Sensul codului genetic. Neechivocitatea codului genetic se manifestă prin faptul că

Cod genetic- un sistem de înregistrare a informaţiei genetice în ADN (ARN) sub forma unei anumite secvenţe de nucleotide.O anumită secvenţă de nucleotide în ADN şi ARN corespunde unei anumite secvenţe de aminoacizi din lanţurile polipeptidice ale proteinelor. Este obișnuit să scrieți codul folosind majuscule din limba rusă sau alfabet latin. Fiecare nucleotidă este desemnată prin litera care începe numele bazei azotate care face parte din molecula sa: A (A) - adenină, G (G) - guanină, C (C) - citozină, T (T) - timină; în ARN în loc de timinuracil - U (U). Secvența de nucleotide determină secvența de încorporare a AA în proteina sintetizată.

Proprietățile codului genetic:

1. Tripletate- o unitate semnificativă a codului este o combinație de trei nucleotide (triplet sau codon).
2. Continuitate- între triplete nu există semne de punctuație, adică informația se citește continuu.
3. Nesuprapunere- aceeași nucleotidă nu poate face parte din două sau mai multe triplete în același timp (nu este observată pentru unele gene suprapuse ale virusurilor, mitocondriilor și bacteriilor care codifică mai multe proteine ​​frameshift).
4. Unicitatea(specificitate) - un anumit codon corespunde unui singur aminoacid (cu toate acestea, codonul UGA din Euplotescrassus codifică doi aminoacizi - cisteină și selenocisteină)
5. Degenerescenta(redundanță) - mai mulți codoni pot corespunde aceluiași aminoacid.
6. Versatilitate- codul genetic funcționează în același mod în organisme cu diferite niveluri de complexitate - de la viruși la oameni (metodele de inginerie genetică se bazează pe aceasta; există o serie de excepții, prezentate în tabelul din „Variațiile codului genetic standard " secțiunea de mai jos).

Condiții pentru biosinteză

Biosinteza proteinelor necesită informația genetică a unei molecule de ADN; ARN informațional - purtătorul acestei informații de la nucleu la locul de sinteză; ribozomi - organele în care are loc sinteza propriu-zisă a proteinelor; un set de aminoacizi în citoplasmă; transportă ARN-uri care codifică aminoacizi și îi transportă la locul de sinteză pe ribozomi; ATP este o substanță care furnizează energie pentru procesul de codificare și biosinteză.

Etape

Transcriere- procesul de biosinteză a tuturor tipurilor de ARN pe matricea ADN, care are loc în nucleu.

O anumită secțiune a moleculei de ADN este despiralizată, legăturile de hidrogen dintre cele două lanțuri sunt distruse prin acțiunea enzimelor. Pe o catenă de ADN, ca pe o matrice, o copie de ARN este sintetizată din nucleotide conform principiului complementar. În funcție de regiunea ADN-ului, ARN-urile ribozomale, de transport și informaționale sunt sintetizate în acest fel.

După sinteza ARNm, acesta părăsește nucleul și merge la citoplasmă la locul sintezei proteinelor pe ribozomi.

Difuzare- procesul de sinteză a lanțurilor polipeptidice, efectuat pe ribozomi, unde ARNm este un intermediar în transferul de informații despre structura primară a proteinei.

Biosinteza proteinelor constă dintr-o serie de reacții.

1. Activarea și codificarea aminoacizilor. ARNt are forma unei foi de trifoi, în bucla centrală a căreia se află un anticodon triplet corespunzător codului unui anumit aminoacid și codonului de pe ARNm. Fiecare aminoacid este conectat la ARNt-ul corespunzător folosind energia ATP. Se formează un complex tARN-aminoacid, care intră în ribozomi.

2. Formarea complexului ARNm-ribozom. ARNm din citoplasmă este conectat prin ribozomi pe ER granular.

3. Asamblarea lanțului polipeptidic. ARNt cu aminoacizi, conform principiului complementarității anticodonului cu codonul, se combină cu ARNm și intră în ribozom. În centrul peptidic al ribozomului, se formează o legătură peptidică între doi aminoacizi, iar ARNt-ul eliberat părăsește ribozomul. În același timp, ARNm avansează câte un triplet de fiecare dată, introducând un nou ARNt - un aminoacid și eliminând ARNt-ul eliberat din ribozom. Întregul proces este alimentat de ATP. Un ARNm se poate combina cu mai mulți ribozomi, formând un polizom, în care multe molecule ale unei proteine ​​sunt sintetizate simultan. Sinteza se termină atunci când codonii fără sens (coduri stop) încep pe ARNm. Ribozomii sunt separați de ARNm, lanțurile polipeptidice sunt îndepărtate din ei. Întrucât întregul proces de sinteză are loc pe reticulul endoplasmatic granular, lanțurile polipeptidice rezultate intră în tubii EPS, unde capătă structura finală și se transformă în molecule proteice.

Toate reacțiile de sinteză sunt catalizate de enzime speciale folosind energia ATP. Rata de sinteză este foarte mare și depinde de lungimea polipeptidei. De exemplu, în ribozomul de Escherichia coli, o proteină de 300 de aminoacizi este sintetizată în aproximativ 15-20 de secunde.

Datorită procesului de transcripție într-o celulă, informațiile sunt transferate de la ADN la proteină: ADN - i-ARN - proteină. Informația genetică conținută în ADN și ARNm este conținută în secvența de nucleotide din molecule. Cum are loc traducerea informațiilor din „limbajul” nucleotidelor în „limbajul” aminoacizilor? Această traducere se realizează folosind codul genetic. Un cod, sau un cifr, este un sistem de simboluri pentru a traduce o formă de informație în alta. Codul genetic este un sistem de înregistrare a informațiilor despre secvența de aminoacizi din proteine ​​folosind secvența de nucleotide din ARN-ul mesager. Cât de importantă este succesiunea acelorași elemente (patru nucleotide în ARN) pentru înțelegerea și păstrarea sensului informației poate fi văzut cu un exemplu simplu: prin rearanjarea literelor din codul cuvântului, obținem un cuvânt cu un sens diferit - doc. Care sunt proprietățile codului genetic?

1. Codul este triplet. ARN-ul este format din 4 nucleotide: A, G, C, U. Dacă am încerca să desemnăm un aminoacid cu o nucleotidă, atunci 16 din 20 de aminoacizi ar rămâne necriptați. Un cod din două litere ar codifica 16 aminoacizi (din patru nucleotide se pot face 16 combinații diferite, fiecare având două nucleotide). Natura a creat un cod de trei litere, sau triplet. Aceasta înseamnă că fiecare dintre cei 20 de aminoacizi este codificat de o secvență de trei nucleotide numită triplet sau codon. Din 4 nucleotide, puteți crea 64 de combinații diferite a câte 3 nucleotide fiecare (4*4*4=64). Acest lucru este mai mult decât suficient pentru a codifica 20 de aminoacizi și, se pare, 44 de codoni sunt de prisos. Cu toate acestea, nu este.

2. Codul este degenerat. Aceasta înseamnă că fiecare aminoacid este codificat de mai mult de un codon (doi până la șase). Excepție fac aminoacizii metionină și triptofan, fiecare dintre care este codificat de un singur triplet. (Acest lucru poate fi văzut din tabelul codului genetic.) Faptul că metionina este codificată de un triplet OUT are o semnificație specială, care vă va deveni clar mai târziu (16).

3. Codul este lipsit de ambiguitate. Fiecare codon codifică doar un aminoacid. La toți oamenii sănătoși, în gena care poartă informații despre lanțul beta al hemoglobinei, tripletul GAA sau GAG, I, care se află pe locul șase, codifică acidul glutamic. La pacienții cu anemie falciformă, a doua nucleotidă din acest triplet este înlocuită cu U. După cum se poate observa din tabel, tripleții GUA sau GUG, care se formează în acest caz, codifică aminoacidul valină. La ce duce o astfel de înlocuire, știți deja din secțiunea DNA.

4. Există „semne de punctuație” între gene. În textul tipărit, există un punct la sfârșitul fiecărei fraze. Mai multe fraze înrudite formează un paragraf. În limbajul informațiilor genetice, un astfel de paragraf este un operon și mARN-ul său complementar. Fiecare genă din operon codifică un lanț polipeptidic - o frază. Deoarece într-un număr de cazuri mai multe lanțuri polipeptidice diferite sunt create secvenţial pe matriţa ARNm, acestea trebuie separate unele de altele. Pentru a face acest lucru, în codul genetic există trei tripleți speciali - UAA, UAG, UGA, fiecare dintre acestea indicând încetarea sintezei unui lanț polipeptidic. Astfel, aceste triplete îndeplinesc funcția de semne de punctuație. Ele sunt la sfârșitul fiecărei gene. Nu există „semne de punctuație” în interiorul genei. Întrucât codul genetic este asemănător cu un limbaj, să analizăm această proprietate folosind exemplul unei astfel de fraze compuse din tripleți: pisica trăia liniștită, pisica aceea era supărată pe mine. Semnificația a ceea ce este scris este clar, în ciuda absenței „semnelor de punctuație. Dacă eliminăm o literă din primul cuvânt (o nucleotidă în genă), dar citim și în triple de litere, atunci obținem prostii: ilb ylk ott ihb yls yls erm ilm no otk apare și atunci când una sau două nucleotide lipsesc din genă. Proteina care va fi citită dintr-o astfel de genă deteriorată nu va avea nimic de-a face cu proteina care a fost codificată de gena normală.

6. Codul este universal. Codul genetic este același pentru toate creaturile care trăiesc pe Pământ. În bacterii și ciuperci, grâu și bumbac, pești și viermi, broaște și oameni, aceleași tripleți codifică aceiași aminoacizi.

Cod genetic- un sistem unificat de înregistrare a informațiilor ereditare în moleculele de acid nucleic sub forma unei secvențe de nucleotide. Codul genetic se bazează pe utilizarea unui alfabet format din doar patru litere A, T, C, G, corespunzătoare nucleotidelor ADN. Există 20 de tipuri de aminoacizi în total. Din cei 64 de codoni, trei - UAA, UAG, UGA - nu codifică aminoacizi, au fost numiți codoni nonsens, îndeplinesc funcția semnelor de punctuație. Codon (trinucleotide de codificare) - o unitate a codului genetic, un triplet de resturi de nucleotide (triplet) în ADN sau ARN, care codifică includerea unui aminoacid. Genele în sine nu sunt implicate în sinteza proteinelor. Mediatorul dintre genă și proteină este ARNm. Structura codului genetic se caracterizează prin faptul că este triplet, adică este format din triplete (triple) de baze azotate ale ADN-ului, numite codoni. De la 64

Proprietățile genelor. cod
1) Tripletate: un aminoacid este codificat de trei nucleotide. Aceste 3 nucleotide din ADN
se numesc triplet, în ARNm - codon, în ARNt - anticodon.
2) Redundanță (degenerare): există doar 20 de aminoacizi și există 61 de tripleți care codifică aminoacizi, astfel încât fiecare aminoacid este codificat de mai multe triplete.
3) Unicitate: fiecare triplet (codon) codifică doar un aminoacid.
4) Universalitate: codul genetic este același pentru toate organismele vii de pe Pământ.
5.) continuitatea și incontestabilitatea codonilor în timpul lecturii. Aceasta înseamnă că secvența de nucleotide este citită triplet cu triplet fără goluri, în timp ce tripleții învecinați nu se suprapun.

