Генетичний код містить. Біосинтез білка та нуклеїнових кислот

Раніше ми підкреслювали, що нуклеотиди мають важливу для формування життя на Землі особливість – за наявності в розчині одного полінуклеотидного ланцюжка спонтанно відбувається процес утворення другого (паралельного) ланцюжка на підставі з'єднання споріднених нуклеотидів. Однакове число нуклеотидів, в обох ланцюжках та їх хімічна спорідненість, є неодмінною умовою для здійснення таких реакцій. Однак при синтезі білка, коли інформація з іРНК реалізується в структуру білка, жодної мови про дотримання принципу комплементарності йти не може. Це з тим, що у иРНК, й у синтезованому білку різне як число мономерів, а й, що особливо важливо, відсутня структурне подібність з-поміж них (з одного боку нуклеотиди, з іншого амінокислоти). Зрозуміло, що в цьому випадку виникає необхідність створення нового принципу точного переведення інформації з полінуклеотиду до структури поліпептиду. У еволюції такий принцип було створено й у його основу закладено генетичний код.

Генетичний код – це система запису спадкової інформації у молекулах нуклеїнових кислот, заснована на певному чергуванні послідовностей нуклеотидів у ДНК або РНК, що утворюють кодони, що відповідають амінокислотам у білку.

Генетичний код має кілька властивостей.

Триплетність.

Виродженість чи надмірність.

Однозначність.

Полярність.

Неперекриваність.

Компактність.

Універсальність.

Слід зазначити, що деякі автори пропонують ще й інші властивості коду, пов'язані з хімічними особливостями нуклеотидів, що входять в код, або з частотою народження окремих амінокислот в білках організму і т.д. Однак ці властивості випливають із перелічених вище, тому там ми їх і розглянемо.

а. Триплетність. Генетичний код, як і багато що складно організована система має найменшу структурну та найменшу функціональну одиницю. Триплет – найменша структурна одиниця генетичного коду. Складається вона із трьох нуклеотидів. Кодон – найменша багатофункціональна одиниця генетичного коду. Як правило, кодонами називають триплети іРНК. У генетичному коді кодон виконує кілька функцій. По-перше, головна його функція у тому, що він кодує одну амінокислоту. По-друге, кодон може не кодувати амінокислоту, але в цьому випадку він виконує іншу функцію (див. далі). Як видно з визначення, триплет – це поняття, яке характеризує елементарну структурну одиницюгенетичного коду (три нуклеотиди). Кодон – характеризує елементарну смислову одиницюгеному – три нуклеотиди визначають приєднання до поліпептидного ланцюжка однієї амінокислоти.

Елементарну структурну одиницю спочатку розшифрували теоретично, та був її існування підтвердили експериментально. 20 амінокислот неможливо закодувати одним або двома нуклеотидом т.к. останніх всього 4. Три нуклеотиди з чотирьох дають 4 3 = 64 варіанти, що з надлишком перекриває число амінокислот, що є в живих організмах (див.табл. 1).

Подані у таблиці 64 поєднання нуклеотидів мають дві особливості. По-перше, з 64 варіантів триплетів лише 61 є кодонами і кодують якусь амінокислоту, їх називають смислові кодони. Три триплети не кодують

Таблиця 1.

Кодони інформаційної РНК та відповідні їм амінокислоти

Основи та додані
				Нонсенс	Нонсенс
				Нонсенс
					Міт
					Вал

амінокислота є стоп-сигналами, що позначають кінець трансляції. Таких триплетів три – УАА, УАГ, УГА, їх ще називають "безглузді" (нонсенс кодони). В результаті мутації, яка пов'язана із заміною в триплеті одного нуклеотиду на інший, із смислового кодону може виникнути безглуздий кодон. Такий тип мутації називають нонсенс-мутація. Якщо такий стоп-сигнал сформувався всередині гена (у його інформаційній частині), то при синтезі білка тут процес буде постійно перериватися - синтезуватися буде тільки перша (до стоп-сигналу) частина білка. Людина з такою патологією відчуватиметься брак білка і виникнуть симптоми, пов'язані з цим браком. Наприклад, такого роду мутація виявлена ​​в гені, що кодує бета-ланцюг гемоглобіну. Синтезується укорочений неактивний ланцюг гемоглобіну, який швидко руйнується. В результаті формується молекула гемоглобіну, позбавлена ​​бета-ланцюга. Зрозуміло, що така молекула навряд чи повноцінно виконуватиме свої обов'язки. Виникає важке захворювання, що розвивається на кшталт гемолітичної анемії (бета-нуль таласемія, від грецького слова «Таласа» - Середземне море, де ця хвороба вперше виявлена).

Механізм дії стоп-кодонів відрізняється від механізму дії смислових кодонів. Це випливає з того, що для всіх кодони, що кодують амінокислоти, знайдено відповідні тРНК. Для нонсенс-кодонів тРНК не знайдено. Отже, у процесі зупинення синтезу білка тРНК не бере участі.

КодонАУГ (у бактерій іноді ГУГ) не тільки кодують амінокислоту метіонін та валін, але і єініціатором трансляції .

б. Виродженість чи надмірність.

61 із 64 триплетів кодують 20 амінокислот. Таке триразове перевищення кількості триплетів над кількістю амінокислот дозволяє припустити, що у перенесенні інформації можуть бути використані два варіанти кодування. По-перше, не всі 64 кодони можуть бути задіяні в кодуванні 20 амінокислот, а тільки 20 і, по-друге, амінокислоти можуть кодуватися декількома кодонами. Дослідження показали, що природа використала останній варіант.

Його перевага очевидна. Якби з 64 варіанти триплетів у кодуванні амінокислот брало участь лише 20, то 44 триплети (з 64) залишалися б кодуючими, тобто. безглуздими (нонсенс-кодонами). Раніше ми вказували, наскільки небезпечним для життєдіяльності клітини є перетворення кодуючого триплету в результаті мутації на нонсенс-кодон - це істотно порушує нормальну роботу РНК-полімерази, призводячи в кінцевому підсумку до розвитку захворювань. В даний час у нашому геномі три кодони є безглуздими, а тепер уявіть, що було б якщо число нонсенс-кодонів збільшиться приблизно в 15 разів. Зрозуміло, що в такій ситуації перехід нормальних кодонів у нонсенс-кодони буде незмірно вищим.

Код, у якому одна амінокислота кодується декількома триплетами, називається виродженим чи надлишковим. Майже кожну амінокислоту відповідає кілька кодонів. Так, амінокислота лейцин може кодуватися шістьма триплетами – УУА, УУГ, ЦУУ, ЦУЦ, ЦУА, ЦУГ. Валін кодується чотирма триплетами, фенілаланін - двома і лише триптофан та метіонінкодуються одним кодоном. Властивість, яка пов'язана із записом однієї і тієї ж інформації різними символами зветься виродженість.

Число кодонів, призначених для однієї амінокислоти, добре корелюється з частотою народження амінокислоти в білках.

І це, найімовірніше, не випадково. Чим більша частота амінокислоти в білку, тим частіше представлений кодон цієї амінокислоти в геномі, тим вище ймовірність його пошкодження мутагенними факторами. Тому зрозуміло, що мутований кодон має більше шансів кодувати тугіше амінокислоту при високій його виродженості. З цих позицій виродженість генетичного коду є механізмом, що захищає геном людини від пошкоджень.

Необхідно відзначити, що термін виродженості використовується в молекулярній генетиці та в іншому сенсі. Так основна частина інформації в кодоні припадає на перші два нуклеотиди, основа в третьому положенні кодону виявляється малоістотним. Цей феномен називають "виродженістю третьої основи". Остання особливість зводить до мінімуму ефект мутацій. Наприклад, відомо, що основною функцією еритроцитів крові є перенесення кисню від легень до тканин та вуглекислого газу від тканин до легень. Здійснює цю функцію дихальний пігмент – гемоглобін, який заповнює всю цитоплазму еритроциту. Складається він із білкової частини – глобіну, який кодується відповідним геном. Крім білка молекулу гемоглобіну входить гем, що містить залізо. Мутації у глобінових генах призводять до появи різних варіантів гемоглобінів. Найчастіше мутації пов'язані з заміною одного нуклеотиду на інший та появою в гені нового кодонуякий може кодувати нову амінокислоту в поліпептидному ланцюгу гемоглобіну У триплеті в результаті мутації може бути замінений будь-який нуклеотид – перший, другий або третій. Відомо кілька сотень мутацій, що зачіпають цілісність генів глобіну. Біля 400 з них пов'язані із заміною одиничних нуклеотидів у гені та відповідною амінокислотною заміною в поліпептиді. З них тільки 100 замін призводять до нестабільності гемоглобіну та різноманітних захворювань від легень до дуже важких. 300 (приблизно 64%) мутацій-замін не впливають на функцію гемоглобіну та не призводять до патології. Однією з причин цього є згадана вище “виродженість третьої основи”, коли заміна третього нуклеотиду в триплеті, що кодує серин, лейцин, пролін, аргінін та деякі інші амінокислоти призводить до появи кодону-синоніму, що кодує ту саму амінокислоту. Фенотипово така мутація не проявиться. На відміну від цього, будь-яка заміна першого або другого нуклеотиду в триплеті в 100% випадках призводить до появи нового варіанту гемоглобіну. Але й у разі важких фенотипических порушень може й бути. Причиною цього є заміна амінокислоти в гемоглобіні на іншу подібну до першої за фізико-хімічними властивостями. Наприклад, якщо амінокислота, що має гідрофільні властивості, замінена на іншу амінокислоту, але з такими ж властивостями.

