. panašus pakeitimas 63 pozicijoje - histidino polipeptido grandinė su tirozinu destabilizuos hemoglobiną. Vystosi liga methemoglobinemija. Dėl mutacijos glutamo rūgštis pakeičiama į valiną 6-oje padėtyje grandinė yra sunkios ligos – pjautuvinės anemijos – priežastis. Netęskime liūdno sąrašo. Atkreipiame dėmesį tik į tai, kad pakeitus pirmuosius du nukleotidus, aminorūgštis savo fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis gali atrodyti panaši į ankstesnę. Taigi, 2-ojo nukleotido pakeitimas viename iš tripletų, koduojančių glutamo rūgštį (GAA) -grandinė "Y" veda prie naujo tripleto (GUA), koduojančio valiną, atsiradimą, o pakeitus pirmąjį nukleotidą "A", susidaro AAA tripletas, koduojantis aminorūgšties liziną. Glutamo rūgštis ir lizinas yra panašios fizikinėmis ir cheminėmis savybėmis – abu yra hidrofiliniai. Valinas yra hidrofobinė aminorūgštis. Todėl hidrofilinės glutamo rūgšties pakeitimas hidrofobiniu valinu reikšmingai pakeičia hemoglobino savybes, o tai galiausiai lemia pjautuvo pavidalo ląstelių anemijos vystymąsi, o hidrofilinės glutamo rūgšties pakeitimas hidrofiliniu lizinu hemoglobino funkciją keičia mažiau - pacientai. išsivysto lengva anemijos forma. Dėl trečiosios bazės pakeitimo naujasis tripletas gali koduoti tas pačias aminorūgštis kaip ir ankstesnė. Pavyzdžiui, jei CAH triplete uracilas buvo pakeistas citozinu ir atsirado CAC tripletas, tuomet fenotipinių pakitimų žmogui praktiškai nebus aptikta. Tai suprantama, nes Abu trynukai koduoja tą pačią aminorūgštį – histidiną.

Apibendrinant, tikslinga pabrėžti, kad genetinio kodo degeneracija ir trečiosios bazės degeneracija iš bendros biologinės padėties yra apsauginiai mechanizmai, kurie evoliucijoje yra įtraukti į unikalią DNR ir RNR struktūrą.

in. Vienareikšmiškumas.

Kiekvienas tripletas (išskyrus bereikšmes) koduoja tik vieną aminorūgštį. Taigi kodono – aminorūgšties kryptimi genetinis kodas yra vienareikšmis, aminorūgšties – kodono kryptimi – dviprasmiškas (išsigimęs).

nedviprasmiškas

kodono aminorūgštis

išsigimęs

Ir šiuo atveju genetinio kodo vienareikšmiškumo poreikis yra akivaizdus. Kitame variante to paties kodono vertimo metu į baltymų grandinę būtų įterpiamos skirtingos aminorūgštys ir dėl to susidarytų skirtingos pirminės struktūros ir skirtingų funkcijų baltymai. Ląstelės metabolizmas persijungtų į „vienas genas – keli polipeptidai“ veikimo režimą. Akivaizdu, kad tokioje situacijoje genų reguliavimo funkcija būtų visiškai prarasta.

g. Poliškumas

Informacija iš DNR ir mRNR nuskaitoma tik viena kryptimi. Poliškumas yra būtinas norint apibrėžti aukštesnės eilės struktūras (antrinę, tretinę ir kt.). Anksčiau kalbėjome apie tai, kad žemesnės eilės struktūros lemia aukštesnės eilės struktūras. Tretinė struktūra ir struktūros daugiau aukšta tvarka baltymuose jie susidaro iš karto, kai tik susintetinta RNR grandinė palieka DNR molekulę arba polipeptidinė grandinė palieka ribosomą. Nors laisvasis RNR arba polipeptido galas įgyja tretinę struktūrą, kitas grandinės galas vis tiek ir toliau sintetinamas DNR (jei RNR transkribuojama) arba ribosomoje (jei polipeptidas transkribuojamas).

Todėl vienakryptis informacijos skaitymo procesas (RNR ir baltymų sintezėje) yra būtinas ne tik nustatant nukleotidų ar aminorūgščių seką sintezuojamoje medžiagoje, bet ir standžiam antriniam, tretiniam ir kt. struktūros.

e. Nepersidengimas.

Kodas gali sutapti arba nesutapti. Daugumoje organizmų kodas nepersidengia. Kai kuriuose faguose rastas persidengiantis kodas.