88. Ereditatea și variabilitatea sunt proprietățile fundamentale ale celor vii. Înțelegerea darwiniană a fenomenelor de ereditate și variabilitate.
ereditate numită proprietatea comună a tuturor organismelor de a păstra și transmite trăsăturile de la părinte la urmași. Ereditate- aceasta este proprietatea organismelor de a reproduce în generații un tip similar de metabolism care s-a dezvoltat în acest proces dezvoltare istorica specie şi se manifestă în anumite condiţii Mediul extern.
Variabilitate există un proces de apariție a diferențelor calitative între indivizii aceleiași specii, care se exprimă fie într-o modificare sub influența mediului extern a unui singur fenotip, fie în variații ereditare determinate genetic rezultate din combinații, recombinări și mutații care apar într-un număr de generații și populații succesive.
Înțelegerea darwiniană a eredității și variabilității.
Sub ereditate Darwin a înțeles capacitatea organismelor de a-și păstra speciile, soiurile și caracteristici individuale. Această caracteristică era bine cunoscută și reprezenta variabilitatea ereditară. Darwin a analizat în detaliu importanța eredității în procesul evolutiv. El a atras atenția asupra cazurilor de hibrizi monocolor din prima generație și divizarea caracterelor din a doua generație, era conștient de ereditatea asociată cu sexul, atavismele hibride și o serie de alte fenomene de ereditate.
Variabilitate. Comparând multe rase de animale și soiuri de plante, Darwin a observat că în orice specie de animale și plante și în cultură, în orice soi și rasă, nu există indivizi identici. Darwin a concluzionat că toate animalele și plantele sunt caracterizate de variabilitate.
Analizând materialul privind variabilitatea animalelor, omul de știință a observat că orice modificare a condițiilor de detenție este suficientă pentru a provoca variabilitate. Astfel, prin variabilitate, Darwin a înțeles capacitatea organismelor de a dobândi noi caracteristici sub influența condițiilor de mediu. El a distins următoarele forme de variabilitate:
O anumită variabilitate (de grup).(acum numit modificare) - o schimbare similară la toți indivizii descendenților într-o direcție datorită influenței anumite condiții. Anumite modificări sunt de obicei neereditare.
Variabilitatea individuală incertă(acum numit genotipic) - apariția diferitelor diferențe minore la indivizi din aceeași specie, soi, rasă, prin care, existând în condiții similare, un individ se deosebește de alții. O astfel de variabilitate multidirecțională este o consecință a influenței nedefinite a condițiilor de existență asupra fiecărui individ.
Corelativ(sau relativă) variabilitate. Darwin a înțeles organismul ca un sistem integral, ale cărui părți individuale sunt strâns interconectate. Prin urmare, o schimbare în structura sau funcția unei părți cauzează adesea o schimbare în alta sau în altele. Un exemplu de astfel de variabilitate este relația dintre dezvoltarea unui mușchi funcțional și formarea unei creste pe osul de care este atașat. La multe păsări vadătoare, există o corelație între lungimea gâtului și lungimea membrelor: păsări cu gât lung Au și membre lungi.
Variabilitatea compensatorie constă în faptul că dezvoltarea unor organe sau funcții este adesea cauza asupririi altora, adică se observă o corelație inversă, de exemplu, între lăptos și carnea bovinelor.

89. Variabilitatea modificării. Rata de reacție a trăsăturilor determinate genetic. Fenocopii.
Fenotipic variabilitatea acoperă schimbări în starea semnelor directe care apar sub influența condițiilor de dezvoltare sau a factorilor de mediu. Intervalul variabilității modificării este limitat de viteza de reacție. Modificarea specifică rezultată într-o trăsătură nu este moștenită, dar variabilitatea modificării se datorează eredității, în acest caz, materialul ereditar nu este implicat în schimbare.
Rata de reacție- aceasta este limita variabilității de modificare a trăsăturii. Viteza de reacție este moștenită, nu modificările în sine, adică. capacitatea de a dezvolta o trăsătură, iar forma de manifestare a acesteia depinde de condițiile de mediu. Viteza de reacție este o caracteristică specifică cantitativă și calitativă a genotipului. Există semne cu o normă largă de reacție, o normă îngustă () și o normă lipsită de ambiguitate. Rata de reacție are limite sau limite pentru fiecare specie biologică (inferioară și superioară) - de exemplu, hrănirea crescută va duce la o creștere a masei animalului, cu toate acestea, se va încadra în reacția normală caracteristică acestei specii sau rase. Viteza de reacție este determinată genetic și moștenită. Pentru diferite trăsături, limitele normei de reacție variază foarte mult. De exemplu, valoarea producției de lapte, productivitatea cerealelor și multe alte trăsături cantitative au limite largi ale normei de reacție, limite înguste - intensitatea culorii majorității animalelor și multe alte trăsături calitative. Sub influența unor factori nocivi pe care o persoană nu îi întâlnește în procesul de evoluție, este exclusă posibilitatea variabilității modificării, care determină normele de reacție.
Fenocopii- modificări ale fenotipului sub influența factorilor de mediu nefavorabili, similare ca manifestare cu mutațiile. Modificările fenotipice rezultate nu sunt moștenite. S-a stabilit că apariția fenocopiilor este asociată cu influența condițiilor externe asupra unui anumit stadiu limitat de dezvoltare. Mai mult, același agent, în funcție de faza pe care acționează, poate copia diferite mutații, sau o etapă reacționează la un agent, alta la altul. Diferiți agenți pot fi utilizați pentru a evoca aceeași fenocopie, indicând că nu există nicio relație între rezultatul modificării și factorul de influență. Cele mai complexe tulburări genetice ale dezvoltării sunt relativ ușor de reprodus, în timp ce este mult mai dificil de copiat semnele.

90. Caracterul adaptativ al modificării. Rolul eredității și al mediului în dezvoltarea, formarea și educarea unei persoane.
Variabilitatea modificării corespunde condițiilor de habitat, are un caracter adaptativ. Caracteristici precum creșterea plantelor și animalelor, greutatea, culoarea lor etc. sunt supuse variabilității modificării. Apariția modificărilor de modificare se datorează faptului că condițiile de mediu afectează reacțiile enzimatice care apar în organismul în curs de dezvoltare și, într-o anumită măsură, își schimbă cursul.
Întrucât manifestarea fenotipică a informaţiei ereditare poate fi modificată de condiţiile de mediu, în genotipul organismului este programată doar posibilitatea formării lor în anumite limite, numite normă de reacţie. Viteza de reacție reprezintă limitele variabilității de modificare a unei trăsături permise pentru un anumit genotip.
Gradul de exprimare a trăsăturii în timpul implementării genotipului în diferite condiții se numește expresivitate. Este asociat cu variabilitatea trăsăturii în intervalul normal al reacției.
Aceeași trăsătură poate apărea la unele organisme și poate fi absentă la altele care au aceeași genă. Măsura cantitativă a expresiei fenotipice a unei gene se numește penetranță.
Expresivitatea și penetranța sunt susținute de selecția naturală. Ambele modele trebuie reținute atunci când studiem ereditatea la oameni. Prin schimbarea condițiilor de mediu, penetranța și expresivitatea pot fi influențate. Faptul că același genotip poate fi sursa dezvoltării diferitelor fenotipuri este de o importanță semnificativă pentru medicină. Aceasta înseamnă că împovărat nu trebuie neapărat să apară. Depinde mult de condițiile în care se află persoana. În unele cazuri, boala ca manifestare fenotipică a informațiilor ereditare poate fi prevenită prin dietă sau medicamente. Implementarea informației ereditare depinde de mediu.Fiind formate pe baza unui genotip stabilit istoric, modificările sunt de obicei de natură adaptativă, deoarece sunt întotdeauna rezultatul răspunsurilor unui organism în curs de dezvoltare la cei care îl afectează. factori de mediu. O natură diferită a modificărilor mutaționale: acestea sunt rezultatul modificărilor în structura moleculei de ADN, care provoacă o încălcare a procesului stabilit anterior de sinteză a proteinelor. când șoarecii sunt ținuți la temperaturi ridicate, urmașii lor se nasc cu cozi alungite și urechi mărite. O astfel de modificare este de natură adaptivă, deoarece părțile proeminente (coada și urechile) joacă un rol termoreglator în organism: o creștere a suprafeței lor permite o creștere a transferului de căldură.

Potențialul genetic uman este limitat în timp și destul de sever. Dacă ratați perioada de socializare timpurie, aceasta va dispărea fără să aveți timp să vă dați seama. Un prim exemplu Din această afirmație sunt numeroase cazurile în care bebelușii, prin forța împrejurărilor, au căzut în junglă și au petrecut câțiva ani printre animale. După ce le-a revenit la comunitate umană nu mai puteau ajunge din urmă pe deplin: să stăpânească vorbirea, să dobândească abilități destul de complexe activitate umana, au funcțiile mentale slab dezvoltate ale unei persoane. Aceasta este o dovadă că trăsăturile caracteristice ale comportamentului și activității umane sunt dobândite numai prin moștenire socială, doar prin transmiterea unui program social în procesul de educație și formare.

Genotipurile identice (la gemeni identici), fiind în medii diferite, pot da fenotipuri diferite. Luând în considerare toți factorii de influență, fenotipul uman poate fi reprezentat ca fiind format din mai multe elemente.

Acestea includ:înclinații biologice codificate în gene; mediul (social și natural); activitatea individului; minte (conștiință, gândire).

Interacțiunea eredității și a mediului în dezvoltarea unei persoane joacă un rol important de-a lungul vieții sale. Dar capătă o importanță deosebită în perioadele de formare a organismului: embrionar, sugar, copil, adolescent și tineresc. În acest moment se observă un proces intens de dezvoltare a corpului și de formare a personalității.

Ereditatea determină ce poate deveni un organism, dar o persoană se dezvoltă sub influența simultană a ambilor factori - ereditatea și mediul. Astăzi devine general recunoscut că adaptarea umană se realizează sub influența a două programe de ereditate: biologic și social. Toate semnele și proprietățile oricărui individ sunt rezultatul interacțiunii dintre genotipul și mediul său. Prin urmare, fiecare persoană este atât o parte a naturii, cât și un produs al dezvoltării sociale.

91. Variabilitatea combinativă. Valoarea variabilității combinative în asigurarea diversității genotipice a oamenilor: Sisteme de căsătorii. Aspecte medicale genetice ale familiei.
Variabilitatea combinației asociate cu obținerea de noi combinații de gene în genotip. Aceasta se realizează în urma a trei procese: a) divergența independentă a cromozomilor în timpul meiozei; b) combinarea lor aleatorie în timpul fertilizării; c) recombinarea genelor din cauza Crossing over. Factorii ereditari (genele) în sine nu se modifică, dar apar noi combinații ale acestora, ceea ce duce la apariția unor organisme cu alte proprietăți genotipice și fenotipice. Datorită variabilității combinative creează o varietate de genotipuri la descendenți, care are mare importanță pentru procesul evolutiv datorită faptului că: 1) diversitatea materialului pentru procesul evolutiv crește fără a reduce viabilitatea indivizilor; 2) posibilitățile de adaptare a organismelor la condițiile de mediu în schimbare se extind și astfel se asigură supraviețuirea unui grup de organisme (populații, specii) în ansamblu

Compoziția și frecvența alelelor la oameni, în populații, depind în mare măsură de tipurile de căsătorii. În acest sens, studiul tipurilor de căsătorii și a consecințelor lor medicale și genetice este de mare importanță.