Гемоглобін складається із залізопорфіринової групи гему (до неї і приєднуються молекули кисню та вуглекислоти) та білка – глобіну. Гемоглобін дорослої людини (НвА) містить дві ідентичні -ланцюги та два -ланцюги. Молекула -ланцюги містить 141 амінокислотних залишків, -ланцюжок - 146, - І -ланцюги розрізняються за багатьма амінокислотними залишками. Амінокислотна послідовність кожного глобінового ланцюга кодується власним геном. Ген, що кодує -ланцюг розташовується в короткому плечі 16 хромосоми, -ген – у короткому плечі 11 хромосоми. Заміна в гені, що кодує -ланцюг гемоглобіну першого або другого нуклеотиду практично завжди призводить до появи у білка нових амінокислот, порушення функцій гемоглобіну та тяжких наслідків для хворого. Наприклад, заміна "Ц" в одному з триплетів ЦАУ (гістидин) на "У" - призведе до появи нового триплету УАУ, що кодує іншу амінокислоту - тирозин Фенотипово це проявиться у тяжкому захворюванні. -ланцюги поліпептиду гістидину на тирозин призведе до дестабілізації гемоглобіну Розвивається захворювання на метгемоглобінемію. Заміна в результаті мутації глутамінової кислоти на валін у 6-му положенні -ланцюги є причиною найтяжчого захворювання - серповидно-клітинної анемії Не продовжуватимемо сумний список. Зазначимо тільки, що при заміні перших двох нуклеотидів може з'явитися амінокислота за фізико-хімічними властивостями, схожою на колишню. Так, заміна 2-го нуклеотиду в одному з триплетів, що кодує глутамінову кислоту (ГАА) -ланцюги на "У" призводить до появи нового триплету (ГУА), що кодує валін, а заміна першого нуклеотиду на "А" формує триплет ААА, що кодує амінокислоту лізин. Глутамінова кислота та лізин подібні за фізико-хімічними властивостями – вони обидві гідрофільні. Валін – гідрофобна амінокислота. Тому, заміна гідрофільної глютамінової кислоти на гідрофобний валін, значно змінює властивості гемоглобіну, що, зрештою, призводить до розвитку серповидноклітинної анемії, заміна ж гідрофільної глютамінової кислоти на гідрофільний лізин меншою мірою змінює функцію гемоглобіну - у хворих виникає легка форма. В результаті заміни третьої основи новий триплет може кодувати тугіше амінокислоти, що і колишньої. Наприклад, якщо в триплеті ЦАУ урацил був замінений на цитозин і виник триплет ЦАЦ, то жодних фенотипічних змін у людини виявлено не буде. Це, т.к. обидва триплети кодують одну й тугішу амінокислоту – гістидин.

У висновку доречно підкреслити, що виродженість генетичного коду та виродженість третьої основи із загальнобіологічною позицією є захисними механізмами, які закладені в еволюції в унікальній структурі ДНК та РНК.

в. Однозначність.

Кожен триплет (крім безглуздих) кодує лише одну амінокислоту. Таким чином, у напрямку кодон – амінокислота генетичний код однозначний, у напрямку амінокислота – кодон – неоднозначний (вироджений).

Однозначний

Кодон амінокислота

Вироджений

І тут необхідність однозначності в генетичному коді очевидна. При іншому варіанті при трансляції одного і того ж кодону в білковий ланцюжок вбудовувалися б різні амінокислоти і в результаті формувалися білків з різною первинною структурою та різною функцією. Метаболізм клітини перейшов у режим роботи «один ген – кілька поіпептидів». Зрозуміло, що в такій ситуації регулююча функція генів була б повністю втрачена.

м. Полярність

Зчитування інформації з ДНК та з іРНК відбувається лише в одному напрямку. Полярність має значення для визначення структур вищого порядку (вторинної, третинної і т.д.). Раніше ми говорили, що структури нижчого порядку визначають структури вищого порядку. Третинна структура і структури вищого порядку у білків, формуються відразу ж як синтезований ланцюжок РНК відходить від молекули ДНК або ланцюжок поліпептиду відходить від рибосоми. У той час, коли вільний кінець РНК або поліпептиду набуває третинної структури, інший кінець ланцюжка ще продовжує синтезуватися на ДНК (якщо транскрибується РНК) або рибосомі (якщо транскрибується поліпептид).

Тому односпрямований процес зчитування інформації (при синтезі РНК і білка) має істотне значення не тільки для визначення послідовності нуклеотидів або амінокислот в речовині, що синтезується, але для жорсткої детермінації вторинної, третинної і т.д. структур.

д. Неперекриваність.

Код може бути таким, що перекривається і не перекривається. У більшості організмів код не перекривається. Код, що перекривається, знайдений у деяких фагів.

Сутність коду, що не перекриває, полягає в тому, що нуклеотид одного кодону не може бути одночасно нуклеотидом іншого кодону. Якби код був перекриваючим, то послідовність з семи нуклеотидів (ГЦУГЦУГ) могла кодувати не дві амінокислоти (аланін-аланін) (рис.33, А) як у випадку з кодом, що не перекривається, а три (якщо загальним є один нуклеотид) (рис. 33, Б) або п'ять (якщо загальними є два нуклеотиди) (див. рис. 33, В). В останніх двох випадках мутація будь-якого нуклеотиду призвела б до порушення послідовності двох, трьох і т.д. амінокислот.

Однак встановлено, що мутація одного нуклеотиду завжди порушує включення до поліпептид однієї амінокислоти. Це істотний аргумент на користь того, що код є таким, що не перекривається.

Пояснимо це на малюнку 34. Жирними лініями показані триплети кодуючі амінокислоти у випадку коду, що не перекривається і перекривається. Експерименти однозначно показали, що генетичний код є таким, що не перекривається. Не вдаючись до деталей експерименту відзначимо, що якщо замінити в послідовності нуклеотидів (див. рис.34) третій нуклеотидУ (відзначений зірочкою) на будь-якій іншій:

1. При коді, що не перекривається, контрольований цією послідовністю білок мав би заміну однієї (першої) амінокислоті (позначена зірочками).

2. При коді, що перекривається, у варіанті А відбулася б заміна у двох (першій і другій) амінокислотах (позначені зірочками). При варіанті Б заміна торкнулася б трьох амінокислот (позначені зірочками).

Однак численні досліди показали, що при порушенні одного нуклеотиду в ДНК, порушення в білку завжди стосуються тільки однієї амінокислоти, що характерно для коду, що не перекривається.

ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ

ГЦУ ГЦУ ГЦУ УГЦ ЦУГ ГЦУ ЦУГ УГЦ ГЦУ ЦУГ

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

Аланін – Аланін Ала – Ціс – Лей Ала – Лей – Лей – Ала – Лей

А Б В

Код, що не перекривається Перекривається код

Рис. 34. Схема, що пояснює наявність у геномі коду, що не перекривається (пояснення в тексті).

Неперекриваність генетичного коду пов'язані з ще однією властивістю – зчитування інформації починається з певної точки – сигналу ініціації. Таким сигналом ініціації іРНК є кодон, що кодує метіонін АУГ.

Слід зазначити, що людина все-таки є невелика кількість генів, які відступають від загального правила і перекриваються.

е. Компактність.

Між кодонами немає розділових знаків. Іншими словами триплети не відокремлені один від одного, наприклад, одним нуклеотидом, що нічого не означає. Відсутність у генетичному коді «розділових знаків» було доведено в експериментах.

ж. Універсальність.

Код єдиний всім організмів що живуть Землі. Прямий доказуніверсальність генетичного коду була отримана при порівнянні послідовностей ДНК з відповідними білковими послідовностями. Виявилося, що у всіх бактеріальних та еукаріотичних геномах використовуються одні й самі набори кодових значень. Є й винятки, але їх небагато.

Перші винятки з універсальності генетичного коду виявили в мітохондріях деяких видів тварин. Це стосувалося кодону термінатора УГА, який читався як кодон УГГ, що кодує амінокислоту триптофан. Було знайдено й інші рідкісні відхилення від універсальності.

МОЗ. Генетичний код – це система запису спадкової інформації в молекулах нуклеїнових кислот, заснована на певному чергуванні послідовностей нуклеотидів у ДНК або РНК, що утворюють кодони,

відповідні амінокислотам у білку.Генетичний код має кілька властивостей.

В обміні речовин організму Головна роль належить білкам та нуклеїновим кислотам.
Білкові речовини становлять основу всіх життєво важливих структур клітини, мають надзвичайно високу реакційну здатність, наділені каталітичними функціями.
Нуклеїнові кислоти входять до складу найважливішого органу клітини - ядра, а також цитоплазми, рибосом, мітохондрій і т. д. Нуклеїнові кислоти відіграють важливу, першорядну роль у спадковості, мінливості організму, у синтезі білка.

Плансинтезу білка зберігається в ядрі клітини, а безпосередньо синтез відбувається поза ядром, тому необхідна служба доставкизакодованого плану з ядра до місця синтезу. Таку службу доставки виконують молекули РНК.

Процес починається в ядрі клітини: розкручується та відкривається частина «сходів» ДНК. Завдяки цьому літери РНК утворюють зв'язки з відкритими літерамиДНК однієї з ниток ДНК. Фермент переносить букви РНК, щоб з'єднати в нитку. Так букви ДНК «переписуються» у букви РНК. Новостворений ланцюжок РНК відокремлюється, і «драбина» ДНК знову закручується. Процес зчитування інформації з ДНК та синтезу за її матрицею РНК називається транскрипцією , а синтезована РНК називається інформаційною або і-РНК .

Після подальших змін цей вид закодованої іРНК готовий. і-РНК виходить із ядраі прямує до місця синтезу білка, де літери і-РНК розшифровуються. Кожен набір із трьох літер і-РНК утворює «літеру», що означає одну конкретну амінокислоту.

Інший вид РНК шукає цю амінокислоту, захоплює її за допомогою ферменту і доставляє до місця синтезу білка. Ця РНК називається транспортною, або т-РНК. У міру прочитання та перекладу повідомлення і-РНК ланцюжок амінокислот зростає. Цей ланцюжок закручується та вкладається в унікальну форму, створюючи один вид білка. Примітний процес укладання білка: на те, щоб за допомогою комп'ютера прорахувати все варіантиукладання білка середнього розміру, що складається зі 100 амінокислот, знадобилося б 1027 (!) років. А для утворення в організмі ланцюжка з 20 амінокислот потрібно не більше однієї секунди, і цей процес відбувається безперервно у всіх клітинах тіла.

Гени, генетичний код та його властивості.

На Землі мешкає близько 7 млрд людей. Якщо не рахувати 25-30 млн пар однояйцевих близнюків, то генетично всі люди різні : кожен унікальний, має неповторні спадкові особливості, властивості характеру, здібності, темперамент.

Такі відмінності пояснюються відмінностями у генотипах-набори генів організму; у кожного він унікальний. Генетичні ознаки конкретного організму втілюються у білках - отже, і будова білка однієї людини відрізняється, хоч і зовсім небагато, від білка іншої людини.