Nepersidengiančio kodo esmė ta, kad vieno kodono nukleotidas tuo pačiu metu negali būti kito kodono nukleotidu. Jei kodas sutaptų, tai septynių nukleotidų seka (GCUGCUG) galėtų koduoti ne dvi aminorūgštis (alaninas-alaninas) (33 pav., A), kaip nepersidengiančio kodo atveju, o tris (jei vienas nukleotidas). yra dažnas) (33 pav., B) arba penkis (jei bendri du nukleotidai) (žr. 33 pav., C). Paskutiniais dviem atvejais bet kurio nukleotido mutacija sukeltų dviejų, trijų ir kt. sekos pažeidimą. amino rūgštys.

Tačiau buvo nustatyta, kad vieno nukleotido mutacija visada sutrikdo vienos aminorūgšties įtraukimą į polipeptidą. Tai yra svarbus argumentas, patvirtinantis, kad kodas nepersidengia.

Paaiškinkime tai 34 paveiksle. Paryškintos linijos rodo tripletus, koduojančius aminorūgštis, jei kodas nesutampa ir persidengia. Eksperimentai nedviprasmiškai parodė, kad genetinis kodas nesutampa. Nesigilindami į eksperimento detales, pažymime, kad jei nukleotidų sekoje pakeisime trečiąjį nukleotidą (žr. 34 pav.)At (pažymėta žvaigždute) į kitą, tada:

1. Naudojant nepersidengiantį kodą, šios sekos valdomas baltymas turėtų vienos (pirmosios) aminorūgšties (pažymėtos žvaigždutėmis) pakaitalą.

2. Jei parinktyje A sutampa kodas, pakeistos dvi (pirmoji ir antroji) aminorūgštys (pažymėtos žvaigždutėmis). Pagal B variantą pakeitimas paveiktų tris aminorūgštis (pažymėtas žvaigždutėmis).

Tačiau daugybė eksperimentų parodė, kad sulaužius vieną DNR nukleotidą, baltymas visada paveikia tik vieną aminorūgštį, o tai būdinga nesutampančiam kodui.

ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ

HCC HCC HCC UHC CUG HCC CUG UGC HCU CUG

*** *** *** *** *** ***

Alaninas - Alaninas Ala - Cys - Lei Ala - Lei - Lei - Ala - Lei

A B C

nepersidengęs kodas persidengiantis kodas

Ryžiai. 34. Nepersidengiančio kodo buvimą genome paaiškinanti schema (paaiškinimas tekste).

Genetinio kodo nepersidengimas siejamas su kita savybe – informacijos skaitymas pradedamas nuo tam tikro taško – iniciacijos signalo. Toks iniciacijos signalas mRNR yra kodonas, koduojantis AUG metioniną.

Reikia pažymėti, kad žmogus vis dar turi nedaug genų, kurie nukrypsta nuo bendros taisyklės ir persidengia.

e. Kompaktiškumas.

Tarp kodonų nėra skyrybos ženklų. Kitaip tariant, trynukai nėra atskirti vienas nuo kito, pavyzdžiui, vienu beprasmiu nukleotidu. „Skyrybos ženklų“ nebuvimas genetiniame kode buvo įrodytas eksperimentais.

ir. Universalumas.

Kodas yra vienodas visiems Žemėje gyvenantiems organizmams. Tiesioginis genetinio kodo universalumo įrodymas buvo gautas lyginant DNR sekas su atitinkamomis baltymų sekomis. Paaiškėjo, kad visuose bakterijų ir eukariotų genomuose naudojami tie patys kodo reikšmių rinkiniai. Yra išimčių, bet ne tiek daug.

Pirmosios genetinio kodo universalumo išimtys buvo rastos kai kurių gyvūnų rūšių mitochondrijose. Tai buvo susiję su terminatoriaus kodonu UGA, kuris buvo toks pat kaip UGG kodonas, koduojantis aminorūgštį triptofaną. Taip pat rasta ir kitų retesnių nukrypimų nuo universalumo.

DNR kodų sistema.