Căsătoriile pot fi: electoral, nediscriminatoriu.

Pentru cei nediscriminatori includ căsătoriile panmix. panmixia(greacă nixis - amestec) - căsătorii între persoane cu genotipuri diferite.

Căsătoriile selective: 1. Consangvinizare- căsătorii între persoane care nu au legături de familie conform unui genotip cunoscut anterior, 2.Consangvinizare- căsătoriile între rude 3.Asortativ pozitiv- căsătorii între indivizi cu fenotipuri similare între (surdo-muți, scund cu scund, înalt cu înalt, slab la minte cu slab la minte etc.). 4. Negativ-asotivativ-căsătoriile între persoane cu fenotipuri diferite (surdo-mut-normal; scurt-înalt; normal-cu pistrui etc.). 4.Incestul- căsătoriile între rude apropiate (între frate și soră).

Căsătoriile consangvinizate și incestul sunt interzise prin lege în multe țări. Din păcate, există regiuni cu o frecvență ridicată a căsătoriilor consangvinizate. Până de curând, frecvența căsătoriilor consangvinizate în unele regiuni Asia Centrala a ajuns la 13-15%.

Semnificația genetică medicală căsătoriile consangvinizate este extrem de negativă. În astfel de căsătorii, se observă homozigotizare, frecvența bolilor autosomale recesive crește de 1,5-2 ori. Populațiile consangvinizate prezintă depresie de consangvinizare; frecvența crește brusc, crește frecvența alelelor recesive nefavorabile și crește mortalitatea infantilă. Căsătoriile asortative pozitive conduc, de asemenea, la fenomene similare. Outbreeding are o valoare genetică pozitivă. În astfel de căsătorii, se observă heterozigotizare.

92. Variabilitatea mutațională, clasificarea mutațiilor în funcție de nivelul de modificare a leziunii material ereditar. Mutații în celulele sexuale și somatice.
mutaţie numită schimbare datorită reorganizării structurilor de reproducere, schimbare a aparatului său genetic. Mutațiile apar brusc și sunt moștenite. În funcție de nivelul de schimbare a materialului ereditar, toate mutațiile sunt împărțite în genetice, cromozomialeși genomic.
Mutații genetice, sau transgenerațiile, afectează structura genei în sine. Mutațiile pot schimba secțiuni ale moleculei de ADN de lungimi diferite. Cea mai mică zonă, a cărei schimbare duce la apariția unei mutații, se numește muton. Poate fi format doar din câteva nucleotide. O modificare a secvenței de nucleotide din ADN provoacă o schimbare a secvenței tripleților și, în cele din urmă, un program pentru sinteza proteinelor. Trebuie amintit că tulburările în structura ADN-ului duc la mutații numai atunci când repararea nu este efectuată.
Mutații cromozomiale, rearanjamentele sau aberațiile cromozomiale constau într-o modificare a cantității sau redistribuirea materialului ereditar al cromozomilor.
Reorganizările se împart în nutricromozomialeși intercromozomiale. Rearanjamentele intracromozomiale constau în pierderea unei părți a cromozomului (deleție), dublarea sau multiplicarea unora dintre secțiunile acestuia (duplicare), rotirea unui fragment de cromozom cu 180 ° cu modificarea secvenței genelor (inversie).
Mutații genomice asociat cu o modificare a numărului de cromozomi. Mutațiile genomice includ aneuploidia, haploidia și poliploidia.
aneuploidie numită modificare a numărului de cromozomi individuali - absența (monozomia) sau prezența unor cromozomi suplimentari (trisomie, tetrasomie, în general polisomie), adică un set de cromozomi dezechilibrat. Celulele cu un număr modificat de cromozomi apar ca urmare a tulburărilor în procesul de mitoză sau meioză și, prin urmare, disting între aneuploidia mitotică și meiotică. O scădere multiplă a numărului de seturi de cromozomi de celule somatice în comparație cu una diploidă se numește haploidie. Atractia multipla a numarului de seturi de cromozomi de celule somatice in comparatie cu cea diploida se numeste poliploidie.
Specii enumerate mutațiile se găsesc atât în ​​celulele germinale, cât și în celulele somatice. Mutațiile care apar în celulele germinale sunt numite generativ. Ele sunt transmise generațiilor următoare.
Se numesc mutații care apar în celulele corpului într-un anumit stadiu al dezvoltării individuale a unui organism somatic. Astfel de mutații sunt moștenite de descendenții numai celulei în care au apărut.

93. Mutații genetice, mecanisme moleculare de apariție, frecvența mutațiilor în natură. Mecanisme de antimutație biologică.
Genetica modernă subliniază asta mutații genetice constau in modificarea structurii chimice a genelor. În mod specific, mutațiile genelor sunt substituții, inserții, deleții și pierderi de perechi de baze. Cea mai mică secțiune a moleculei de ADN, a cărei schimbare duce la o mutație, se numește muton. Este egal cu o pereche de nucleotide.
Există mai multe clasificări ale mutațiilor genelor. . Spontan(spontan) este o mutație care are loc în afara conexiunii directe cu orice factor de mediu fizic sau chimic.
Dacă mutațiile sunt cauzate în mod intenționat, prin expunerea la factori de natură cunoscută, ele sunt numite induse. Agentul care induce mutații se numește mutagen.
Natura mutagenilor este variată- aceasta factori fizici, compuși chimici. Efectul mutagen al unor obiecte biologice - viruși, protozoare, helminți - a fost stabilit atunci când acestea pătrund în corpul uman.
Ca rezultat al mutațiilor dominante și recesive, în fenotip apar trăsături alterate dominante și recesive. Dominant mutațiile apar în fenotip încă de la început prima generatie. recesiv mutațiile sunt ascunse la heterozigoți de acțiunea selecției naturale, astfel încât se acumulează în pool-urile genetice ale speciilor din în număr mare.
Un indicator al intensității procesului de mutație este frecvența mutației, care este calculată în medie pentru genom sau separat pentru loci specifici. Frecvența medie a mutațiilor este comparabilă într-o gamă largă de ființe vii (de la bacterii la oameni) și nu depinde de nivelul și tipul de organizare morfofiziologică. Este egal cu 10 -4 - 10 -6 mutații per 1 locus pe generație.
Mecanisme anti-mutație.
Împerecherea cromozomilor în cariotipul diploid al celulelor somatice eucariote servește ca factor de protecție împotriva consecințelor adverse ale mutațiilor genelor. Împerecherea genelor alele previne manifestarea fenotipică a mutațiilor dacă acestea sunt recesive.
În declin efecte nocive Mutațiile genelor sunt introduse prin fenomenul de extracopiere a genelor care codifică macromolecule vitale. Un exemplu sunt genele pentru ARNr, ARNt, proteine ​​histone, fără de care activitatea vitală a oricărei celule este imposibilă.
Aceste mecanisme contribuie la conservarea genelor selectate în timpul evoluției și, în același timp, la acumularea diferitelor alele în fondul genetic al unei populații, formând o rezervă de variabilitate ereditară.

94. Mutații genomice: poliploidie, haploidie, heteroploidie. Mecanismele apariției lor.
Mutațiile genomice sunt asociate cu o modificare a numărului de cromozomi. Mutațiile genomice sunt heteroploidie, haploidieși poliploidie.
poliploidie- o creștere a numărului diploid de cromozomi prin adăugarea de seturi întregi de cromozomi ca urmare a unei încălcări a meiozei.
În formele poliploide se constată o creștere a numărului de cromozomi, multiplu al setului haploid: 3n - triploid; 4n este un tetraploid, 5n este un pentaploid etc.
Formele poliploide diferă fenotipic de cele diploide: odată cu modificarea numărului de cromozomi, se modifică și proprietățile ereditare. La poliploide, celulele sunt de obicei mari; uneori plantele sunt gigantice.
Formele rezultate din multiplicarea cromozomilor unui genom se numesc autoploide. Cu toate acestea, este cunoscută și o altă formă de poliploidie - aloploidia, în care se înmulțește numărul de cromozomi a doi genomi diferiți.
O scădere multiplă a numărului de seturi de cromozomi de celule somatice în comparație cu una diploidă se numește haploidie. Organismele haploide din habitatele naturale se găsesc în principal printre plante, inclusiv cele superioare (datura, grâu, porumb). Celulele unor astfel de organisme au câte un cromozom din fiecare pereche omoloagă, astfel încât toate alelele recesive apar în fenotip. Aceasta explică viabilitatea redusă a haploidelor.
heteroploidie. Ca urmare a încălcărilor mitozei și meiozei, numărul de cromozomi se poate schimba și nu deveni un multiplu al setului haploid. Fenomenul când oricare dintre cromozomi, în loc să fie o pereche, este într-un număr triplu, se numește trisomie. Dacă trisomia este observată pe un cromozom, atunci un astfel de organism se numește trisomic și setul său de cromozomi este 2n + 1. Trisomia poate fi pe oricare dintre cromozomi și chiar pe mai mulți. Cu trisomie dublă, are un set de cromozomi 2n + 2, triplu - 2n + 3 etc.
Fenomenul opus trisomie, adică pierderea unuia dintre cromozomi dintr-o pereche dintr-un set diploid se numeste monosomie, organismul este monosomic; formula sa genotipică este 2p-1. În absența a doi cromozomi diferiți, organismul este un monosomic dublu cu formula genotipică 2n-2 și așa mai departe.
Din cele spuse, este clar că aneuploidie, adică încălcarea numărului normal de cromozomi, duce la modificări ale structurii și la o scădere a viabilității organismului. Cu cât perturbarea este mai mare, cu atât viabilitatea este mai mică. La om, o încălcare a setului echilibrat de cromozomi atrage după sine stări de boală, cunoscute colectiv sub numele de boli cromozomiale.
Mecanismul de origine mutațiile genomice sunt asociate cu patologia unei încălcări a divergenței normale a cromozomilor în meioză, ceea ce duce la formarea gameților anormali, ceea ce duce la o mutație. Modificările din organism sunt asociate cu prezența celulelor eterogene genetic.