Це не значитьщо у людей не зустрічається абсолютно однакових білків. Білки, що виконують ті самі функції, можуть бути однаковими або зовсім незначно відрізнятися однією-двома амінокислотами один від одного. Але не існує на Землі людей (за винятком однояйцеві близнюки), у яких всі білки були б однакові .

Інформація про первинну структуру білказакодована у вигляді послідовності нуклеотидів у ділянці молекули ДНК, гені – одиниці спадкової інформації організму. Кожна молекула ДНК містить багато генів. Сукупність усіх генів організму складає його генотип . Таким чином,

Ген – одиниця спадкової інформації організму, якій відповідає окрема ділянка ДНК

Кодування спадкової інформації відбувається за допомогою генетичного коду , який універсальний всім організмів і відрізняється лише чергуванням нуклеотидів, що утворюють гени, і кодують білки конкретних організмів.

Генетичний код складається з трійок (триплетів) нуклеотидів ДНК, що комбінуються в різній послідовності (ААТ, ГЦА, АЦГ, ТГЦ і т.д.), кожен з яких кодує певну амінокислоту (яка буде вбудована в поліпептидний ланцюг).

Власне кодом вважається послідовність нуклеотидів у молекулі і-РНК , т.к. вона знімає інформацію з ДНК (процес транскрипції ) і переводить її в послідовність амінокислот у молекулах синтезованих білків (процес трансляції ).
До складу і-РНК входять нуклеотиди А-Ц-Г-У, триплети яких називаються кодонами : триплет на ДНК ЦГТ на і-РНК стане триплетом ДЦА, а триплет ДНК ААГ стане триплетом УУЦ Саме кодонами і-РНК відображається генетичний код у записі.

Таким чином, генетичний код - єдина система запису спадкової інформації у молекулах нуклеїнових кислот у вигляді послідовності нуклеотидів . Генетичний код заснований на використанні алфавіту, що складається всього з чотирьох букв-нуклеотидів, що відрізняються азотистими основами: А, Т, Р, Ц.

Основні властивості генетичного коду:

1. Генетичний код триплетен. Триплет (кодон) – послідовність трьох нуклеотидів, що кодує одну амінокислоту. Оскільки до складу білків входить 20 амінокислот, то очевидно, що кожна з них не може кодуватися одним нуклеотидом. оскільки в ДНК всього чотири типи нуклеотидів, то в цьому випадку 16 амінокислот залишаються незакодованими). Двох нуклеотидів для кодування амінокислот також не вистачає, оскільки в цьому випадку можуть бути закодовані лише 16 амінокислот. Значить, найменша кількістьнуклеотидів, що кодують одну амінокислоту, має бути не менше трьох. У цьому випадку кількість можливих триплетів нуклеотидів становить 43 = 64.

2. Надмірність (виродженість)коду є наслідком його триплетності і означає те, що одна амінокислота може кодуватися кількома триплетами (оскільки амінокислот 20, а триплетів - 64), за винятком метіоніну та триптофану, які кодуються лише одним триплетом. Крім того, деякі триплети виконують специфічні функції: в молекулі і-РНК триплети УАА, УАГ, УГА - є кодонами, що термінують, тобто. стоп-сигналами, що припиняють синтез поліпептидного ланцюга Триплет, що відповідає метіоніну (АУГ), що стоїть на початку ланцюга ДНК, не кодує амінокислоту, а виконує функцію ініціювання (збудження) зчитування.

3. Однозначність коду - одночасно з надмірністю коду властива властивість однозначності : кожному кодону відповідає тільки однапевна амінокислота.

4. Колінеарність коду, тобто. послідовність нуклеотидів у гені точновідповідає послідовності амінокислот у білку.

5. Генетичний код неперекриваємо і компактний , тобто не містить «розділових знаків». Це означає, що процес зчитування не допускає можливості перекривання колонів (триплетів), і, розпочавшись на певному кодоні, зчитування триває безперервно за триплетом аж до стоп-сигналів ( термінуючих кодонів).

6. Генетичний код універсальний , тобто ядерні гени всіх організмів однаково кодують інформацію про білки незалежно від рівня організації та систематичного становища цих організмів.

Існують таблиці генетичного коду для розшифровки кодонів і-РНК та побудови ланцюжків білкових молекул.

Реакція матричного синтезу.

У живих системах зустрічається реакції, невідомі у неживій природі. реакції матричного синтезу

Терміном "матриця"у техніці позначають форму, що використовується для виливки монет, медалей, друкарського шрифту: затверділий метал точно відтворює всі деталі форми, що служила для виливки. Матричний синтезнагадує виливок на матриці: нові молекули синтезуються у точній відповідності до плану, закладеного в структурі вже існуючих молекул.

Матричний принцип лежить в основінайважливіших синтетичних реакцій клітини, таких, як синтез нуклеїнових кислот і білків. У цих реакціях забезпечується точна, суворо специфічна послідовність мономерних ланок синтезованих полімерах.

Тут відбувається спрямоване стягування мономерів у певне місцеклітини – на молекули, що служать матрицею, де реакція протікає. Якби такі реакції відбувалися внаслідок випадкового зіткнення молекул, вони протікали б нескінченно повільно. Синтез складних молекул на основі матричного принципу здійснюється швидко та точно. Роль матриці у матричних реакціях грають макромолекули нуклеїнових кислот ДНК або РНК .

Мономірні молекули, З яких синтезується полімер, - нуклеотиди або амінокислоти - відповідно до принципу комплементарності розташовуються і фіксуються на матриці в строго визначеному, заданому порядку.

Потім відбувається "зшивання" мономерних ланок у полімерний ланцюгі готовий полімер скидається з матриці.

Після цього матриця готовадо збирання нової полімерної молекули. Зрозуміло, що як на даній формі може проводитися виливок тільки однієї монети, однієї літери, так і на даній матричній молекулі може йти "складання" тільки якогось одного полімеру.

Матричний тип реакцій- Специфічна особливість хімізму живих систем. Вони є основою фундаментальної якості всього живого - його здатність до відтворення собі подібного.

Реакції матричного синтезу

1. Реплікація ДНК - реплікація (від лат. replicatio - відновлення) - процес синтезу дочірньої молекули дезоксирибонуклеїнової кислоти на матриці батьківської молекули ДНК. У ході подальшого поділу материнської клітини кожна дочірня клітина отримує по одній копії молекули ДНК, яка є ідентичною ДНК вихідної материнської клітини. Цей процес забезпечує точну передачу генетичної інформації з покоління до покоління. Реплікацію ДНК здійснює складний ферментний комплекс, що складається з 15-20 різних білків, званий реплісомою . Матеріалом для синтезу є вільні нуклеотиди, що є в цитоплазмі клітин. Біологічний сенс реплікації полягає у точній передачі спадкової інформації від материнської молекули до дочірніх, що в нормі і відбувається при розподілі соматичних клітин.

Молекула ДНК складається із двох комплементарних ланцюгів. Ці ланцюги утримуються слабкими водневими зв'язками, здатними розриватися під дією ферментів Молекула ДНК здатна до самоподвоєння (реплікації), причому кожної старої половині молекули синтезується нова її половина.
Крім того, на молекулі ДНК може синтезуватися молекула іРНК, яка потім переносить отриману від ДНК інформацію до місця синтезу білка.

Передача інформації та синтез білка йдуть за матричним принципом, який можна порівняти з роботою друкарського верстата в друкарні. Інформація від ДНК багаторазово копіюється. Якщо при копіюванні будуть помилки, то вони повторяться у всіх наступних копіях.

Щоправда, деякі помилки при копіюванні інформації молекулою ДНК можуть виправлятися – процес усунення помилок називається репарацією. Першою з реакцій у процесі передачі є реплікація молекули ДНК і синтез нових ланцюгів ДНК.

2. Транскрипція (від лат. transcriptio - переписування) - процес синтезу РНК з використанням ДНК як матриця, що відбувається у всіх живих клітинах. Іншими словами, це перенесення генетичної інформації із ДНК на РНК.

Транскрипція каталізується ферментом ДНК-залежною РНК-полімеразою. РНК-полімераза рухається молекулою ДНК у напрямку 3" → 5". Транскрипція складається із стадій ініціації, елонгації та термінації . Одиницею транскрипції є оперон, фрагмент молекули ДНК, що складається з промотору, транскрибованої частини та термінатора . і-РНК складається з одного ланцюга та синтезується на ДНК відповідно до правила комплементарності за участю ферменту, який активує початок та кінець синтезу молекули і-РНК.

Готова молекула-РНК виходить у цитоплазму на рибосоми, де відбувається синтез поліпептидних ланцюгів.

3. Трансляція (від латів. translatio- перенесення, переміщення) - процес синтезу білка з амінокислот на матриці інформаційної (матричної) РНК (іРНК, мРНК), який здійснюється рибосомою. Іншими словами, це процес перекладу інформації, що міститься в послідовності нуклеотидів і-РНК, в послідовність амінокислот в поліпептиді.

4. Зворотня транскрипція - це процес утворення дволанцюгової ДНК на основі інформації з одноланцюгової РНК. Цей процес називається зворотною транскрипцією, оскільки передача генетичної інформації у своїй відбувається у «зворотному», щодо транскрипції, напрямі. Ідея зворотної транскрипції спочатку була дуже непопулярна, оскільки суперечила центральній догмі. молекулярної біологіїяка передбачала, що ДНК транскрибується в РНК і далі транслюється в білки.

Однак у 1970 року Темин і Балтімор незалежно друг від друга відкрили фермент, названий зворотною транскриптазою (ревертазою) , та можливість зворотної транскрипції була остаточно підтверджена. В 1975 Теміна і Балтімору була присуджена Нобелівська преміяу галузі фізіології та медицини. Деякі віруси (такі як вірус імунодефіциту людини, що викликає ВІЛ-інфекцію), мають можливість транскрибувати РНК ДНК. ВІЛ має РНК-геном, який вбудовується у ДНК. В результаті ДНК вірусу може бути поєднана з геномом клітини-господаря. Головний фермент, відповідальний за синтез ДНК із РНК, називається ревертазою. Однією з функцій ревертази є створення комплементарної ДНК (кДНК) із вірусного геному. Асоційований фермент рибонуклеазу розщеплює РНК, а ревертаза синтезує кДНК із подвійної спіралі ДНК. кДНК інтегрується у геном клітини-господаря за допомогою інтегрази. Результатом є синтез вірусних протеїнів клітиною-господарем, які утворюють нові віруси У випадку з ВІЛ також програмується апоптоз (смерть клітини) Т-лімфоцитів. В інших випадках клітина може залишитись розповсюджувачем вірусів.