Genetinis DNR kodas susideda iš 64 nukleotidų tripletų. Šie trynukai vadinami kodonais. Kiekvienas kodonas koduoja vieną iš 20 aminorūgščių, naudojamų baltymų sintezei. Tai suteikia tam tikro kodo pertekliaus: daugumą aminorūgščių koduoja daugiau nei vienas kodonas.
Vienas kodonas atlieka dvi tarpusavyje susijusias funkcijas: signalizuoja apie transliacijos pradžią ir koduoja aminorūgšties metionino (Met) įtraukimą į augančią polipeptidinę grandinę. DNR kodų sistema sukurta taip, kad genetinį kodą būtų galima išreikšti kaip RNR kodonus arba kaip DNR kodonus. RNR kodonai atsiranda RNR (mRNR) ir šie kodonai gali nuskaityti informaciją polipeptidų sintezės metu (procesas vadinamas vertimu). Bet kiekviena mRNR molekulė įgyja nukleotidų seką transkripcijos metu iš atitinkamo geno.

Visos aminorūgštys, išskyrus dvi (Met ir Trp), gali būti koduojamos 2–6 skirtingais kodonais. Tačiau daugumos organizmų genomas rodo, kad tam tikri kodonai yra palankesni už kitus. Pavyzdžiui, žmonėms alaniną GCC koduoja keturis kartus dažniau nei GCG. Tai tikriausiai rodo didesnį kai kurių kodonų vertimo aparato (pvz., ribosomos) vertimo efektyvumą.

Genetinis kodas yra beveik universalus. Tie patys kodonai priskiriami tai pačiai aminorūgščių atkarpai, o tie patys pradžios ir pabaigos signalai iš esmės yra vienodi gyvūnams, augalams ir mikroorganizmams. Tačiau buvo aptikta keletas išimčių. Dauguma jų apima vieno ar dviejų iš trijų stop kodonų priskyrimą aminorūgščiai.

GENETINIS KODAS(Graikų kalba, genetika reiškia kilmę; sin.: kodas, biologinis kodas, aminorūgščių kodas, baltymo kodas, nukleino rūgšties kodas) – sistema, skirta įrašyti paveldimą informaciją gyvūnų, augalų, bakterijų ir virusų nukleorūgščių molekulėse, kaitaliojant nukleotidų seką.

Genetinė informacija (pav.) iš ląstelės į ląstelę, iš kartos į kartą, išskyrus RNR turinčius virusus, perduodama reduplikuojant DNR molekules (žr. Replikacija). DNR paveldimos informacijos įgyvendinimas ląstelių gyvavimo procese atliekamas per 3 RNR tipus: informacinę (mRNR arba mRNR), ribosominę (rRNR) ir transportinę (tRNR), kurios sintezuojamos DNR kaip matricoje, naudojant RNR. polimerazės fermentas. Tuo pačiu metu nukleotidų seka DNR molekulėje vienareikšmiškai lemia nukleotidų seką visose trijose RNR rūšyse (žr. Transkripciją). Geno (žr.) informaciją, koduojančią baltyminę molekulę, neša tik mRNR. Galutinis paveldimos informacijos įgyvendinimo produktas yra baltymų molekulių sintezė, kurios specifiškumą lemia jų aminorūgščių seka (žr. Vertimą).

Kadangi DNR arba RNR yra tik 4 skirtingos azotinės bazės [DNR - adeninas (A), timinas (T), guaninas (G), citozinas (C); RNR - adeninas (A), uracilas (U), citozinas (C), guaninas (G)], kurių seka lemia 20 aminorūgščių seką baltyme, G. to. problema, t.y. 4 raidžių nukleorūgščių abėcėlės vertimo į 20 raidžių polipeptidų abėcėlę problema.

Pirmą kartą idėja matricos sintezė 1928 m. N. K. Kolcovas suformulavo baltymų molekulių, turinčių teisingą hipotetinės matricos savybių numatymą. 1944 m. Avery (O. Avery) ir kt. nustatė, kad DNR molekulės yra atsakingos už paveldimų savybių perkėlimą transformacijos metu pneumokokai. 1948 metais E. Chargaffas parodė, kad visose DNR molekulėse yra kiekybinė atitinkamų nukleotidų (A-T, G-C) lygybė. 1953 m. F. Crick, J. Watson ir Wilkins (M. H. F. Wilkins), remdamiesi šia taisykle ir rentgeno spindulių difrakcijos analizės duomenimis (žr.), priėjo prie išvados, kad DNR molekulė yra dviguba spiralė, susidedanti iš dviejų polinukleotidų. sruogos, sujungtos vandeniliniais ryšiais. Be to, tik T gali būti prieš vienos grandinės A antroje, o tik C prieš G. Šis komplementarumas lemia tai, kad vienos grandinės nukleotidų seka vienareikšmiškai lemia kitos grandinės seką. Antroji reikšminga išvada, išplaukianti iš šio modelio, yra ta, kad DNR molekulė gali savaime daugintis.