95. Metode de studiere a eredităţii umane. Metode genealogice și gemene, semnificația lor pentru medicină.
Principalele metode de studiere a eredității umane sunt genealogic, geamăn, populație-statistică, metoda dermatoglifelor, metoda citogenetica, biochimica, genetica celulelor somatice, metoda modelarii
metoda genealogica. Baza acestei metode este compilarea și analiza pedigree-urilor. Un pedigree este o diagramă care reflectă relațiile dintre membrii familiei. Analizând pedigree, ei studiază orice trăsătură normală sau (mai des) patologică în generațiile de oameni care se află în legaturi de familie.
Metodele genealogice sunt folosite pentru a determina natura ereditară sau neereditară a unei trăsături, dominanță sau recesivitate, cartografierea cromozomilor, legăturile sexuale, pentru a studia procesul de mutație. De regulă, metoda genealogică formează baza concluziilor în consilierea genetică medicală.
La compilarea pedigree-urilor, se folosește notația standard. Persoana cu care începe studiul este probanda. Progenitul unui cuplu căsătorit se numește frate, frații sunt numiți frați, verii sunt numiți veri și așa mai departe. Descendenții care au o mamă comună (dar tați diferiți) sunt numiți consanguini, iar descendenții care au un tată comun (dar mame diferite) sunt numiți consanguini; dacă familia are copii din căsătorii diferite, în plus, nu au strămoși comuni (de exemplu, un copil din prima căsătorie a mamei și un copil din prima căsătorie a tatălui), atunci se numesc consolidați.
Cu ajutorul metodei genealogice se poate stabili condiționalitatea ereditară a trăsăturii studiate, precum și tipul moștenirii acesteia. Atunci când se analizează pedigree-urile pentru mai multe trăsături, poate fi dezvăluită natura legată a moștenirii lor, care este utilizată la compilarea hărților cromozomiale. Această metodă permite studierea intensității procesului de mutație, evaluarea expresivității și penetranței alelei.
metoda gemenilor. Constă în studierea tiparelor de moștenire a trăsăturilor la perechi de gemeni identici și dizigoți. Gemenii sunt doi sau mai mulți copii concepuți și născuți de aceeași mamă aproape în același timp. Există gemeni identici și fraterni.
Gemenii identici (monozigoți, identici) apar cel mai mult primele etape zdrobirea zigotului, când două sau patru blastomere își păstrează capacitatea de a se dezvolta într-un organism cu drepturi depline în timpul izolării. Deoarece zigotul se divide prin mitoză, genotipurile gemenilor identici, cel puțin inițial, sunt complet identice. Gemenii identici sunt întotdeauna de același sex și împart aceeași placentă în timpul dezvoltării fetale.
Fratern (dizigot, non-identic) apar în timpul fertilizării a două sau mai multe ouă mature simultan. Astfel, ei împărtășesc aproximativ 50% din genele lor. Cu alte cuvinte, ei sunt similari cu frații și surorile obișnuite în constituția lor genetică și pot fi fie de același sex, fie de sex diferit.
Când comparăm gemeni identici și fraterni crescuți în același mediu, se poate trage o concluzie despre rolul genelor în dezvoltarea trăsăturilor.
Metoda dublă vă permite să faceți concluzii rezonabile despre ereditatea trăsăturilor: rolul eredității, al mediului și al factorilor aleatori în determinarea anumitor trăsături ale unei persoane
Prevenirea și diagnosticul patologiei ereditare
În prezent, prevenirea patologiei ereditare se realizează la patru niveluri: 1) pregametic; 2) prezigotic; 3) prenatală; 4) neonatal.
1.) Nivel pre-gametic
Implementat:
1. Controlul sanitar asupra producției - excluderea influenței mutagenilor asupra organismului.
2. Eliberarea femeilor aflate la vârsta fertilă de la locul de muncă în industriile periculoase.
3. Crearea listelor de boli ereditare care sunt frecvente la un anumit
teritorii cu def. frecvent.
2. Nivelul prezigotic
Cel mai important element al acestui nivel de prevenire este consilierea genetică medicală (MGC) a populației, informarea familiei asupra gradului risc posibil nașterea unui copil cu patologie ereditară și pentru a ajuta la luarea deciziei corecte cu privire la naștere.
nivel prenatal
Constă în efectuarea diagnosticelor prenatale (prenatale).
Diagnosticul prenatal- Acesta este un set de măsuri care se efectuează pentru a determina patologia ereditară la făt și pentru a întrerupe această sarcină. Metodele de diagnostic prenatal includ:
1. Scanare cu ultrasunete (USS).
2. Fetoscopie- o metodă de observare vizuală a fătului în cavitatea uterină printr-o sondă elastică dotată cu sistem optic.
3. Biopsie corială. Metoda se bazează pe luarea vilozităților coriale, cultivarea celulelor și examinarea lor folosind metode citogenetice, biochimice și genetice moleculare.
4. Amniocenteza– puncția sacului amniotic prin peretele abdominal și luarea
lichid amniotic. Conține celule fetale care pot fi examinate
citogenetic sau biochimic, în funcție de presupusa patologie a fătului.
5. Cordocenteza- puncția vaselor cordonului ombilical și prelevarea sângelui fătului. Limfocite fetale
cultivat și testat.
4. Nivelul neonatal
La al patrulea nivel, nou-născuții sunt testați pentru a detecta bolile metabolice autosomale recesive în stadiul preclinic, când începe tratamentul în timp util pentru a asigura dezvoltarea psihică și fizică normală a copiilor.

Principii de tratament al bolilor ereditare
Există următoarele tipuri de tratament.
1. simptomatic(impact asupra simptomelor bolii).
2. patogenetic(impact asupra mecanismelor de dezvoltare a bolii).
Tratamentul simptomatic și patogenetic nu elimină cauzele bolii, deoarece. nu lichidează
defect genetic.
În tratamentul simptomatic și patogenetic poate fi utilizat următoarele trucuri.
· Corecţie malformații prin metode chirurgicale (sindactilie, polidactilie,
buza superioară despicată...
Terapia de substituție, al cărei sens este introducerea în organism
substraturi biochimice lipsă sau insuficiente.
· Inducerea metabolismului- introducerea în organism a unor substanţe care sporesc sinteza
unele enzime și, prin urmare, accelerează procesele.
· Inhibarea metabolică- introducerea în organism a medicamentelor care se leagă și îndepărtează
produse metabolice anormale.
· terapie dietetică ( nutritie terapeutica) - eliminarea din alimentatie a substantelor care
nu poate fi absorbit de organism.
Outlook:În viitorul apropiat, genetica se va dezvolta intens, deși este încă
foarte răspândit în culturi (ameliorare, clonare),
medicina (genetica medicala, genetica microorganismelor). În viitor, oamenii de știință speră
folosiți genetica pentru a elimina genele defecte și a eradica bolile transmise
prin moștenire, să poată trata boli grave precum cancerul, viral
infectii.

Cu toate neajunsurile evaluare modernă a efectului radiogenetic, nu există nicio îndoială cu privire la gravitatea consecințelor genetice care așteaptă omenirea în cazul unei creșteri necontrolate a fondului radioactiv din mediu. Pericolul testării ulterioare a armelor atomice și cu hidrogen este evident.
În același timp, utilizarea energiei atomice în genetică și reproducere face posibilă crearea de noi metode de control al eredității plantelor, animalelor și microorganismelor și înțelegerea mai bună a proceselor de adaptare genetică a organismelor. În legătură cu zborul uman în spaţiu este nevoie să se studieze influenţa reacţiei cosmice asupra organismelor vii.

98. Metodă citogenetică de diagnosticare a tulburărilor cromozomiale umane. Amniocenteza. Cariotipul și idiograma cromozomilor umani. metoda biochimica.
Metoda citogenetică constă în studierea cromozomilor cu ajutorul unui microscop. Mai des, cromozomii mitotici (metafază) servesc ca obiect de studiu, mai rar cromozomii meiotici (profază și metafază). Metodele citogenetice sunt utilizate atunci când se studiază cariotipurile indivizilor individuali
Se realizează obținerea materialului unui organism care se dezvoltă în uter căi diferite. Unul dintre ei este amniocenteza, cu ajutorul căruia, la 15-16 săptămâni de gestație, se obține un lichid amniotic care conține deșeuri ale fătului și celule ale pielii și mucoaselor acestuia.
Materialul prelevat în timpul amniocentezei este utilizat pentru studii biochimice, citogenetice și chimice moleculare. Metodele citogenetice determină sexul fătului și identifică mutațiile cromozomiale și genomice. Studiul lichidului amniotic și al celulelor fetale folosind metode biochimice face posibilă detectarea unui defect în produșii proteici ai genelor, dar nu face posibilă determinarea localizării mutațiilor în partea structurală sau reglatoare a genomului. Un rol important în detectarea bolilor ereditare și localizarea exactă a deteriorarii materialului ereditar al fătului îl joacă utilizarea sondelor ADN.
În prezent, cu ajutorul amniocentezei, sunt diagnosticate toate anomaliile cromozomiale, peste 60 de boli metabolice ereditare, incompatibilitatea maternă și fetală pentru antigenele eritrocitare.
Se numește setul diploid de cromozomi dintr-o celulă, caracterizat prin numărul, dimensiunea și forma lor cariotip. Un cariotip uman normal include 46 de cromozomi sau 23 de perechi: dintre care 22 de perechi sunt autozomi și o pereche este cromozomi sexuali.
Pentru a facilita înțelegerea complexului complex de cromozomi care alcătuiesc cariotipul, aceștia sunt aranjați sub forma idiograme. V idiogramă Cromozomii sunt aranjați în perechi în ordine descrescătoare, cu excepția cromozomilor sexuali. Cea mai mare pereche a fost atribuită numărul 1, cea mai mică - nr. 22. Identificarea cromozomilor numai după mărime întâmpină mari dificultăți: un număr de cromozomi au dimensiuni similare. Cu toate acestea, recent prin utilizarea alt fel coloranți, o diferențiere clară a cromozomilor umani de-a lungul lungimii lor în vopsire metode specialeși dungi nevopsite. Capacitatea de a diferenția cu acuratețe cromozomii este de mare importanță pentru genetica medicală, deoarece vă permite să determinați cu exactitate natura tulburărilor în cariotipul uman.
Metoda biochimică

99. Cariotip și idiograma unei persoane. Caracteristicile cariotipului uman sunt normale
si patologie.
Cariotip- un set de caracteristici (număr, mărime, formă etc.) ale unui set complet de cromozomi,
inerente celulelor unei anumite specii biologice (specie cariotip), unui anumit organism
(cariotip individual) sau linie (clonă) de celule.
Pentru a determina cariotipul, în timpul microscopiei celulelor în diviziune se utilizează microfotografie sau o schiță a cromozomilor.
Fiecare persoană are 46 de cromozomi, dintre care doi sunt cromozomi sexuali. O femeie are doi cromozomi X.
(cariotip: 46, XX), în timp ce bărbații au un cromozom X și celălalt Y (cariotip: 46, XY). Studiu
Cariotipul se face folosind o tehnică numită citogenetică.
Idiograma- o reprezentare schematică a setului haploid de cromozomi ai unui organism, care
dispuse pe rând în funcție de mărimile lor, în perechi în ordinea descrescătoare a dimensiunilor lor. O excepție se face pentru cromozomii sexuali, care se remarcă în mod deosebit.
Exemple ale celor mai frecvente patologii cromozomiale.
Sindromul Down este o trisomie a celei de-a 21-a perechi de cromozomi.
Sindromul Edwards este o trisomie a celei de-a 18-a perechi de cromozomi.
Sindromul Patau este o trisomie a celei de-a 13-a perechi de cromozomi.
Sindromul Klinefelter este o polisomie a cromozomului X la băieți.