Послідовність матричних реакцій при біосинтезі білків можна як схеми.

Таким чином, біосинтез білка– це один із видів пластичного обміну, у ході якого спадкова інформація, закодована в генах ДНК, реалізується у певну послідовність амінокислот у білкових молекулах.

Молекули білків по суті є поліпептидні ланцюжки, Складені з окремих амінокислот. Але амінокислоти є недостатньо активними, щоб з'єднатися між собою самостійно. Тому, перш ніж з'єднатися один з одним та утворити молекулу білка, амінокислоти повинні активуватись . Ця активація відбувається під впливом спеціальних ферментів.

В результаті активування амінокислота стає більш лабільною і під дією того ж ферменту зв'язується з т- РНК. Кожній амінокислоті відповідає строго специфічна т- РНК, яка знаходить «свою» амінокислоту та переноситьїї у рибосому.

Отже, в рибосому надходять різні активовані амінокислоти, поєднані зі своїмит- РНК. Рибосома є як би конвеєрдля складання ланцюжка білка з різних амінокислот, що надходять до нього.

Одночасно з т-РНК, на якій сидить своя амінокислота, в рибосому надходить. сигнал» від ДНК, що міститься у ядрі. Відповідно до цього сигналу в рибосомі синтезується той чи інший білок.

Напрямне вплив ДНК на синтез білка здійснюється не безпосередньо, а за допомогою особливого посередника – матричноїабо інформаційної РНК (м-РНКабо і-РНК), яка синтезується в ядре під впливом ДНК, тому її склад відбиває склад ДНК. Молекула РНК є як би зліпок з форми ДНК. Синтезована і-РНК надходить у рибосому і передає цій структурі план- в якому порядку повинні з'єднуватися один з одним активовані амінокислоти, що надійшли в рибосому, щоб синтезувався певний білок. Інакше, генетична інформація, закодована в ДНК, передається на і-РНК і далі білок.

Молекула і-РНК надходить у рибосому та прошиваєїї. Той її відрізок, який знаходиться у Наразіу рибосомі, визначений кодоном (триплет), взаємодіє абсолютно специфічно з відповідним щодо нього за будовою триплетом (антикодоном)в транспортній РНК, яка принесла рибосому амінокислоту.

Транспортна РНК зі своєю амінокислотою підходить до певного кодону і-РНК та з'єднуєтьсяз ним; до наступної, сусідньої ділянки і-РНК приєднується інша т-РНК з іншою амінокислотоюі так до тих пір, поки не буде рахований весь ланцюжок і-РНК, поки не нанижуться всі амінокислоти у відповідному порядку, утворюючи молекулу білка. А т-РНК, яка доставила амінокислоту до певної ділянки поліпептидного ланцюга, звільняється від своєї амінокислотиі виходить із рибосоми.

Потім знову в цитоплазмі до неї може приєднатися потрібна амінокислота і вона знову перенесе її в рибосому. У процесі синтезу білка бере участь одночасно одна, а кілька рибосом - полирибосомы.

Основні етапи передачі генетичної інформації:

1. Синтез на ДНК як на матриці та-РНК (транскрипція)
2. Синтез у рибосомах поліпептидного ланцюга за програмою, що міститься в і-РНК (трансляція) .

Етапи універсальні всім живих істот, але тимчасові і просторові взаємини цих процесів різняться у про- і еукаріотів.

У прокаріоттранскрипція та трансляція можуть здійснюватися одночасно, оскільки ДНК знаходиться у цитоплазмі. У еукаріоттранскрипція та трансляція суворо розділені у просторі та часі: синтез різних РНК відбувається в ядрі, після чого молекули РНК мають залишити межі ядра, пройшовши через ядерну мембрану. Потім цитоплазмі РНК транспортуються до місця синтезу білка.

лекція 5. Генетичний код

Визначення поняття

Генетичний код - це система запису інформації про послідовність розташування амінокислот у білках за допомогою послідовності розташування нуклеотидів у ДНК.

Оскільки ДНК безпосередньої участі у синтезі білка не приймає, код записується мовою РНК. У РНК замість тиміну входить урацил.

Властивості генетичного коду

1. Триплетність

Кожна амінокислота кодується послідовністю з трьох нуклеотидів.

Визначення: триплет або кодон - послідовність трьох нуклеотидів, що кодує одну амінокислоту.

Код може бути моноплетним, оскільки 4 (число різних нуклеотидів у ДНК) менше 20. Код може бути дуплетним, т.к. 16 (число поєднань та перестановок з 4-х нуклеотидів по 2) менше 20. Код може бути триплетним, т.к. 64 (число поєднань та перестановок з 4-х по 3) більше 20.

2. Виродженість.

Усі амінокислоти, за винятком метіоніну та триптофану, кодуються більш ніж одним триплетом:

2 АК по 1 триплету = 2.

9 АК по 2 триплети = 18.

1 АК 3 триплети = 3.

5 АК по 4 триплети = 20.

3 АК по 6 триплетів = 18.

Усього 61 триплет кодує 20 амінокислот.

3. Наявність міжгенних розділових знаків.

Визначення:

Ген - це ділянка ДНК, що кодує один поліпептидний ланцюг або одну молекулу tPHK, rРНК абоsPHK.

ГениtPHK, rPHK, sPHKбілки не кодують.

Наприкінці кожного гена, що кодує поліпептид, знаходиться щонайменше один з трьох триплетів, що кодують термінуючі кодони РНК, або стоп-сигнали. У мРНК вони мають такий вигляд: UAA, UAG, UGA . Вони термінують (закінчують) трансляцію.

Умовно до розділових знаків відноситься і кодон AUG - Перший після лідерної послідовності. (Див. лекцію 8) Він виконує функцію великої літери. У цій позиції він кодує формілметіонін (у прокаріотів).

4. Однозначність.

Кожен триплет кодує лише одну амінокислоту або термінатор трансляції.

Виняток становить кодон AUG . У прокаріотів у першій позиції (велика буква) він кодує формілметіонін, а в будь-якій іншій - метіонін.

5. Компактність, або відсутність внутрішньогенних розділових знаків.
Усередині гена кожен нуклеотид входить до складу значущого кодону.

У 1961 р. Сеймур Бензер і Френсіс Крик експериментально довели триплетність коду та його компактність.

Суть експерименту: "+" мутація – вставка одного нуклеотиду. "-" мутація – випадання одного нуклеотиду. Одиночна "+" або "-" мутація на початку гена псує весь ген. Подвійна "+" або "-" мутація теж псує весь ген.

Потрійна "+" або "-" мутація на початку гена псує лише його частину. Четверна "+" або "-" мутація знову псує весь ген.

Експеримент доводить, що код тршплетен і всередині гена немає розділових знаків.Експеримент був проведений на двох розташованих фагових генах і показав, крім того, наявність розділових знаків між генами.

6. Універсальність.

Генетичний код єдиний всім живих Землі істот.

У 1979 р. Беррел відкрив ідеальнийкод мітохондрій людини.

Визначення:

«Ідеальним» називається генетичний код, у якому виконується правило виродженості квазідублетного коду: Якщо у двох триплетах збігаються перші два нуклеотиди, а треті нуклеотиди відносяться до одного класу (обидва – пурини або обидва – піримідини), то ці триплети кодують одну й ту саму амінокислоту .

З цього правила в універсальному коді є два винятки. Обидва відхилення від ідеального коду в універсальному стосуються важливих моментів: початку та кінця синтезу білка:

Кодон	Універсальний код	Мітохондріальні коди
		Хребетні	Безхребетні	Дріжджі	Рослини
	STOP				STOP
З UA
А G А		STOP
		STOP			230 замін не змінюють клас амінокислоти, що кодується. до ривання. У 1956 р. Георгій Гамов запропонував варіант коду, що перекривається. Згідно з Гамівським кодом, кожен нуклеотид, починаючи з третього в гені, входить до складу 3-х кодонів. Коли генетичний код було розшифровано, виявилося, що він неперекривається, тобто. кожен нуклеотид входить до складу лише одного кодону. Переваги генетичного коду, що перекривається: компактність, менша залежність структури білка від вставки або делеції нуклеотиду. Недолік: велика залежність структури білка від заміни нуклеотиду та обмеження на сусідів. У 1976 р. була секвенована ДНК фага Х174. У нього одноланцюжкова кільцева ДНК, що складається з 5375 нуклеотидів. Було відомо, що фаг кодує 9 білків. Для 6 з них було визначено гени, що розташовуються один за одним. З'ясувалося, що є перекриття. Ген Е повністю знаходиться всередині гена D . Його ініціювальний кодон утворюється в результаті зсуву зчитування на один нуклеотид. Ген J починається там, де закінчується ген D . Ініціювальний кодон гена J перекривається з термінуючим кодоном гена D в результаті зсуву на два нуклеотиди. Конструкція називається "зсув рамки зчитування" на число нуклеотидів, неразове трьом. На сьогоднішній день перекриття показано лише для кількох фагів. Інформаційна ємність ДНК На Землі живе 6 мільярдів людей. Спадкова інформація про них укладена в 6x10 9 сперматозоїдах. За різними оцінками у людини від 30 до 50 тисяч генів. У всіх людей ~ 30x10 13 генів або 30x10 16 пар нуклеотидів, які становлять 1017 кодонів. Середня книга містить 25x10 2 знаків. ДНК 6x10 9 сперматозоїдів містить інформацію, рівну за обсягом приблизно 4x10 13 книжкових сторінок. Ці сторінки зайняли б обсяг 6 будівель НГУ. 6x10 9 сперматозоїдів займають половину наперстка. Їхня ДНК займає менше чверті наперстка.

- єдина система запису спадкової інформації у молекулах нуклеїнових кислот як послідовності нуклеотидів. Генетичний код заснований на використанні алфавіту, що складається всього з чотирьох букв-нуклеотидів, що відрізняються азотистими основами: А, Т, Р, Ц.