1954 metais G. Gamow suformulavo G. problemą į. jos šiuolaikine forma. 1957 metais F. Crickas išreiškė Adapterio hipotezę, darydamas prielaidą, kad aminorūgštys sąveikauja su nukleorūgštimi ne tiesiogiai, o per tarpininkus (dabar žinomas kaip tRNR). Ateinančiais metais po to visos pagrindinės nuorodos bendra schema genetinės informacijos perdavimas, iš pradžių hipotetinis, buvo patvirtintas eksperimentiškai. 1957 m. buvo atrastos mRNR [A. S. Spirin, A. N. Belozersky ir kt.; Folkinas ir Astrachanė (E. Volkinas, L. Astrachanas)] ir tRNR [Hoaglandas (M. V. Hoaglandas)]; 1960 metais DNR buvo susintetinta už ląstelės ribų, naudojant esamas DNR makromolekules kaip šabloną (A. Kornberg) ir buvo atrasta nuo DNR priklausoma RNR sintezė [Weiss (S. V. Weiss) ir kt.]. 1961 metais buvo sukurta sistema be ląstelių, kurioje, dalyvaujant natūraliai RNR arba sintetiniams poliribonukleotidams, sintetinamos į baltymus panašios medžiagos [M. Nirenbergas ir Matthaei (J. H. Matthaei)]. G. to. pažinimo problema susidėjo iš tyrimo bendrų savybių kodą ir jo faktinį dekodavimą, t.y., išsiaiškinti, kurie nukleotidų (kodonų) deriniai koduoja tam tikras aminorūgštis.

Bendrosios kodo savybės buvo išaiškintos neatsižvelgiant į jo dekodavimą ir daugiausia prieš jį analizuojant mutacijų formavimosi molekulinius modelius (F. Crick ir kt., 1961; N. V. Luchnik, 1963). Jie ateina į tai:

1. Kodas yra universalus, t.y. identiškas, bent jau iš esmės, visoms gyvoms būtybėms.

2. Kodas yra tripletas, tai yra, kiekviena aminorūgštis yra koduota trigubu nukleotidų.

3. Kodas yra nepersidengiantis, t. y. tam tikras nukleotidas negali būti daugiau nei vieno kodono dalis.

4. Kodas yra išsigimęs, tai yra, vieną aminorūgštį gali užkoduoti keli tripletai.

5. Informacija apie pirminę baltymo struktūrą skaitoma iš iRNR nuosekliai, pradedant nuo fiksuoto taško.

6. Dauguma galimų trynukų turi „prasmę“, t.y., koduoja aminorūgštis.

7. Iš trijų kodono „raidžių“ tik dvi (įpareigojamosios) yra svarbiausios, o trečioji (neprivaloma) neša daug mažiau informacijos.

Tiesioginis kodo dekodavimas būtų lyginamas struktūrinio geno nukleotidų seka (arba jame susintetinta mRNR) su aminorūgščių seka atitinkamame baltyme. Tačiau šis būdas vis dar techniškai neįmanomas. Buvo naudojami dar du būdai: baltymų sintezė sistemoje be ląstelių, naudojant žinomos sudėties dirbtinius poliribonukleotidus kaip matricą ir mutacijų formavimosi molekulinių modelių analizę (žr.). Pirmoji atnešė teigiamų rezultatų anksčiau ir istoriškai suvaidino didelį vaidmenį iššifruojant G. į.

1961 m. M. Nirenbergas ir Mattei kaip matricą panaudojo homopolimerą – sintetinę poliuridilo rūgštį (t.y. dirbtinę RNR kompozicijos UUUU ...) ir gavo polifenilalaniną. Iš to išplaukė, kad fenilalanino kodonas susideda iš kelių U, ty tripleto kodo atveju jis reiškia UUU. Vėliau kartu su homopolimerais buvo naudojami poliribonukleotidai, susidedantys iš skirtingų nukleotidų. Šiuo atveju buvo žinoma tik polimerų sudėtis, o nukleotidų išsidėstymas juose buvo statistinis, todėl rezultatų analizė buvo statistinė ir davė netiesiogines išvadas. Gana greitai pavyko rasti bent vieną tripletą visoms 20 aminorūgščių. Paaiškėjo, kad organinių tirpiklių buvimas, pH ar temperatūros pokyčiai, kai kurie katijonai ir ypač antibiotikai kodą daro dviprasmišką: tie patys kodonai pradeda skatinti kitų aminorūgščių įtraukimą, kai kuriais atvejais vienas kodonas pradėjo koduoti iki keturių. skirtingos aminorūgštys. Streptomicinas paveikė informacijos skaitymą tiek sistemose, kuriose nėra ląstelių, tiek in vivo, ir buvo veiksmingas tik streptomicinui jautrioms bakterijų padermėms. Nuo streptomicino priklausomose padermėse jis „pataisė“ rodmenis iš kodonų, kurie pasikeitė dėl mutacijos. Panašūs rezultatai davė pagrindo abejoti G. dekodavimo teisingumu, naudojant sistemą be ląstelių; buvo reikalingas patvirtinimas, pirmiausia naudojant in vivo duomenis.