100. Semnificația geneticii pentru medicină. Metode citogenetice, biochimice, populațional-statistice pentru studierea eredității umane.
Rolul geneticii în viața umană este foarte important. Este implementat cu ajutorul consilierii genetice medicale. Consilierea genetică medicală este concepută pentru a salva umanitatea de suferința asociată bolilor ereditare (genetice). Principalele obiective ale consilierii genetice medicale sunt de a stabili rolul genotipului în dezvoltarea acestei boli și de a prezice riscul de a avea descendenți bolnavi. Recomandările date în consultațiile medicale genetice cu privire la încheierea unei căsătorii sau prognosticul utilității genetice a urmașilor vizează asigurarea faptului că acestea sunt luate în considerare de către persoanele consultate, care iau în mod voluntar decizia corespunzătoare.
Metoda citogenetică (cariotipă). Metoda citogenetică constă în studierea cromozomilor cu ajutorul unui microscop. Mai des, cromozomii mitotici (metafază) servesc ca obiect de studiu, mai rar cromozomii meiotici (profază și metafază). Această metodă este folosită și pentru studiul cromatinei sexuale ( corpuri barr) Metodele citogenetice sunt utilizate atunci când se studiază cariotipurile indivizilor individuali
Aplicație metoda citogenetica permite nu numai studierea morfologiei normale a cromozomilor și a cariotipului în ansamblu, determinarea sexului genetic al organismului, ci, cel mai important, diagnosticarea diferitelor boli cromozomiale asociate cu o modificare a numărului de cromozomi sau o încălcare a acestora. structura. În plus, această metodă face posibilă studierea proceselor de mutageneză la nivel de cromozomi și cariotip. Utilizarea sa în consilierea genetică medicală în scopul diagnosticului prenatal al bolilor cromozomiale face posibilă prevenirea apariției descendenților cu tulburări severe de dezvoltare prin întreruperea în timp util a sarcinii.
Metoda biochimică constă în determinarea activităţii enzimelor sau a conţinutului anumitor produse metabolice din sânge sau urină. Prin această metodă se depistează tulburările metabolice și sunt cauzate de prezența în genotip a unei combinații nefavorabile de gene alelice, mai des alelele recesive în stare homozigotă. Odată cu diagnosticarea în timp util a unor astfel de boli ereditare măsuri preventive evitarea tulburărilor grave de dezvoltare.
Metoda statistică a populației. Această metodă face posibilă estimarea probabilității nașterii unor persoane cu un anumit fenotip într-un anumit grup de populație sau în căsătorii strâns legate; calculați frecvența purtătorului în starea heterozigotă a alelelor recesive. Metoda se bazează pe legea Hardy-Weinberg. Legea Hardy-Weinberg Aceasta este legea geneticii populației. Legea prevede: „Într-o populație ideală, frecvențele genelor și genotipurilor rămân constante de la o generație la alta”.
Caracteristici principale populațiile umane sunt: ​​teritoriul comun şi posibilitatea căsătoriei libere. Factorii de izolare, adică restricțiile privind libertatea de alegere a soților, pentru o persoană pot fi nu numai bariere geografice, ci și religioase și sociale.
În plus, această metodă face posibilă studierea procesului de mutație, a rolului eredității și al mediului în formarea polimorfismului fenotipic uman conform trăsăturilor normale, precum și în apariția bolilor, în special cu predispoziție ereditară. Metoda statistică populațională este utilizată pentru a determina semnificația factorilor genetici în antropogenie, în special în formarea rasială.

101. Tulburări structurale (aberații) cromozomilor. Clasificare în funcție de modificarea materialului genetic. Semnificație pentru biologie și medicină.
Aberațiile cromozomiale rezultă din rearanjarea cromozomilor. Sunt rezultatul unei ruperi a cromozomului, ducând la formarea unor fragmente care ulterior sunt reunite, dar structura normală a cromozomului nu este restabilită. Există 4 tipuri principale de aberații cromozomiale: deficit, dublare, inversare, translocatii, stergere- pierderea unei anumite părți a cromozomului, care este apoi de obicei distrusă
lipsuri apar din cauza pierderii unui cromozom al unuia sau altuia. Deficiențele din partea de mijloc a cromozomului se numesc deleții. Pierderea unei părți semnificative a cromozomului duce organismul la moarte, pierderea secțiunilor minore provoacă o modificare a proprietăților ereditare. Asa de. Cu o lipsă a unuia dintre cromozomii din porumb, răsadurile sale sunt lipsite de clorofilă.
Dublare datorită includerii unei secțiuni suplimentare, duplicat, a cromozomului. De asemenea, duce la apariția de noi caracteristici. Deci, la Drosophila, gena pentru ochi dungi se datorează dublării unei secțiuni a unuia dintre cromozomi.
Inversiunile se observă când cromozomul este rupt și secțiunea detașată este întoarsă la 180 de grade. Dacă ruptura s-a produs într-un singur loc, fragmentul detașat este atașat de cromozomul cu capătul opus, dar dacă în două locuri, atunci fragmentul din mijloc, răsturnându-se, este atașat de locurile rupturii, dar cu capete diferite. Potrivit lui Darwin, inversiunile joacă un rol important în evoluția speciilor.
Translocațiile apar atunci când un segment al unui cromozom dintr-o pereche este atașat la un cromozom neomolog, adică cromozom dintr-o altă pereche. Translocarea secțiuni ale unuia dintre cromozomi este cunoscută la om; poate fi cauza bolii Down. Majoritatea translocațiilor care afectează secțiuni mari de cromozomi fac organismul neviabil.
Mutații cromozomiale modifică doza unor gene, provoacă redistribuirea genelor între grupurile de legătură, schimbă localizarea lor în grupul de legătură. Făcând acest lucru, ele perturbă echilibrul genetic al celulelor corpului, ducând la abateri în dezvoltarea somatică a individului. De regulă, modificările se extind la mai multe sisteme de organe.
Aberațiile cromozomiale sunt de mare importanță în medicină. La aberații cromozomiale, există o întârziere în dezvoltarea fizică și mentală generală. Bolile cromozomiale sunt caracterizate printr-o combinație de multe defecte congenitale. Un astfel de defect este manifestarea sindromului Down, care se observă în cazul trisomiei într-un segment mic al brațului lung al cromozomului 21. Imaginea sindromului de plâns al pisicii se dezvoltă odată cu pierderea unei porțiuni din brațul scurt al cromozomului 5. La oameni, cel mai adesea sunt observate malformații ale creierului, sistemului musculo-scheletal, cardiovascular și genito-urinar.

102. Conceptul de specie, vederi moderne asupra speciației. Vedeți criteriile.
Vedere este o colecție de indivizi care se aseamănă în ceea ce privește criteriile speciei în așa măsură încât pot
se încrucișează în condiții naturale și produc descendenți fertili.
urmas fertil- unul care se poate reproduce singur. Un exemplu de descendenți infertili este un catâr (un hibrid dintre un măgar și un cal), este steril.
Vedeți criteriile- acestea sunt semne prin care se compară 2 organisme pentru a stabili dacă aparțin aceleiași specii sau unora diferite.
Morfologic – intern şi structura externă.
Fiziologic-biochimic - cum funcționează organele și celulele.
Comportamental – comportament, mai ales la momentul reproducerii.
Ecologic - un set de factori de mediu necesari vieții
specii (temperatură, umiditate, hrană, concurenți etc.)
Geografică - zonă (zonă de distribuție), i.e. zona în care trăiește specia.
Genetic-reproductive - acelasi numarși structura cromozomilor, care permite organismelor să producă descendenți fertili.
Criteriile de vizualizare sunt relative, de ex. nu se poate judeca specia după un singur criteriu. De exemplu, există specii gemene (la țânțarul de malarie, la șobolani etc.). Nu diferă morfologic unul de celălalt, dar au cantitate diferită cromozomii și, prin urmare, nu produc descendenți.

103. Populația. Caracteristicile sale ecologice și genetice și rolul în speciație.
populatie- o grupare minimă autoreproducătoare de indivizi din aceeași specie, mai mult sau mai puțin izolați de alte grupuri similare, care locuiesc într-o anumită zonă pentru o serie lungă de generații, formându-și propriul sistem genetic și formându-și propria nișă ecologică.
Indicatori ecologici ai populatiei.
populatie este numărul total de indivizi din populație. Această valoare este caracterizată de o gamă largă de variabilitate, dar nu poate fi sub anumite limite.
Densitate- numărul de indivizi pe unitate de suprafață sau de volum. Densitatea populației tinde să crească pe măsură ce dimensiunea populației crește.
Structura spațială Populația se caracterizează prin particularitățile distribuției indivizilor în teritoriul ocupat. Este determinată de proprietățile habitatului și de caracteristicile biologice ale speciei.
Structura sexuală reflectă un anumit raport de bărbați și femei dintr-o populație.
Structura de vârstă reflectă raportul dintre diferite grupe de vârstăîn populații, în funcție de speranța de viață, de momentul debutului pubertății, de numărul de descendenți.
Indicatori genetici ai populației. Din punct de vedere genetic, o populație este caracterizată prin fondul său genetic. Este reprezentată de un set de alele care formează genotipurile organismelor dintr-o populație dată.
Când descriem populațiile sau le comparăm între ele, sunt folosite o serie de caracteristici genetice. Polimorfismul. Se spune că o populație este polimorfă la un loc dat dacă conține două sau mai multe alele. Dacă locusul este reprezentat de o singură alelă, ele vorbesc de monomorfism. Examinând mai mulți loci, se poate determina proporția celor polimorfi dintre ei, adică. evaluează gradul de polimorfism, care este un indicator al diversității genetice a unei populații.
Heterozigozitate. O caracteristică genetică importantă a unei populații este heterozigoza - frecvența indivizilor heterozigoți într-o populație. De asemenea, reflectă diversitate genetică.
Coeficientul de consangvinizare. Folosind acest coeficient, se estimează prevalența încrucișărilor strâns legate în populație.
Asocierea genelor. Frecvențele alelelor diferitelor gene pot depinde unele de altele, care se caracterizează prin coeficienți de asociere.
distanțe genetice. Diferitele populații diferă unele de altele prin frecvența alelelor. Pentru a cuantifica aceste diferențe, au fost propuși indicatori denumiți distanțe genetice.

populatie– structura evolutivă elementară. În intervalul oricărei specii, indivizii sunt distribuiti neuniform. Zonele de concentrare densă a indivizilor sunt intercalate cu spații în care acestea sunt puține sau absente. Ca urmare, apar populații mai mult sau mai puțin izolate în care încrucișarea liberă aleatorie (panmixia) are loc sistematic. Încrucișarea cu alte populații este foarte rară și neregulată. Datorită panmixiei, fiecare populație creează un bazin genetic caracteristic acesteia, diferit de celelalte populații. Tocmai populația ar trebui recunoscută ca unitatea elementară a procesului evolutiv

Rolul populațiilor este mare, deoarece aproape toate mutațiile apar în interiorul acesteia. Aceste mutații sunt asociate în principal cu izolarea populațiilor și a fondului genetic, care diferă datorită izolării lor unele de altele. Materialul pentru evoluție este variația mutațională, care începe într-o populație și se termină cu formarea unei specii.

Codul genetic este un sistem de înregistrare a informațiilor ereditare în moleculele de acid nucleic, bazat pe o anumită alternanță a secvențelor de nucleotide din ADN sau ARN care formează codoni corespunzători aminoacizilor dintr-o proteină.

Proprietățile codului genetic.

Codul genetic are mai multe proprietăți.

Tripletate.

Degenerare sau redundanță.

Neambiguitate.

Polaritate.

Nesuprapunere.

Compactitate.

Versatilitate.