Основні властивості генетичного коду такі:

1. Генетичний код триплетен. Триплет (кодон) – послідовність трьох нуклеотидів, що кодує одну амінокислоту. Оскільки до складу білків входить 20 амінокислот, то очевидно, що кожна з них не може кодуватися одним нуклеотидом (оскільки в ДНК всього чотири типи нуклеотидів, то в цьому випадку 16 амінокислот залишаються незакодованими). Двох нуклеотидів для кодування амінокислот також не вистачає, оскільки в цьому випадку можуть бути закодовані лише 16 амінокислот. Отже, найменше число нуклеотидів, що кодують одну амінокислоту, виявляється рівним трьом. (У цьому випадку кількість можливих триплетів нуклеотидів становить 43 = 64).

2. Надмірність (виродженість) коду є наслідком його триплетності і означає те, що одна амінокислота може кодуватися декількома триплетами (оскільки амінокислот 20 а триплетів - 64). Виняток становлять метіонін та триптофан, які кодуються лише одним триплетом. Крім того, деякі тріплети виконують специфічні функції. Так, у молекулі іРНК три з них УАА, УАГ, УГА – є термінуючими кодонами, тобто стоп-сигналами, що припиняють синтез поліпептидного ланцюга. Триплет, що відповідає метіоніну (АУГ), що стоїть на початку ланцюга ДНК, не кодує амінокислоту, а виконує функцію ініціювання (збудження) зчитування.

3. Одночасно з надмірністю коду властива властивість однозначності, яка означає, що кожному кодону відповідає лише одна певна амінокислота.

4. Код коллінеарен, тобто. Послідовність нуклеотидів у гені точно відповідає послідовності амінокислот у білку.

5. Генетичний код неперекривається і компактний, тобто не містить «розділових знаків». Це означає, що процес зчитування не допускає можливості перекривання колонів (триплетів), і, розпочавшись на певному кодоні, зчитування безперервно триплет за триплетом аж до стоп-сигналів (термінуючих кодонів). Наприклад, в іРНК наступна послідовність азотистих основ АУГГУГЦУУААУГУГ зчитуватиметься лише такими триплетами: АУГ, ГУГ, ЦУУ, ААУ, ГУГ, а не АУГ, УГГ, ГГУ, ГУГ тощо. або АУГ, ГГУ, УГЦ, ЦУ д. або ще якимось чином (припустимо, кодон АУГ, розділовий знак Г, кодон УГЦ, розділовий знак У і Т. п.).

6. Генетичний код універсальний, т. е. ядерні гени всіх організмів однаково кодують інформацію про білки незалежно від рівня організації та систематичного становища цих організмів.

Генетичний код– єдина система запису спадкової інформації у молекулах нуклеїнових кислот як послідовності нуклеотидів. Генетичний код заснований на використанні алфавіту, що складається всього з чотирьох букв А, Т, Ц, Г, що відповідають нуклеотидам ДНК. Усього 20 видів амінокислот. З 64 кодонів три - УАА, УАГ, УГА - не кодують амінокислот, вони були названі нонсенс-кодонами, виконують функцію розділових знаків. Кодон (кодуючий тринуклеотид) - одиниця генетичного коду, трійка нуклеотидних залишків (триплет) у ДНК або РНК, що кодують включення однієї амінокислоти. Самі гени беруть участь у синтезі білка. Посередником між геном та білком є ​​іРНК. Структура генетичного коду характеризується тим, що він є триплетним, тобто складається з тріплетів (трійок) азотистих основ ДНК, що отримали назву кодонів. З 64

Властивості ген. коду
1) Триплетність: одна амінокислота кодується трьома нуклеотидами. Ці 3 нуклеотиди в ДНК
називаються триплет, іРНК – кодон, в тРНК – антикодон.
2) Надмірність (виродженість): амінокислот всього 20, а триплетів, що кодують амінокислоти 61, тому кожна амінокислота кодується кількома триплетами.
3) Однозначність: кожен триплет (кодон) кодує лише одну амінокислоту.
4) Універсальність: генетичний код однаковий всім живих організмів Землі.
5.) безперервність і незаперечність кодонів під час зчитування. Це означає, що послідовність нуклеотидів зчитується триплет за триплет без пропусків, при цьому сусідні триплет не перекривають один одного.

88. Спадковість та мінливість – фундаментальні властивості живого. Дарвінське розуміння явищ спадковості та мінливості.
Спадковістюназивають загальну властивість всіх організмів зберігати та передавати ознаки від батьківської особи до потомства. Спадковість– це властивість організмів відтворювати у поколіннях подібний тип обміну речовин, що у процесі історичного розвиткувиду та проявляється за певних умов зовнішнього середовища.
Мінливістьє процес виникнення якісних відмінностей між особинами одного й того ж виду, який виражається або у зміні під впливом зовнішнього середовища тільки одного фенотипу, або в генетично обумовлених спадкових варіаціях, що виникають у результаті комбінацій, рекомбінацій та мутацій, що мають місце у ряді поколінь, що змінюють одне одного. та популяцій.
Дарвінське розуміння спадковості та мінливості.
Під спадковістюДарвін розумів здатність організмів зберігати у потомстві свої видові, сортові та індивідуальні особливості. Ця особливість була добре відома і була спадковою мінливістю. Дарвін докладно проаналізував значення спадковості у еволюційному процесі. Він звернув увагу на випадки одномастності гібридів першого покоління та розщеплення ознак у другому поколінні, йому була відома спадковість, пов'язана зі статтю, гібридні атавізми та низка інших явищ спадковості.
Мінливість.Виробляючи порівняння багатьох порід тварин та сортів рослин Дарвін зауважив, що в межах будь-якого виду тварин та рослин, а в культурі в межах будь-якого сорту та породи немає однакових особин. Дарвін зробив висновок про те, що всім тваринам і рослинам властива мінливість.
Аналізуючи матеріал по мінливості тварин, вчений зауважив, що достатньо будь-якої зміни в умовах утримання, щоб викликати мінливість. Таким чином, під мінливістю Дарвін розумів здатність організмів набувати нових ознак під впливом умов довкілля. Він розрізняв такі форми мінливості:
Певна (групова) мінливість(тепер називається модифікаційної) - подібна зміна всіх особин потомства в одному напрямку внаслідок впливу певних умов. Певні зміни, зазвичай, бувають неспадковими.
Невизначена індивідуальна мінливість(тепер називають генотипною) - Поява різноманітних незначних відмінностей у особин одного й того ж виду, сорту, породи, якими, існуючи в подібних умовах, одна особина відрізняється від інших. Така різноспрямована мінливість – наслідок невизначеного впливу умов існування на кожен окремий індивід.
Корелятивна(або співвідносна) мінливість. Дарвін розумів організм як цілісну систему, окремі частини якої тісно пов'язані між собою. Тому зміна структури чи функції однієї частини нерідко зумовлює зміну інший чи інших. Прикладом такої мінливості може бути зв'язок між розвитком м'яза, що функціонує, і утворенням гребеня на кістки, до якої він прикріплюється. У багатьох болотяних птахів спостерігається кореляція між довжиною шиї та довжиною кінцівок: птахи з довгою шиєю мають і довгі кінцівки.
Компенсаційна мінливість у тому, що розвиток одних органів чи функцій часто причиною гноблення інших, т. е. спостерігається зворотна кореляція, наприклад між молочністю і м'ясистістю худоби.

89. Модифікаційна мінливість. Норма реакції генетично детермінованих ознак. Фенокопії.
Фенотиповамінливість охоплює зміни стану безпосередньо ознак, що відбуваються під впливом умов розвитку чи факторів довкілля. Розмах модифікаційної мінливості обмежений нормою реакції. Виникла конкретна модифікаційна зміна ознаки не успадковується, але діапазон модифікаційної мінливості обумовлений спадковістю. Спадковий матеріал у зміні не залучається.
Норма реакції- це межа модифікаційної мінливості ознаки. Успадковується норма реакції, а чи не самі модифікації, тобто. здатність до розвитку ознаки, а форма його прояву залежить від умов довкілля. Норма реакції - конкретна кількісна та якісна характеристика генотипу. Розрізняють ознаки з широкою нормою реакції, вузькою () та однозначною нормою. Норма реакціїмає межі або межі для кожного біологічного виду (нижній та верхній) - наприклад, посилене годування приведе до збільшення маси тварини, проте вона буде знаходитись у межах норми реакції, характерної для даного виду або породи. Норма реакції генетично детермінована та успадковується. Для різних ознак межі норми реакції дуже різняться. Наприклад, широкі межі норми реакції мають величина надою, продуктивність злаків та багато інших кількісних ознак, вузькі межі - інтенсивність забарвлення більшості тварин та багато інших якісних ознак. Під впливом деяких шкідливих факторів, з якими людина не стикається у процесі еволюції, можливості модифікаційної мінливості, що визначає норми реакції виключаються.
Фенокопії- Зміни фенотипу під впливом несприятливих факторів середовища, за проявом схожі на мутації. Виниклі фенотипічні модифікації не успадковуються. Встановлено, що фенокопій пов'язані з впливом зовнішніх умов певну обмежену стадію розвитку. Більш того, один і той же агент залежно від того, на яку фазу він діє, може копіювати різні мутації, або одна стадія реагує на один агент, інша на інший. Для викликання однієї і тієї ж фенокопії можуть бути використані різні агенти, що вказує на відсутність зв'язку між результатом зміни та фактором, що впливає. Щодо легко відтворюються найскладніші генетичні порушення розвитку, тоді як копіювати ознаки значно складніше.