Pagrindiniai duomenys apie G. to. in vivo buvo gauti analizuojant baltymų aminorūgščių sudėtį organizmuose, apdorotuose mutagenais (žr.), kurių veikimo mechanizmas žinomas, pavyzdžiui, azoto to-one, dėl kurio C pakeičiama U ir A pagal D. Naudingos informacijos suteikia ir nespecifinių mutagenų sukeltų mutacijų analizė, giminingų baltymų pirminės struktūros skirtumų palyginimas skirtingi tipai, koreliacija tarp DNR ir baltymų sudėties ir kt.

G. dekodavimas į. remiantis duomenimis in vivo ir in vitro davė sutampančius rezultatus. Vėliau buvo sukurti kiti trys kodo iššifravimo metodai sistemose be ląstelių: aminoacil-tRNR (t. y. tRNR su prijungta aktyvuota aminorūgštimi) surišimas su žinomos sudėties trinukleotidais (M. Nirenberg ir kt., 1965); aminoacil-tRNR surišimas su polinukleotidais, pradedant tam tikru tripletu (Mattei ir kt., 1966), ir polimerų kaip mRNR panaudojimas, kuriame žinoma ne tik sudėtis, bet ir nukleotidų tvarka (X. Korana ir kt. ., 1965). Visi trys metodai papildo vienas kitą, o rezultatai atitinka duomenis, gautus atliekant eksperimentus in vivo.

70-aisiais. 20 a buvo ypač patikimi G. dekodavimo rezultatų tikrinimo metodai. Žinoma, kad proflavino įtakoje atsirandančios mutacijos susideda iš atskirų nukleotidų praradimo arba įterpimo, dėl kurio pasislenka skaitymo kadras. T4 fage proflavinas sukėlė daugybę mutacijų, kurių metu pasikeitė lizocimo sudėtis. Ši kompozicija buvo išanalizuota ir palyginta su tais kodonais, kurie turėjo būti gauti pakeitus skaitymo rėmą. Vyko visiškas mačas. Be to, šis metodas leido nustatyti, kurie išsigimusio kodo tripletai koduoja kiekvieną aminorūgštį. 1970 m. Adamsui (J. M. Adamsui) ir jo bendradarbiams pavyko iš dalies iššifruoti G. to. tiesioginiu metodu: R17 fage bazinė seka buvo nustatyta 57 nukleotidų ilgio fragmente ir palyginta su aminorūgščių seka. jo lukšto baltymas. Rezultatai visiškai sutapo su gautais mažiau tiesioginiais metodais. Taigi kodas iššifruojamas visiškai ir teisingai.

Dekodavimo rezultatai apibendrinti lentelėje. Jame išvardyta kodonų ir RNR sudėtis. tRNR antikodonų sudėtis papildo mRNR kodonus, t. y. vietoj U juose yra A, vietoj A - U, vietoj C - G ir vietoj G - C ir atitinka struktūrinio geno kodonus (tos grandinės DNR, su kuria skaitoma informacija), vienintelis skirtumas yra tas, kad uracilas užima timino vietą. Iš 64 tripletų, kuriuos gali sudaryti 4 nukleotidų derinys, 61 turi „jutimą“, t.y. koduoja aminorūgštis, o 3 yra „nesąmonė“ (be prasmės). Yra gana aiškus ryšys tarp trynukų sudėties ir jų reikšmės, kuris buvo atrastas net ir analizuojant bendras kodo savybes. Kai kuriais atvejais specifinę aminorūgštį (pvz., proliną, alaniną) koduojantiems tripletams būdinga tai, kad pirmieji du nukleotidai (obligatiniai) yra vienodi, o trečiasis (nebūtina) gali būti bet koks. Kitais atvejais (koduojant, pavyzdžiui, asparaginą, glutaminą) du panašūs tripletai turi tą pačią reikšmę, kai pirmieji du nukleotidai sutampa, o bet koks purinas ar bet koks pirimidinas užima trečiojo vietą.