De remarcat că unii autori oferă și alte proprietăți ale codului legate de caracteristicile chimice ale nucleotidelor incluse în cod sau de frecvența de apariție a aminoacizilor individuali în proteinele organismului etc. Cu toate acestea, aceste proprietăți decurg din cele de mai sus, așa că le vom lua în considerare acolo.

A. Tripletate. Codul genetic este foarte complicat sistem organizat are cea mai mică unitate structurală și cea mai mică unitate funcțională. Un triplet este cea mai mică unitate structurală a codului genetic. Este format din trei nucleotide. Un codon este cea mai mică unitate funcțională a codului genetic. De regulă, tripleții ARNm sunt numiți codoni. În codul genetic, un codon îndeplinește mai multe funcții. În primul rând, funcția sa principală este aceea de a codifica un aminoacid. În al doilea rând, un codon poate să nu codifice pentru un aminoacid, dar în acest caz are o funcție diferită (vezi mai jos). După cum se poate vedea din definiție, un triplet este un concept care caracterizează elementar unitate structurală cod genetic (trei nucleotide). codonul caracterizează unitate semantică elementară genom - trei nucleotide determină atașarea la lanțul polipeptidic a unui aminoacid.

Unitatea structurală elementară a fost mai întâi descifrată teoretic, iar apoi existența ei a fost confirmată experimental. Într-adevăr, 20 de aminoacizi nu pot fi codificați de una sau două nucleotide. acestea din urmă sunt doar 4. Trei din patru nucleotide dau 4 3 = 64 de variante, ceea ce acoperă mai mult decât numărul de aminoacizi prezenți în organismele vii (vezi Tabelul 1).

Combinațiile de nucleotide prezentate în Tabelul 64 au două caracteristici. În primul rând, dintre cele 64 de variante de tripleți, doar 61 sunt codoni și codifică orice aminoacid, se numesc codoni de sens. Trei tripleți nu codifică

aminoacizii a sunt semnale de stop care marchează sfârșitul translației. Există trei astfel de tripleți UAA, UAG, UGA, se mai numesc și „fără sens” (codoni fără sens). Ca rezultat al unei mutații, care este asociată cu înlocuirea unei nucleotide într-un triplet cu altul, un codon fără sens poate apărea dintr-un codon sens. Acest tip de mutație se numește mutație aiurea. Dacă un astfel de semnal de oprire se formează în interiorul genei (în partea sa informațională), atunci în timpul sintezei proteinelor în acest loc, procesul va fi întrerupt constant - va fi sintetizată doar prima parte (înainte de semnalul de oprire) a proteinei. O persoană cu o astfel de patologie va experimenta o lipsă de proteine ​​și va experimenta simptome asociate cu această lipsă. De exemplu, acest tip de mutație a fost găsit în gena care codifică lanțul beta al hemoglobinei. Se sintetizează un lanț scurt de hemoglobină inactiv, care este distrus rapid. Ca rezultat, se formează o moleculă de hemoglobină lipsită de lanț beta. Este clar că o astfel de moleculă este puțin probabil să-și îndeplinească pe deplin sarcinile. Există o boală gravă care se dezvoltă în funcție de tipul de anemie hemolitică (talasemie beta-zero, din cuvântul grecesc „Talas” – Marea Mediterană, unde a fost descoperită prima dată această boală).

Mecanismul de acțiune al codonilor stop este diferit de mecanismul de acțiune al codonilor de sens. Aceasta rezultă din faptul că pentru toți codonii care codifică aminoacizi, s-au găsit ARNt-urile corespunzătoare. Nu s-au găsit ARNt pentru codonii nonsens. Prin urmare, ARNt nu ia parte la procesul de oprire a sintezei proteinelor.

codonAUG (uneori GUG în bacterii) nu numai că codifică aminoacidul metionină și valină, dar este șiinițiator de difuzare .

b. Degenerare sau redundanță.

61 din cele 64 de tripleți codifică 20 de aminoacizi. Un astfel de exces de trei ori al numărului de tripleți față de numărul de aminoacizi sugerează că pot fi utilizate două opțiuni de codare în transferul de informații. În primul rând, nu toți cei 64 de codoni pot fi implicați în codificarea a 20 de aminoacizi, ci doar 20 și, în al doilea rând, aminoacizii pot fi codificați de mai mulți codoni. Studiile au arătat că natura a folosit această ultimă opțiune.

Preferința lui este clară. Dacă doar 20 din 64 de variante triplete ar fi implicate în codificarea aminoacizilor, atunci 44 de tripleți (din 64) ar rămâne necodificatori, adică. fără sens (codoni aiurea). Mai devreme, am subliniat cât de periculoasă pentru viața celulei este transformarea unui triplet de codare într-un codon fără sens ca urmare a mutației - acest lucru perturbă semnificativ funcționarea normală a ARN polimerazei, ducând în cele din urmă la dezvoltarea bolilor. În prezent există trei codoni nonsens în genomul nostru și acum imaginați-vă ce s-ar întâmpla dacă numărul de codoni nonsens ar crește de aproximativ 15 ori. Este clar că într-o astfel de situație tranziția codonilor normali la codoni nonsens va fi nemăsurat mai mare.

Un cod în care un aminoacid este codificat de mai multe triplete se numește degenerat sau redundant. Aproape fiecare aminoacid are mai mulți codoni. Deci, aminoacidul leucina poate fi codificat de șase tripleți - UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG. Valina este codificată de patru tripleți, fenilalanina de două și numai triptofan și metionină codificat de un codon. Proprietatea care este asociată cu înregistrarea aceleiași informații cu caractere diferite este numită degenerare.

Numărul de codoni alocați unui aminoacid se corelează bine cu frecvența de apariție a aminoacidului în proteine.

Și cel mai probabil acest lucru nu este întâmplător. Cu cât frecvența de apariție a unui aminoacid într-o proteină este mai mare, cu atât codonul acestui aminoacid este mai des reprezentat în genom, cu atât este mai mare probabilitatea de deteriorare a acestuia de către factorii mutageni. Prin urmare, este clar că un codon mutant are mai multe șanse de a codifica același aminoacid dacă este foarte degenerat. Din aceste poziții, degenerarea codului genetic este un mecanism care protejează genomul uman de deteriorare.

Trebuie remarcat faptul că termenul de degenerare este folosit în genetica moleculară și într-un alt sens. Deoarece partea principală a informațiilor din codon cade pe primele două nucleotide, baza din poziția a treia a codonului se dovedește a fi de mică importanță. Acest fenomen se numește „degenerarea bazei a treia”. Ultima caracteristică minimizează efectul mutațiilor. De exemplu, se știe că principala funcție a celulelor roșii din sânge este transportul oxigenului de la plămâni la țesuturi și dioxid de carbon de la țesuturi la plămâni. Această funcție este îndeplinită de pigmentul respirator - hemoglobina, care umple întreaga citoplasmă a eritrocitei. Este format dintr-o parte proteică - globină, care este codificată de gena corespunzătoare. Pe lângă proteine, hemoglobina conține hem, care conține fier. Mutațiile genelor globinei duc la apariția diferitelor variante de hemoglobine. Cel mai adesea, mutațiile sunt asociate cu înlocuirea unei nucleotide cu alta și apariția unui nou codon în genă, care poate codifica un nou aminoacid din lanțul polipeptidic al hemoglobinei. Într-un triplet, ca urmare a unei mutații, orice nucleotidă poate fi înlocuită - prima, a doua sau a treia. Se știe că câteva sute de mutații afectează integritatea genelor globinei. Lângă 400 dintre care sunt asociate cu înlocuirea nucleotidelor individuale în genă și substituția corespunzătoare a aminoacizilor în polipeptidă. Dintre acestea, numai 100 substituțiile duc la instabilitatea hemoglobinei și diferite tipuri de boli de la ușoare până la foarte severe. 300 (aproximativ 64%) mutații de substituție nu afectează funcția hemoglobinei și nu duc la patologie. Unul dintre motivele pentru aceasta este „degenerarea bazei a treia” menționată mai sus, când înlocuirea celei de-a treia nucleotide în tripletul care codifică serină, leucină, prolină, arginină și alți alți aminoacizi duce la apariția unui codon sinonim. care codifică același aminoacid. Fenotipic, o astfel de mutație nu se va manifesta. În schimb, orice înlocuire a primei sau celei de-a doua nucleotide într-un triplet în 100% din cazuri duce la apariția unei noi variante de hemoglobină. Dar chiar și în acest caz, este posibil să nu existe tulburări fenotipice severe. Motivul pentru aceasta este înlocuirea unui aminoacid din hemoglobină cu altul similar cu primul. proprietati fizice si chimice. De exemplu, dacă un aminoacid cu proprietăți hidrofile este înlocuit cu un alt aminoacid, dar cu aceleași proprietăți.

Hemoglobina este formată dintr-un grup de porfirină de fier de hem (moleculele de oxigen și dioxid de carbon sunt atașate la acesta) și o proteină - globină. Hemoglobina adultă (HbA) conține două identice - lanțuri și două -lanţuri. Moleculă - lanțul conține 141 de resturi de aminoacizi, - lanț - 146, - și -lanţurile diferă în multe resturi de aminoacizi. Secvența de aminoacizi a fiecărui lanț de globine este codificată de propria sa genă. Codificarea genei - lanțul este situat pe brațul scurt al cromozomului 16, -genă - în brațul scurt al cromozomului 11. Modificare a codificării genei - lanțul hemoglobinei din prima sau a doua nucleotidă duce aproape întotdeauna la apariția de noi aminoacizi în proteină, perturbarea funcțiilor hemoglobinei și consecințe grave pentru pacient. De exemplu, înlocuirea „C” într-unul dintre tripleții CAU (histidină) cu „U” va duce la apariția unui nou triplet UAU care codifică un alt aminoacid - tirozină. Fenotipic, aceasta se va manifesta într-o boală gravă.. A înlocuire similară în poziția 63 -lantul polipeptidei histidinei la tirozina va destabiliza hemoglobina. Se dezvoltă boala methemoglobinemie. Schimbarea, ca urmare a mutației, a acidului glutamic în valină în poziția a 6-a lanțul este cauza unei boli severe - anemia falciforme. Să nu continuăm lista tristă. Remarcăm doar că la înlocuirea primelor două nucleotide, un aminoacid poate apărea similar în proprietăți fizico-chimice cu cel anterior. Astfel, înlocuirea celei de-a doua nucleotide într-unul dintre tripleții care codifică acidul glutamic (GAA) în -lanțul de pe „Y” duce la apariția unui nou triplet (GUA) care codifică valină, iar înlocuirea primei nucleotide cu „A” formează un triplet AAA care codifică aminoacidul lizină. Acidul glutamic și lizina sunt similare ca proprietăți fizico-chimice - ambele sunt hidrofile. Valina este un aminoacid hidrofob. Prin urmare, înlocuirea acidului glutamic hidrofil cu valină hidrofobă modifică în mod semnificativ proprietățile hemoglobinei, ceea ce duce în cele din urmă la dezvoltarea anemiei falciforme, în timp ce înlocuirea acidului glutamic hidrofil cu lizină hidrofilă modifică într-o mai mică măsură funcția hemoglobinei - pacienții dezvolta o formă ușoară de anemie. Ca urmare a înlocuirii celei de-a treia baze, noul triplet poate codifica aceiași aminoacizi ca și precedentul. De exemplu, dacă uracilul a fost înlocuit cu citozină în tripletul CAC și a apărut un triplet CAC, atunci practic nu vor fi detectate modificări fenotipice la o persoană. Acest lucru este de înțeles, pentru că Ambele triplete codifică același aminoacid, histidina.