90. Адаптивний характер модифікації. Роль спадковості та середовища у розвитку, навчанні та вихованні людини.
Модифікаційна мінливість відповідає умовам проживання, має пристосувальний характер. Модифікаційної мінливості схильні до таких ознак, як зростання рослин і тварин, їх маса, забарвлення і т.д. Виникнення модифікаційних змін пов'язано з тим, що умови середовища впливають на ферментативні реакції, що протікають в організмі, що розвивається, і певною мірою змінюють його перебіг.
фенотипічний прояв спадкової інформації може модифікуватися умовами середовища, в генотипі організму запрограмовано лише можливість їх формування в певних межах, званих нормою реакції. Норма реакції є межі модифікаційної мінливості ознаки, що допускається при даному генотипі.
Ступінь виразності ознаки при реалізації генотипу за різних умов отримала назву експресивності. Вона пов'язана із мінливістю ознаки в межах норми реакції.
Один і той самий ознака може виявлятися в деяких організмів і бути відсутнім в інших, які мають той самий ген. Кількісний показник фенотипного прояву гена називається пенетрантністю.
Експресивність та пенетрантність підтримується природним відбором. Обидві закономірності необхідно пам'ятати щодо спадковості в людини. Змінюючи умови середовища, можна впливати на пенетрантність та експресивність. Той факт, що той самий генотип може стати джерелом розвитку різних фенотипів, має важливе значення для медицини. Це означає, що обтяжена не обов'язково має проявитися. Багато залежить від умов, у яких перебуває людина. У ряді випадків хвороби як фенотипічний прояв спадкової інформації можна запобігти дотриманню дієти або прийому лікарських препаратів. Реалізація спадкової інформації залежить від середовища Формуючись з урахуванням історично сформованого генотипу, модифікації зазвичай носять адаптивний характер, оскільки вони завжди є результатом реакцій у відповідь організму, що розвиваєтьсяна що впливають на нього екологічні фактори. Інший характер мутаційних змін: вони є результатом змін у структурі молекули ДНК, що викликає порушення в процесі синтезу білка, що склався раніше. при утриманні мишей в умовах підвищеної температури у них народжується потомство е подовженими хвостами і збільшеними вухами. Така модифікація носить адаптивний характер, тому що виступаючі частини (хвіст і вуха) грають в організмі терморегулюючу роль: збільшення їхньої поверхні дозволяє збільшити тепловіддачу.

Генетичний потенціал людини обмежений у часі, до того ж досить жорстко. Якщо пропустити термін ранньої соціалізації, він згасне, не встигнувши реалізуватися. Яскравим прикладом цього твердження є численні випадки, коли немовлята силою обставин потрапляли у джунглі та проводили серед звірів кілька років. Після повернення їх у людське співтовариство вони не могли вже повною мірою надолужити упущене: опанувати промову, набути досить складних навичок людської діяльності, у них погано розвивалися психічні функції людини. Це і є свідченням того, що характерні риси людської поведінки та діяльності набуваються лише через соціальне успадкування, лише через передачу соціальної програми у процесі виховання та навчання.

Однакові генотипи (у однояйцевих близнюків), опинившись у різних середовищах, можуть давати різні фенотипи. З урахуванням всіх факторів впливу фенотип людини можна уявити, що складається з декількох елементів.

До них відносяться:біологічні задатки, що кодуються у генах; середовище (соціальне та природне); діяльність індивіда; розум (свідомість, мислення).

Взаємодія спадковості та середовища у розвитку людини відіграє важливу роль протягом усього її життя. Але особливої ​​важливості воно набуває у періоди формування організму: ембріонального, грудного, дитячого, підліткового та юнацького. Саме в цей час спостерігається інтенсивний процес розвитку організму та формування особистості.

Спадковість визначає те, яким може стати організм, але розвивається людина під одночасним впливом обох факторів – і спадковості, і середовища. Сьогодні стає загальновизнаним, що адаптація людини здійснюється під впливом двох програм спадковості: біологічної та соціальної. Всі ознаки та властивості будь-якого індивіда є результатом взаємодії його генотипу та середовища. Тому кожна людина є і частиною природи, і продуктом суспільного розвитку.

91. Комбінативна мінливість. Значення комбінативної мінливості у забезпеченні генотипного розмаїття людей: Системи шлюбів. Медико-генетичні аспекти сім'ї
Комбінативна мінливістьпов'язана з отриманням нових поєднань генів генотипу. Досягається це внаслідок трьох процесів: а) незалежної розбіжності хромосом при мейозі; б) випадкового їх поєднання при заплідненні; в) рекомбінації генів завдяки Кроссінговеру. Самі спадкові фактори (гени) при цьому не змінюються, але виникають нові поєднання, що призводить до появи організмів з іншими генотиповими і фенотиповими властивостями. Завдяки комбінативної мінливостістворюється різноманітність генотипів у потомстві, що має велике значеннядля еволюційного процесу у зв'язку з тим, що: 1) збільшується різноманітність матеріалу для еволюційного процесу без зниження життєздатності особин; 2) розширюються можливості пристосування організмів до умов середовища, що змінюються, і тим самим забезпечується виживання групи організмів (популяції, виду) в ціле

Склад і частота алелів у людей, у популяціях багато в чому залежить від типів шлюбів. У зв'язку з цим вивчення типів шлюбів та їх медико-генетичних наслідків має важливе значення.

Шлюби можуть бути: виборчими, невибірковими.

До невиборчихвідносяться панміксні шлюби. Панміксія(грец.nixis - суміш) - зведені шлюби для людей з різними генотипами.

Виборчі шлюби: 1. Аутбрідінг- шлюби між людьми, які не мають родинних зв'язків із заздалегідь відомим генотипом, 2. Інбридинг- шлюби між родичами, 3.Позитивно-асортативні- шлюби між індивідами зі подібними фенотипами між (глухонімими, низькорослі з низькорослими, високі з високими, недоумкі зі слабоумними та ін.). 4.Негативно-асортативні-шлюби для людей з несхожими фенотипами (глухонімі-нормальні; низькорослі-високі; нормальні – з ластовинням та інших.). 4.Інцести– шлюби між близькими родичами (між братом та сестрою).

Інбредні та інцесні шлюби у багатьох країнах заборонені законом. На жаль, трапляються регіони з високою частотою інбредних шлюбів. Донедавна частота інбредних шлюбів у деяких регіонах Центральної Азії досягала 13-15%.

Медико-генетичне значенняінбредних шлюбів дуже негативне. За таких шлюбів спостерігається гомозиготизація, частота аутосомно-рецесивних хвороб збільшується у 1,5-2 рази. У инбредных популяціях спостерігається инбредная депресія, тобто. різко зростає частота зростає частота несприятливих рецесивних алелей, збільшується дитяча смертність. Позитивно-асортативні шлюби теж призводять до подібних явищ. Аутбридинги мають позитивне значення у генетичному відношенні. За таких шлюбів спостерігається гетерозиготизація.

92. Мутаційна мінливість, класифікація мутацій за рівнем зміни ураження спадкового матеріалу. Мутації у статевих та соматичних клітинах.
Мутацієюназивається зміна, обумовлена ​​реорганізацією відтворювальних структур, зміною його генетичного апарату. Мутації виникають стрибкоподібно і передаються у спадок. Залежно від рівня зміни спадкового матеріалу всі мутації поділяються на генні, хромосомніі геномні.
Генні мутації, або трансгенації, торкаються структури самого гена. Мутації можуть змінювати ділянки молекули ДНК різної довжини. Найменша ділянка, зміна якої призводить до появи мутації, названа мутоном. Його може становити лише пара нуклеотидів. Зміна послідовності нуклеотидів у ДНК зумовлює зміну в послідовності триплетів і зрештою – програму синтезу білка. Слід пам'ятати, що порушення у структурі ДНК призводять до мутацій лише тоді, коли здійснюється репарація.
Хромосомні мутаціїхромосомні перебудови або аберації полягають у зміні кількості або перерозподілі спадкового матеріалу хромосом.
Перебудови поділяють на нутріхромосомніі міжхромосомні. Внутрішньохромосомні перебудови полягають у втраті частини хромосоми (делеція), подвоєнні або множенні деяких її ділянок (дуплікація), поворот фрагменту хромосоми на 180 ° зі зміною послідовності розташування генів (інверсія).
Геномні мутаціїпов'язані зі зміною числа хромосом. До геномних мутацій відносять анеуплоїдію, гаплоїдію та поліплоїдію.
Анеуплоїдієюназивають зміну кількості окремих хромосом – відсутність (моносомія) чи наявність додаткових (трисомія, тетрасомія, у випадку полісомія) хромосом, т. е. незбалансований хромосомний набір. Клітини зі зміненим числом хромосом з'являються внаслідок порушень у процесі мітозу або мейозу, у зв'язку з чим розрізняють мітотичну та мейотичну анеуплодію. Кратне зменшення кількості хромосомних наборів соматичних клітин у порівнянні з диплоїдним називається гаплоїдією. Кратне захоплення числа хромосомних наборів соматичних клітин у порівнянні з диплоїдним, називається поліплоїдією.
Перелічені видимутацій зустрічаються як і статевих клітинах, і у соматичних. Мутації, що виникають у статевих клітинах, називаються генеративними. Вони передаються наступним поколінням.
Мутації, що виникають у тілесних клітинах на тій чи іншій стадії індивідуального розвитку організму, називаються соматичними. Такі мутації успадковуються нащадками лише тієї клітини, де вона сталася.

93. Генні мутації, молекулярні механізми виникнення, частота мутацій у природі. Біологічні антимутаційні механізми.
Сучасна генетика наголошує, що генні мутаціїполягають у зміні хімічної структури генів. Саме генні мутації є замінами, вставками, випаданнями і втратами пар нуклеотидів. Найменша ділянка молекули ДНК, зміна якої призводить до мутації, називається мутоном. Він дорівнює одній парі нуклеотидів.
Існує кілька класифікацій генних мутацій . Спонтанною(самовільної) називають мутацію, яка відбувається поза прямим зв'язку з будь-яким фізичним або хімічним фактором зовнішнього середовища.
Якщо мутації викликаються навмисно, впливом на організм факторами відомої природи вони називаються індукованими. Агент, який індукує мутації, називають мутагеном.
Природа мутагенів різноманітна- це фізичні фактори, хімічні сполуки. Встановлено мутагенну дію деяких біологічних об'єктів – вірусів, найпростіших, гельмінтів під час проникнення в організм людини.
В результаті домінантних та рецесивних мутацій у фенотипі з'являються домінантні та рецесивні змінені ознаки. Домінантнімутації проявляються у фенотипі вже в першому поколінні. Рецесивнімутації укриті в гетерозиготах від дії природного відборутому вони накопичуються в генофондах видів у великій кількості.
Показником інтенсивності мутаційного процесу служить частота мутування, яку розраховують у середньому геном або окремо для конкретних локусів. Середня частота мутування можна порівняти з широкого кола живих істот (від бактерій до людини) і не залежить від рівня і типу морфофізіологічної організації. Вона дорівнює 10-4 - 10-6 мутації на 1 локус за покоління.
Антимутаційні механізми.
Фактором захисту проти несприятливих наслідків генних мутацій є парність хромосом у диплоїдному каріотипі соматичних клітин еукаріотів. Парність алейних генів перешкоджає фенотиповому прояву мутацій, якщо вони мають рецесивний характер.
У зниження шкідливих наслідків генних мутацій вносить явище екстракопіювання генів, що кодують життєво важливі макромолекули. Приклад гени рРНК, тРНК, гістонових білків, без яких життєдіяльність будь-якої клітини неможлива.
Перелічені механізми сприяють збереженню відібраних у ході еволюції генів і одночасно накопиченню в генофонді популяції різних алелей, формуючи резерв спадкової мінливості.