Nesąmoningi kodonai, iš kurių 2 turi specialius pavadinimus, atitinkančius fagų mutantų žymėjimą (UAA-ochre, UAG-gintaras, UGA-opalas), nors jie nekoduoja jokių aminorūgščių, jie turi didelę reikšmę skaitant informaciją, koduojant polipeptidinės grandinės galas.

Informacija skaitoma kryptimi nuo 5 1 -> 3 1 - iki nukleotidų grandinės galo (žr. Dezoksiribonukleino rūgštys). Šiuo atveju baltymų sintezė vyksta nuo aminorūgšties su laisva aminogrupe iki aminorūgšties su laisvąja karboksilo grupe. Sintezės pradžią koduoja AUG ir GUG tripletai, kurie šiuo atveju apima specifinę pradinę aminoacil-tRNR, būtent N-formilmetionil-tRNR. Tie patys tripletai, lokalizuoti grandinėje, koduoja atitinkamai metioniną ir valiną. Dviprasmybę pašalina tai, kad prieš skaitymo pradžią yra nesąmonių. Yra duomenų, kad ribą tarp skirtingus baltymus koduojančių iRNR sričių sudaro daugiau nei du tripletai ir šiose vietose kinta antrinė RNR struktūra; šis klausimas tiriamas. Jei struktūriniame gene yra nesąmonė kodonas, atitinkamas baltymas sukuriamas tik iki šio kodono vietos.

Genetinio kodo atradimas ir iššifravimas – išskirtinis molekulinės biologijos pasiekimas – turėjo įtakos visai biologijai, mokslams, kai kuriais atvejais padėjo pagrindą specialių didelių skyrių kūrimui (žr. Molekulinė genetika). G. atveriamasis poveikis ir su juo susiję tyrimai lyginami su tuo poveikiu, kurį biol, mokslams padarė Darvino teorija.

G. to. universalumas yra tiesioginis visų organinio pasaulio atstovų pagrindinių molekulinių gyvybės mechanizmų universalumo įrodymas. Tuo tarpu dideli genetinio aparato funkcijų ir jo sandaros skirtumai pereinant nuo prokariotų prie eukariotų ir iš vienaląsčių prie daugialąsčių greičiausiai siejami su molekuliniais skirtumais, kurių tyrimas yra vienas iš ateities uždavinių. Kadangi G. tyrimai yra tik pastarųjų metų klausimas, gautų rezultatų reikšmė praktinei medicinai yra tik netiesioginio pobūdžio, kol kas leidžia suprasti ligų prigimtį, patogenų veikimo mechanizmą ir vaistinių medžiagų. Tačiau tokių reiškinių kaip transformacija (žr.), transdukcija (žr.), slopinimas (žr.) atradimas rodo esminę patologiškai pakitusios paveldimos informacijos pataisymo ar jos korekcijos galimybę – vadinamąją. genų inžinerija (žr.).

Lentelė. GENETINIS KODAS

Pirmasis kodono nukleotidas	Antrasis kodono nukleotidas								Trečia, kodono nukleotidas
		Fenilalaninas
						J Nesąmonė
								triptofanas
						Histidinas
						Glutamo rūgštis
		Izoleucinas				Aspartas
		Metioninas
						Asparaginas
						Glutaminas

* Užkoduoja grandinės galą.

** Taip pat koduoja grandinės pradžią.

Bibliografija: Ichas M. Biologinis kodas, vert. iš anglų k., M., 1971; Lankininkas N.B. Citogenetinių pralaimėjimų biofizika ir genetinis kodas, L., 1968; Molekulinė genetika, trans. iš anglų k., red. A. N. Belozersky, 1 dalis, M., 1964; Nukleino rūgštys, trans. iš anglų k., red. A. N. Belozerskis. Maskva, 1965 m. Watson J.D. Molekulinė biologija genas, trans. iš anglų k., M., 1967; Fiziologinė genetika, red. M. E. Lobaševa S. G., Inge-Vechtoma-va, L., 1976, bibliogr.; Desoxyribonucleins&ure, Schlttssel des Lebens, hrsg. v „E. Geissler, B., 1972; Genetinis kodas, Gold Spr. Harb. Symp. kvant. Biol., v. 31, 1966; W o e s e C. R. Genetinis kodas, N. Y. a. o., 1967 m.