În concluzie, este oportun să subliniem că degenerarea codului genetic și degenerarea bazei a treia dintr-o poziție biologică generală sunt mecanisme de protecție care sunt încorporate în evoluție în structura unică a ADN-ului și ARN-ului.

v. Neambiguitate.

Fiecare triplet (cu excepția celor fără sens) codifică doar un aminoacid. Astfel, în direcția codon - aminoacid, codul genetic este lipsit de ambiguitate, în direcția aminoacid - codon - este ambiguu (degenerat).

lipsit de ambiguitate

codon aminoacid

degenerat

Și în acest caz, necesitatea lipsei de ambiguitate în codul genetic este evidentă. Într-o altă variantă, în timpul translației aceluiași codon, în lanțul proteic ar fi inserați diferiți aminoacizi și, ca urmare, s-ar forma proteine ​​cu structuri primare diferite și funcții diferite. Metabolismul celulei ar trece la modul de operare „o genă – mai multe polipeptide”. Este clar că într-o astfel de situație funcția de reglare a genelor s-ar pierde complet.

g. Polaritatea

Citirea informațiilor din ADN și din ARNm are loc doar într-o singură direcție. Polaritatea este esențială pentru definirea structurilor de ordin superior (secundar, terțiar etc.). Mai devreme am vorbit despre faptul că structurile de ordin inferior determină structuri de ordin superior. Structura și structurile terțiare mai mult ordin înaltîn proteine, ele se formează imediat de îndată ce lanțul de ARN sintetizat părăsește molecula de ADN sau lanțul polipeptidic părăsește ribozomul. În timp ce capătul liber al ARN-ului sau al polipeptidei capătă o structură terțiară, celălalt capăt al lanțului continuă să fie sintetizat pe ADN (dacă ARN-ul este transcris) sau ribozom (dacă polipeptida este transcrisă).

Prin urmare, procesul unidirecțional de citire a informațiilor (în sinteza ARN-ului și proteinei) este esențial nu numai pentru determinarea secvenței de nucleotide sau aminoacizi din substanța sintetizată, ci și pentru determinarea rigidă a secundarului, terțiar etc. structurilor.

e. Nesuprapunere.

Codul se poate suprapune sau nu. În majoritatea organismelor, codul nu se suprapune. Un cod care se suprapune a fost găsit la unii fagi.

Esența unui cod care nu se suprapun este că nucleotida unui codon nu poate fi nucleotida altui codon în același timp. Dacă codul s-ar suprapune, atunci secvența de șapte nucleotide (GCUGCUG) ar putea codifica nu doi aminoacizi (alanină-alanină) (Fig. 33, A) ca în cazul unui cod care nu se suprapun, ci trei (dacă este o nucleotidă). este comun) (Fig. 33, B) sau cinci (dacă două nucleotide sunt comune) (vezi Fig. 33, C). În ultimele două cazuri, o mutație a oricărei nucleotide ar duce la o încălcare a secvenței de doi, trei etc. aminoacizi.

Cu toate acestea, s-a descoperit că o mutație a unei nucleotide perturbă întotdeauna includerea unui aminoacid într-o polipeptidă. Acesta este un argument semnificativ în favoarea faptului că codul nu se suprapune.

Să explicăm acest lucru în Figura 34. Liniile aldine arată tripleți care codifică aminoacizi în cazul codului care nu se suprapun și se suprapune. Experimentele au arătat fără ambiguitate că codul genetic nu se suprapune. Fără a intra în detaliile experimentului, observăm că dacă înlocuim a treia nucleotidă din secvența de nucleotide (vezi Fig. 34)La (marcat cu un asterisc) la altul atunci:

1. Cu un cod care nu se suprapune, proteina controlată de această secvență ar avea un înlocuitor pentru un (primul) aminoacid (marcat cu asteriscuri).

2. Cu un cod suprapus în opțiunea A, o înlocuire ar avea loc în doi (primul și al doilea) aminoacizi (marcați cu asteriscuri). În cadrul opțiunii B, substituția ar afecta trei aminoacizi (marcați cu asteriscuri).

Cu toate acestea, numeroase experimente au arătat că atunci când o nucleotidă din ADN este ruptă, proteina afectează întotdeauna doar un aminoacid, ceea ce este tipic pentru un cod care nu se suprapune.

ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ

HCC HCC HCC UHC CUG HCC CUG UGC HCU CUG

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

Alanine - Alanine Ala - Cys - Lei Ala - Lei - Lei - Ala - Lei

A B C

cod care nu se suprapune cod care se suprapune

Orez. 34. Schemă care explică prezența unui cod care nu se suprapune în genom (explicație în text).

Nesuprapunerea codului genetic este asociată cu o altă proprietate - citirea informației începe de la un anumit punct - semnalul de inițiere. Un astfel de semnal de inițiere în ARNm este codonul care codifică AUG metionina.

Trebuie remarcat faptul că o persoană are încă un număr mic de gene care se abat de la regula generală și se suprapun.

e. Compactitate.

Nu există semne de punctuație între codoni. Cu alte cuvinte, tripleții nu sunt separați unul de celălalt, de exemplu, printr-o singură nucleotidă fără sens. Absența „semnelor de punctuație” în codul genetic a fost dovedită în experimente.

bine. Versatilitate.

Codul este același pentru toate organismele care trăiesc pe Pământ. Dovezile directe ale universalității codului genetic au fost obținute prin compararea secvențelor de ADN cu secvențele de proteine ​​corespunzătoare. S-a dovedit că aceleași seturi de valori de cod sunt utilizate în toți genomurile bacteriene și eucariote. Sunt excepții, dar nu multe.

Primele excepții de la universalitatea codului genetic s-au găsit în mitocondriile unor specii de animale. Aceasta se referă la codonul terminator UGA, care se citește la fel cu codonul UGG care codifică aminoacidul triptofan. Au fost găsite și alte abateri mai rare de la universalitate.

Sistemul de coduri ADN.

Codul genetic al ADN-ului este format din 64 de tripleți de nucleotide. Acești tripleți se numesc codoni. Fiecare codon codifică unul dintre cei 20 de aminoacizi utilizați în sinteza proteinelor. Acest lucru dă o oarecare redundanță în cod: majoritatea aminoacizilor sunt codificați de mai mult de un codon.
Un codon îndeplinește două funcții interdependente: semnalează începutul translației și codifică încorporarea aminoacidului metionină (Met) în lanțul polipeptidic în creștere. Sistemul de coduri ADN este conceput astfel încât codul genetic să poată fi exprimat fie ca codoni ARN, fie ca codoni ADN. Codonii ARN apar în ARN (ARNm) și acești codoni sunt capabili să citească informații în timpul sintezei polipeptidelor (un proces numit traducere). Dar fiecare moleculă de ARNm dobândește o secvență de nucleotide în transcripție de la gena corespunzătoare.

Toți, cu excepția a doi aminoacizi (Met și Trp) pot fi codificați de 2 până la 6 codoni diferiți. Cu toate acestea, genomul majorității organismelor arată că anumiți codoni sunt favorizați față de alții. La oameni, de exemplu, alanina este codificată de GCC de patru ori mai des decât în ​​GCG. Acest lucru indică probabil o eficiență de traducere mai mare a aparatului de traducere (de exemplu, ribozomul) pentru unii codoni.

Codul genetic este aproape universal. Aceiași codoni sunt alocați aceleiași porțiuni de aminoacizi și aceleași semnale de pornire și oprire sunt în mare parte aceleași la animale, plante și microorganisme. Cu toate acestea, au fost găsite unele excepții. Cele mai multe dintre acestea implică atribuirea unuia sau doi dintre cei trei codoni stop unui aminoacid.

COD GENETIC(greacă, genetikos referindu-se la origine; sin.: cod, cod biologic, cod aminoacizi, cod proteine, cod acid nucleic) - un sistem de înregistrare a informațiilor ereditare în moleculele de acid nucleic ale animalelor, plantelor, bacteriilor și virușilor prin alternarea secvenței de nucleotide.

Informația genetică (Fig.) de la celulă la celulă, de la generație la generație, cu excepția virusurilor care conțin ARN, este transmisă prin reduplicarea moleculelor de ADN (vezi Replicare). Implementarea informațiilor ereditare ADN în procesul vieții celulare se realizează prin intermediul a 3 tipuri de ARN: informații (ARNm sau ARNm), ribozomal (ARNr) și transport (ARNt), care sunt sintetizate pe ADN ca pe o matrice cu ajutorul a enzimei ARN polimerază. În același timp, secvența de nucleotide dintr-o moleculă de ADN determină în mod unic secvența de nucleotide în toate cele trei tipuri de ARN (vezi Transcriere). Informația unei gene (vezi) care codifică o moleculă proteică este transportată numai de ARNm. Produsul final al implementării informațiilor ereditare este sinteza moleculelor de proteine, a căror specificitate este determinată de secvența aminoacizilor lor (vezi Traducerea).

Deoarece în ADN sau ARN sunt prezente doar 4 baze azotate diferite [în ADN - adenină (A), timină (T), guanină (G), citozină (C); în ARN - adenină (A), uracil (U), citozină (C), guanină (G)], a cărei secvență determină secvența a 20 de aminoacizi din proteină, problema lui G. to., adică, problema traducerii unui alfabet de 4 litere de acizi nucleici în alfabetul de 20 de litere al polipeptidelor.

Idee pentru prima dată sinteza matriceală a moleculelor de proteine ​​cu predicția corectă a proprietăților unei matrice ipotetice a fost formulată de NK Koltsov în 1928. În 1944, Avery (O. Avery) și colab., au descoperit că moleculele de ADN sunt responsabile pentru transferul trăsăturilor ereditare în timpul transformării în pneumococi. În 1948, E. Chargaff a arătat că în toate moleculele de ADN există o egalitate cantitativă a nucleotidelor corespunzătoare (A-T, G-C). În 1953, F. Crick, J. Watson și Wilkins (M. HF Wilkins), pe baza acestei reguli și a datelor din analiza de difracție cu raze X (vezi), au ajuns la concluzia că o moleculă de ADN este un dublu helix, format din două catene polinucleotidice legate între ele prin legături de hidrogen. Mai mult decât atât, numai T poate fi localizat împotriva A a unui lanț în al doilea și numai C față de G. Această complementaritate duce la faptul că secvența de nucleotide a unui lanț determină în mod unic secvența celuilalt. A doua concluzie semnificativă care decurge din acest model este că molecula de ADN este capabilă de auto-reproducere.