94. Геномні мутації: поліплоїдія, гаплоїдія, гетероплоїдія. Механізми їхнього виникнення.
Геномні мутації пов'язані із зміною числа хромосом. До геномних мутацій відносять гетероплоїдія, гаплоїдіїі поліплоїдію.
Поліплоїдія- Збільшення диплоїдного числа хромосом шляхом додавання цілих хромосомних наборів в результаті порушення мейозу.
У поліплоїдних форм відзначається збільшення числа хромосом, кратне гаплоїдного набору: 3n – триплоїд; 4n - тетраплоїд, 5n - пентаплоїд і т.д.
Поліплоїдні форми фенотипно відрізняються від диплоїдних: разом із зміною числа хромосом змінюються і спадкові властивості. У поліплоїдів клітини зазвичай великі; іноді рослини мають величезні розміри.
Форми, що виникли внаслідок множення хромосом одного геному, називають автоплоїдними. Однак відома й інша форма поліплоїдії – алоплоїдія, за якої множиться число хромосом двох різних геномів.
Кратне зменшення кількості хромосомних наборів соматичних клітин у порівнянні з диплоїдним називається гаплоїдією. Гаплоїдні організми в природних умовах проживання виявляються переважно серед рослин, у тому числі вищих (дурман, пшениця, кукурудза). Клітини таких організмів мають по одній хромосомі кожної гомологічної пари, тому всі рецесивні алелі проявляються у фенотипі. Цим пояснюється знижена життєздатність гаплоїдів.
Гетероплоїдія. В результаті порушення мітозу та мейозу число хромосом може змінюватися і не ставати кратним гаплоїдного набору. Явище, коли якась із хромосом, замість того щоб бути парною, виявляється в потрійному числі, одержала назву трисомії. Якщо спостерігається трисомія по одній хромосомі, такий організм називається трисоміком і його хромсомний набір 2п+1. Трисомія може бути за будь-якою з хромосом і навіть кількома. При подвійній трисомії має набір хромосом 2п+2, потрійний – 2п+3 тощо.
Явище, протилежне трисомії, тобто. втрата однієї з хромосоми з пари в диплоїдному наборі називається моносомією, А організм - моносоміком; його генотипна формула 2П-1. За відсутності двох різних хромосом організм є подвійним моносоміком з генотипом 2п-2 і т.д.
Зі сказаного видно, що анеуплоїдія, тобто. порушення нормального числа хромосом, призводить до змін у будові та до зниження життєздатності організму. Чим більше порушення, тим нижча життєздатність. У людини порушення збалансованого набору хромосом спричиняє хворобливі стани, відомі під загальною назвою хромосомних хвороб.
Механізм виникненняГеномні мутації пов'язані з патологією порушення нормального розбіжності хромосом у мейозі, у результаті утворюються аномальні гамети, як і веде до мутації. Зміни у організмі пов'язані з присутністю генетично різнорідних клітин.

95. Методи вивчення спадковості людини. Генеалогічний та близнюковий методи, їх значення для медицини.
Основними методами вивчення спадковості людини є генеалогічний, близнюковий, популяційно-статистичний, метод дерматогліфіки, цитогенетичний, біохімічний, метод генетики соматичних клітин, метод моделювання
Генеалогічний метод.В основі цього методу лежить складання та аналіз родоводів. Родовід - це схема, що відображає зв'язки між членами сім'ї. Аналізуючи родоводи, вивчають будь-яку нормальну або (частіше) патологічну ознаку в поколіннях людей, що перебувають у родинних зв'язках.
Генеалогічні методи використовуються для визначення спадкового або неспадкового характеру ознаки, домінантності або рецесивності, картування хромосом, зчеплення зі статтю, для вивчення мутаційного процесу. Як правило, генеалогічний метод є основою для висновків при медико-генетичному консультуванні.
При складанні родоводів застосовують стандартні позначення. Персона з якого починається дослідження – пробандом. Нащадок шлюбної пари називається сиблінгом, рідні брати і сестри – сібсами, двоюрідними сибсами і т.д. Нащадки, які мають спільна мати (але різні батьки), називаються одноутробними, а нащадки, які мають спільний батько (але різні матері) – однокровними; якщо ж у сім'ї є діти від різних шлюбів, причому, вони не мають спільних предків (наприклад, дитина від першого шлюбу матері та дитина від першого шлюбу батька), то їх називають зведеними.
За допомогою генеалогічного методу може бути встановлена ​​спадкова обумовленість ознаки, що вивчається, а також тип його успадкування. При аналізі родоводів за декількома ознаками можна виявити зчеплений характер їх успадкування, що використовують при складанні хромосомних карт. Цей метод дозволяє вивчати інтенсивність мутаційного процесу, оцінити експресивність та пенетрантність алелю.
Близнюковий метод. Він полягає у вивченні закономірностей успадкування ознак у парах одно- та двояйцевих близнюків. Близнюки – це дві і більше дитини, зачаті та народжені однією матір'ю майже одночасно. Розрізняють однояйцевих та різнояйцевих близнюків.
Однояйцеві (монозиготні, ідентичні) близнюки виникають на ранніх стадіях дроблення зиготи, коли два або чотири бластомери зберігають здатність при відокремленні розвинутися в повноцінний організм. Оскільки зигота ділиться мітозом, генотипи однояйцевих близнюків, по крайнього заходу, початково, цілком ідентичні. Однояйцеві близнюки завжди однієї статі, у період внутрішньоутробного розвитку у них одна плацента.
Різнояйцеві (дизиготні, неідентичні) виникають при заплідненні двох або кількох одночасно дозрілих яйцеклітин. Таким чином вони мають близько 50% загальних генів. Іншими словами, вони подібні до звичайних братів і сестер за своєю генетичною конституцією і можуть бути як одностатевими, так і різностатевими.
При порівнянні однояйцевых і разнояйцевых близнюків, вихованих у тому самому середовищі, можна зробити висновок про роль генів у розвитку ознак.
Близнюковий метод дозволяє робити обґрунтовані висновки про успадкованість ознак: ролі спадковості, середовища та випадкових факторів у визначенні тих чи інших ознак людини
Профілактика та діагностика спадкової патології
В даний час профілактика спадкової патології проводиться на чотирьох рівнях: 1)прегаметичному; 2) презиготичному; 3) пренатальному; 4) неонатальному.
1.)Прегаметичний рівень
Здійснюється:
1.Санітарний контроль за виробництвом - виключення впливу на організм мутагенів.
2.Звільнення жінок дітородного віку від роботи на шкідливому виробництві.
3.Створення переліків спадкових захворювань, які поширені на певній
території з опр. частотою.
2.Презиготичний рівень
Найважливішим елементом цього рівня профілактики є медико-генетичне консультування (МГК) населення, що інформує сім'ю про ступінь можливого ризику народження дитини з наслідковою патологією та надати допомогу у прийнятті правильного рішення про дітонародження.
Пренатальний рівень
Полягає у проведенні пренатальної (допологової) діагностики.
Пренатальна діагностика- Це комплекс заходів, який здійснюється з метою визначення спадкової патології у плода та переривання даної вагітності. До методів пренатальної діагностики відносяться:
1. Ультразвукове сканування (УЗС).
2. Фетоскопія– метод візуального спостереження плода у порожнині матки через еластичний зонд, оснащений оптичною системою.
3. Біопсія хоріону. Метод заснований на взятті ворсин хоріону, культивуванні клітин та дослідженні їх за допомогою цитогенетичних, біохімічних та молекулярногенетичних методів.
4. Амніоцентез– пункція навколоплідного міхура через черевну стінку та взяття
амніотичної рідини. Вона містить клітини плода, які можуть бути досліджені
цитогенетично чи біохімічно залежно від передбачуваної патології плода.
5. Кордоцентез- Пункція судин пуповини та взяття крові плода. Лімфоцити плода
культивують та піддають дослідженню.
4.Неонатальний рівень
На четвертому рівні проводиться скринінг новонароджених на предмет виявлення аутосомно-рецесивних хвороб обміну в доклінічній стадії, коли своєчасно розпочате лікування дає можливість забезпечити нормальне розумове та фізичний розвитокдітей.

Принципи лікування спадкових захворювань
Розрізняють такі види лікування.
1. Симптоматичне(Вплив на симптоми хвороби).
2. Патогенетичне(Вплив на механізми розвитку захворювання).
Симптоматичне та патогенетичне лікування не усуває причин захворювання, т.к. не ліквідує
генетичний дефект.
У симптоматичному та патогенетичному лікуванні можуть використовуватись наступні прийоми.
· Виправленнявад розвитку хірургічними методами (синдактилія, полідактилія,
незарощення верхньої губи.
· Замісна терапія, сенс якої полягає у введенні в організм
відсутні або недостатні біохімічні субстрати.
· Індукція метаболізму- Введення в організм речовин, які посилюють синтез
деяких ферментів і, отже, прискорюють процеси.
· Інгібіція метаболізму- введення в організм препаратів, що зв'язують та виводять
аномальні продукти обміну.
· Дієтотерапія (лікувальне харчування) – усунення з харчового раціону речовин, які
не можуть бути засвоєні організмом.
Перспективи:Найближчим часом генетика посилено розвиватиметься, хоча вона й у наші дні
дуже поширена у сільськогосподарських культурах (селекції, клонуванні),
медицини (медичної генетики, генетики мікроорганізмів). У майбутньому вчені сподіваються
використовувати генетику для усунення дефектних генів та знищення хвороб, що передаються
у спадок, мати можливість лікувати такі тяжкі захворювання як рак, вірусні
інфекції.