În 1954, G. Gamow a formulat problema lui G. în forma sa modernă. În 1957, F. Crick a exprimat ipoteza adaptorului, presupunând că aminoacizii interacționează cu acidul nucleic nu direct, ci prin intermediari (cunoscut acum ca tARN). În următorii ani după aceea, toate legăturile principale schema generala transferurile de informații genetice, inițial ipotetice, au fost confirmate experimental. În 1957 s-au descoperit ARNm [A. S. Spirin, A. N. Belozersky şi colab.; Folkin și Astrakhan (E. Volkin, L. Astrachan)] și ARNt [Hoagland (M. V. Hoagland)]; în 1960, ADN-ul a fost sintetizat în afara celulei folosind macromoleculele de ADN existente ca matriță (A. Kornberg) și a fost descoperită sinteza ARN dependentă de ADN [Weiss (S. V. Weiss) și colab.]. În 1961, a fost creat un sistem fără celule, în care, în prezența ARN-ului natural sau a poliribonucleotidelor sintetice, au fost sintetizate substanțe asemănătoare proteinelor [M. Nirenberg și Matthaei (J. H. Matthaei)]. Problema cunoașterii lui G. to. a constat într-un studiu proprietăți comune codul și decodificarea lui reală, adică aflarea combinațiilor de nucleotide (codoni) codifică anumiți aminoacizi.

Proprietățile generale ale codului au fost elucidate indiferent de decodificarea lui și, în principal, înaintea acestuia, prin analiza modelelor moleculare de formare a mutațiilor (F. Crick și colab., 1961; N. V. Luchnik, 1963). Ei ajung la asta:

1. Codul este universal, adică identic, cel puțin în principal, pentru toate ființele vii.

2. Codul este triplet, adică fiecare aminoacid este codificat de un triplet de nucleotide.

3. Codul nu se suprapune, adică o anumită nucleotidă nu poate face parte din mai mult de un codon.

4. Codul este degenerat, adică un aminoacid poate fi codificat de mai multe triplete.

5. Informațiile despre structura primară a proteinei sunt citite din ARNm secvenţial, pornind de la un punct fix.

6. Majoritatea tripleților posibili au „sens”, adică codifică aminoacizi.

7. Din cele trei „litere” ale codonului, doar două (obligate) au o importanță primordială, în timp ce a treia (opțională) poartă mult mai puține informații.

Decodificarea directă a codului ar consta în compararea secvenței de nucleotide din gena structurală (sau ARNm sintetizat pe aceasta) cu secvența de aminoacizi din proteina corespunzătoare. Cu toate acestea, acest mod este încă imposibil din punct de vedere tehnic. Au fost aplicate alte două moduri: sinteza proteinelor într-un sistem fără celule folosind poliribonucleotide artificiale cu compoziție cunoscută ca matrice și analiza modelelor moleculare de formare a mutațiilor (vezi). Prima a adus rezultate pozitive mai devreme și a jucat istoric un rol important în descifrarea lui G. to.

În 1961, M. Nirenberg și Mattei au folosit ca matrice un homo-polimer - un acid poliuridilic sintetic (adică ARN artificial din compoziția UUUU ...) și au primit polifenilalanină. Din aceasta a rezultat că codonul fenilalaninei este format din mai multe U, adică, în cazul unui cod triplet, reprezintă UUU. Ulterior, alături de homopolimeri, au fost utilizate poliribonucleotide constând din diferite nucleotide. În acest caz, se cunoștea doar compoziția polimerilor, în timp ce dispunerea nucleotidelor în ei a fost statistică și, prin urmare, analiza rezultatelor a fost statistică și a dat concluzii indirecte. Destul de repede, am reușit să găsim cel puțin un triplet pentru toți cei 20 de aminoacizi. S-a dovedit că prezența solvenților organici, o modificare a pH-ului sau a temperaturii, unii cationi, și în special antibiotice, fac codul ambiguu: aceiași codoni încep să stimuleze includerea altor aminoacizi, în unele cazuri un codon a început să codifice. până la patru aminoacizi diferiți. Streptomicina a afectat citirea informațiilor atât în ​​sistemele fără celule, cât și in vivo și a fost eficientă numai asupra tulpinilor bacteriene sensibile la streptomicina. În tulpinile dependente de streptomicina, el a „corectat” citirea de la codoni care se schimbaseră ca urmare a mutației. Rezultate similare au dat motive să ne îndoim de corectitudinea decodării lui G. cu ajutorul unui sistem fără celule; a fost necesară confirmarea și, în primul rând, prin date in vivo.

Principalele date despre G. to. in vivo au fost obținute prin analiza compoziției de aminoacizi a proteinelor din organismele tratate cu mutageni (vezi) cu un mecanism de acțiune cunoscut, de exemplu, azotat to-one, care determină înlocuirea C cu U și A prin D. Informații utile sunt furnizate și de analiza mutațiilor cauzate de mutageni nespecifici, compararea diferențelor în structura primară a proteinelor înrudite în tipuri diferite, corelația dintre compoziția ADN-ului și a proteinelor etc.

Decodificarea lui G. pe baza datelor in vivo și in vitro a dat rezultate coincidente. Ulterior, au fost dezvoltate alte trei metode de descifrare a codului în sistemele fără celule: legarea aminoacil-ARNt (adică, ARNt cu un aminoacid activat atașat) cu trinucleotide de compoziție cunoscută (M. Nirenberg și colab., 1965), legarea aminoacil-ARNt cu polinucleotide începând cu un anumit triplet (Mattei și colab., 1966) și utilizarea polimerilor ca ARNm, în care se cunoaște nu numai compoziția, ci și ordinea nucleotidelor (X. Korana și colab. ., 1965). Toate cele trei metode se completează reciproc, iar rezultatele sunt în concordanță cu datele obținute în experimente in vivo.

În anii 70. Secolului 20 au existat metode de verificare deosebit de sigură a rezultatelor decodării G. la. Se știe că mutațiile care apar sub influența proflavinei constau în pierderea sau inserția de nucleotide separate care duce la schimbarea cadrului de citire. În fagul T4, un număr de mutații au fost induse de proflavină, în care compoziția lizozimei s-a schimbat. Această compoziție a fost analizată și comparată cu acei codoni care ar fi trebuit să fie obținuți printr-o schimbare a cadrului de citire. A fost un meci complet. În plus, această metodă a făcut posibilă stabilirea tripleților codului degenerat codifică fiecare dintre aminoacizi. În 1970, Adams (JM Adams) și colaboratorii săi au reușit să descifreze parțial G. to. printr-o metodă directă: în fagul R17, secvența de baze a fost determinată într-un fragment de 57 de nucleotide lungime și comparată cu secvența de aminoacizi a proteina sa de coajă. Rezultatele au fost în total acord cu cele obţinute prin metode mai puţin directe. Astfel, codul este descifrat complet și corect.

Rezultatele decodării sunt rezumate într-un tabel. Enumeră compoziția codonilor și a ARN-ului. Compoziția anticodonilor de ARNt este complementară codonilor de ARNm, adică în loc de U conțin A, în loc de A - U, în loc de C - G și în loc de G - C, și corespunde codonilor genei structurale (acea catenă de ADN, cu care se citește informația) cu singura diferență fiind că uracilul ia locul timinei. Dintre cele 64 de tripleți care pot fi formați printr-o combinație de 4 nucleotide, 61 au „sens”, adică codifică aminoacizi, iar 3 sunt „prostii” (fără sens). Există o relație destul de clară între compoziția tripleților și semnificația lor, care a fost descoperită chiar și la analiza proprietăților generale ale codului. În unele cazuri, tripleții care codifică un aminoacid specific (de exemplu, prolină, alanină) sunt caracterizați prin faptul că primele două nucleotide (obligate) sunt aceleași, iar a treia (opțional) poate fi orice. În alte cazuri (când se codifică, de exemplu, asparagină, glutamină), două triplete similare au aceeași semnificație, în care primele două nucleotide coincid, iar orice purină sau orice pirimidină ia locul celei de-a treia.

Codoni prostii, dintre care 2 au denumiri speciale corespunzând denumirii fagilor mutanți (UAA-ocru, UAG-chihlimbar, UGA-opal), deși nu codifică niciun aminoacid, sunt de mare importanță atunci când citiți informații, codificând capătul lanțului polipeptidic.

Informațiile sunt citite în direcția de la 5 1 -> 3 1 - până la sfârșitul lanțului de nucleotide (vezi Acizi dezoxiribonucleici). În acest caz, sinteza proteinelor trece de la un aminoacid cu o grupare amino liberă la un aminoacid cu o grupare carboxil liberă. Începutul sintezei este codificat de tripleții AUG și GUG, care în acest caz includ un aminoacil-ARNt de pornire specific, și anume N-formilmetionil-ARNt. Aceleași tripleți, atunci când sunt localizați în lanț, codifică metionina și, respectiv, valină. Ambiguitatea este înlăturată de faptul că începutul lecturii este precedat de prostii. Există dovezi că granița dintre regiunile ARNm care codifică diferite proteine ​​constă din mai mult de doi tripleți și că structura secundară a ARN-ului se modifică în aceste locuri; această problemă este în curs de investigare. Dacă un codon nonsens apare într-o genă structurală, atunci proteina corespunzătoare este construită numai până la locația acestui codon.

Descoperirea și decodificarea codului genetic - o realizare remarcabilă a biologiei moleculare - a avut un impact asupra tuturor științelor biologice, punând în unele cazuri bazele dezvoltării unor secțiuni mari speciale (vezi Genetica moleculară). Efectul de deschidere al lui G. și cercetările legate de acesta se compară cu acel efect care a fost redat asupra științelor biol de teoria lui Darwin.

Universalitatea lui G. to. este o dovadă directă a universalității mecanismelor moleculare de bază ale vieții în toți reprezentanții lumii organice. Între timp, diferențele mari în funcțiile aparatului genetic și structura acestuia în timpul tranziției de la procariote la eucariote și de la cele unicelulare la cele multicelulare sunt probabil asociate cu diferențele moleculare, al căror studiu este una dintre sarcinile viitorului. Întrucât cercetările lui G. sunt doar o chestiune din ultimii ani, semnificația rezultatelor obținute pentru medicina practică este doar de natură indirectă, permițând deocamdată înțelegerea naturii bolilor, a mecanismului de acțiune al agenților patogeni și substanțe medicinale. Cu toate acestea, descoperirea unor fenomene precum transformarea (vezi), transducția (vezi), suprimarea (vezi), indică posibilitatea fundamentală de corectare a informațiilor ereditare alterate patologic sau corectarea acesteia - așa-numita. inginerie genetică (vezi).

Masa. COD GENETIC

Prima nucleotidă a codonului	A doua nucleotidă a codonului								În al treilea rând, codonul nucleotid
		Fenilalanină
						J Prostii
								triptofan
						Histidină
						Acid glutamic
		izoleucina				Aspartic
		Metionină
						Asparagină
						Glutamina

* Codifică sfârșitul lanțului.

** De asemenea, codifică începutul lanțului.

Bibliografie: Ichas M. Cod biologic, trad. din engleză, M., 1971; Archer N.B. Biophysics of cytogenetic defeats and a genetic code, L., 1968; Genetica moleculară, trans. din engleză, ed. A. N. Belozersky, partea 1, M., 1964; Acizi nucleici, trans. din engleză, ed. A. N. Belozersky, Moscova, 1965. Watson J.D. Biologie moleculara genă, trans. din engleză, M., 1967; Genetica fiziologică, ed. M. E. Lobasheva S. G., Inge-Vechtoma-va, L., 1976, bibliogr.; Desoxyribonucleins&ure, Schlttssel des Lebens, hrsg. v „E. Geissler, B., 1972; Codul genetic, Gold Spr. Harb. Symp. cuant. Biol., v. 31, 1966; W o e s e C. R. Codul genetic, N. Y. a. o., 1967.