За всіх недоліків сучасної оцінки радіогенетичного ефекту залишається сумнівів у серйозності генетичних наслідків, які очікують людство у разі безконтрольного підвищення радіоактивного фону у навколишньому середовищі. Небезпека подальших випробувань атомної та водневої зброї очевидна.
У той же час застосування атомної енергії в генетиці та селекції дозволяє створити нові методи управління спадковістю рослин, тварин та мікроорганізмів, глибше зрозуміти процеси генетичної адаптації організмів. У зв'язку з польотами людини в космічний простірВиникає необхідність досліджувати вплив космічної реакцію живі організми.

98. Цитогенетичний метод діагностики хромосомних розладів людини. Амніоцентез. Каріотип та ідіограма хромосом людини. Біохімічний спосіб.
Цитогенетичний метод полягає у вивченні хромосом з допомогою мікроскопа. Найчастіше об'єктом дослідження служать мітотичні (метафазні), рідше мейотичні (профазні та метафазні) хромосоми. Цитогенетичні методи використовуються при вивченні каріотипів окремих індивідів.
Отримання матеріалу організму, що розвивається внутрішньоутробно, здійснюють різними способами. Одним з них є амніоцентез, за допомогою якого на 15-16 тижні вагітності отримують амніотичну рідину, що містить продукти життєдіяльності плода та клітини його шкіри та слизових.
Матеріал, що забирається при амніоцентезі, використовують для біохімічних, цитогенетичних і молекулярно-хімічних досліджень. Цитогенетичними методами визначають стать плода і виявляють хромосомні та геномні мутації. Вивчення амніотичної рідини та клітин плода за допомогою біохімічних методів дозволяє виявити дефект білкових продуктів генів, проте не дає можливості визначати локалізацію мутацій у структурній чи регуляторній частині геному. Важливу роль у виявленні спадкових захворювань та точної локалізації ушкодження спадкового матеріалу плода відіграє використання ДНК-зондів.
В даний час за допомогою амніоцентезу діагностуються всі хромосомні аномалії, понад 60 спадкових хвороб обміну речовин, несумісність матері та плода за еритроцитарними антигенами.
Диплоїдний набір хромосом клітини, що характеризується їх числом, величиною та формою, називається каріотипом. Нормальний каріотип людини включає 46 хромосом, або 23 пари: з них 22 пари аутосом і одна пара – статевих хромосом
Для того, щоб легше розібратися в складному комплексі хромосом, що становить каріотип, їх розташовують у вигляді ідіограми. В ідіограміХромосоми розташовуються попарно порядку спадної величини, виняток робиться для статевих хромосом. Найбільшій парі присвоєно №1, найдрібнішій - №22. Ідентифікація хромосом лише за величиною зустрічає великі труднощі: ряд хромосом має схожі розміри. Однак у Останнім часомшляхом використання різного роду барвників встановлена ​​чітка диференціювання хромосом людини за їх довжиною на барвники спеціальними методами і не барвні смуги. Уміння точно диференціювати хромосоми має велике значення для медичної генетики, оскільки дозволяє точно встановити характер порушень у каріотипі людини.
Біохімічний метод

99. Каріотип та ідіограма людини. Характеристика каріотипу людини у нормі
та патології.
Каріотип- сукупність ознак (число, розміри, форма тощо) повного набору хромосом,
властива клітинам даного біологічного виду (видовий каріотип), даного організму
(індивідуальний каріотип) чи лінії (клону) клітин.
Для визначення каріотипу використовують мікрофотографію або замальовку хромосом при мікроскопії клітин, що діляться.
Кожна людина має 46 хромосом, дві з яких статеві. У жінки це дві X хромосоми.
(каріотип: 46, ХХ), а чоловіки мають одна Х хромосома, іншу – Y (каріотип: 46, ХY). Дослідження
Каріотип проводиться за допомогою методу, званого цитогенетика.
Ідіограма- схематичне зображення гаплоїдного набору хромосом організму, які
розташовують у ряд відповідно до їх розмірів, попарно в порядку зменшення їх розмірів. Виняток робиться для статевих хромосом, що виділяються особливо.
Приклади найчастіших хромосомних патологій.
Синдром Дауна є трисомією по 21-й парі хромосом.
Синдром Едвардса і є трисоміюпо 18-й парі хромосом.
Синдром Патау є трисомією по 13-й парі хромосом.
Синдром Клайнфельтера є полісомією по Х хромосомі у хлопчиків.

100. Значення генетики для медицини. Цитогенетичний, біохімічний, популяційно-статистичний метод вивчення спадковості людини.
Дуже важлива роль генетики у житті. Реалізується за допомогою медико-генетичного консультування. Медико-генетичне консультування покликане позбавити людство страждань, пов'язаних зі спадковими (генетичними) захворюваннями. Головні цілі медико-генетичного консультування полягають у встановленні ролі генотипу у розвитку даного захворювання та прогнозуванні ризику мати хворих нащадків. Рекомендації, що надаються в медико-генетичних консультаціях щодо укладення шлюбу або прогнозу генетичної повноцінності потомства, спрямовані на те, щоб вони враховувалися особами, які консультуються добровільно, приймають відповідне рішення.
Цитогенетичний (каріотипний) метод.Цитогенетичний метод полягає у вивченні хромосом з допомогою мікроскопа. Найчастіше об'єктом дослідження служать мітотичні (метафазні), рідше мейотичні (профазні та метафазні) хромосоми. Також цей метод використовується для вивчення статевого хроматину ( тільця барра) Цитогенетичні методи використовуються, при вивченні каріотипів окремих індивідів
Застосування цитогенетичного методу дозволяє не тільки вивчати нормальну морфологію хромосом і каріотипу в цілому, визначати генетичну стать організму, але, головне, діагностувати різні хромосомні хвороби, пов'язані зі зміною числа хромосом або порушенням їх структури. Крім того, цей метод дозволяє вивчати процеси мутагенезу на рівні хромосом і каріотипу. Застосування їх у медико-генетичному консультуванні з метою пренатальної діагностики хромосомних хвороб дає можливість шляхом своєчасного переривання вагітності запобігти появі потомства з грубими порушеннями розвитку.
Біохімічний методполягає у визначенні в крові або сечі активності ферментів або вмісту деяких продуктів метаболізму. За допомогою даного методувиявляють порушення в обміні речовин та зумовлені наявністю в генотипі несприятливого поєднання алельних генів, частіше рецесивних алелей у гомозиготному стані. За своєчасної діагностики таких спадкових захворювань профілактичні заходи дозволяють уникати серйозних порушень розвитку.
Популяційно-статистичний метод.Цей метод дозволяє оцінити ймовірність народження осіб з певним фенотипом у цій групі населення чи близьких родинних шлюбах; розрахувати частоту носія в гетерозиготному стані рецесивних алелей. В основі методу лежить закон Харді – Вайнберга. Закон Харді-Вайнберга- Це закон популяційної генетики. Закон говорить: «В умовах ідеальної популяції частоти генів та генотипів залишаються постійними від покоління до покоління»
Головними рисами людських популяцій є: спільність території та можливість вільного одруження. Чинниками ізоляції, т. е. обмеження волі вибору подружжя, в людини може бути як географічні, а й релігійні і соціальні бар'єри.
Крім того, цей метод дозволяє вивчати мутаційний процес, роль спадковості та середовища у формуванні фенотипного поліморфізму людини за нормальними ознаками, а також у виникненні хвороб, особливо зі спадковою схильністю. Популяційно-статистичний метод використовують для з'ясування значення генетичних факторів в антропогенезі, зокрема, у розутворенні.

101. Структурні порушення (аберації) хромосом. Класифікація залежить від зміни генетичного матеріалу. Значення для біології та медицини.
Хромосомні аберації виникають внаслідок перебудови хромосом. Вони є наслідком розриву хромосоми, що призводить до утворення фрагментів, які надалі від'єднуються, але при цьому нормальна будова хромосоми не відновлюється. Розрізняють 4 основні типи хромосомних аберацій: нестачі, подвоєння, інверсії, транслокації, делеція- Втрата хромосомою певної ділянки, яка потім зазвичай знищується
Нестачівиникають унаслідок втрати хромосомою тієї чи іншої ділянки. Нестачі у середній частині хромосоми прийнято називати делеціями. Втрата значної частини хромосоми призводять до загибелі організму, втрата незначних ділянок викликає зміну спадкових властивостей. Так. При нестачі однієї з хромосом у кукурудзи її проростки позбавлені хлорофілу.
Подвоєнняпов'язано з включенням зайвої, дублюючої ділянки хромосоми. Це також призводить до появи нових ознак. Так, у дрозофіли ген смугоподібних очей обумовлений подвоєнням ділянки однієї з хромосом.
Інверсіїспостерігаються при розриві хромосоми і перевертанні ділянки, що відірвалася, на 180 градусів. Якщо розрив стався в одному місці, фрагмент, що відірвався, прикріплюється до хромосоми протилежним кінцем, якщо ж у двох місцях, то середній фрагмент, перевернувшись, прикріплюється до місць розриву, але іншими кінцями. На думку Дарвіна інверсії відіграють важливу роль в еволюції видів.
Транслокаціївиникають у випадках, коли ділянка хромосоми з однієї пари прикріплюється до негомологічної хромосоми, тобто. хромосом з іншої пари. Транслокаціяділянок однієї з хромосом відома у людини; вона може бути причиною хвороби Дауна. Більшість транслокацій, що торкаються великих ділянок хромосом, робить організм нежиттєздатним.
Хромосомні мутаціїзмінюють дозу деяких генів, викликають перерозподіл генів між групами зчеплення, змінюють локалізацію в групі зчеплення. Цим вони порушують генний баланс клітин організму, внаслідок чого відбуваються відхилення у соматичному розвитку особини. Як правило, зміни поширюються на кілька систем органів.
Хромосомні аберації мають чимало важливе значення у медицині. Прихромосомних абераціях спостерігається затримка загального фізичного та розумового розвитку. Хромосомні хвороби характеризуються поєднанням багатьох вроджених вад. Таким пороком є ​​прояв синдрому Дауна, який спостерігається у разі трисомії за невеликим сегментом довгого плеча 21 хромосоми. Картина синдрому котячого крику розвивається при втрати ділянки короткого плеча 5 хромосоми. У людини найчастіше відзначаються вади розвитку головного мозку, опорно-рухової, серцево-судинної, сечостатевої систем.

102. Поняття виду, сучасні погляди на видоутворення. Критерії виду.
Вид– це сукупність особин, подібних за критеріями виду настільки, що можуть в
природних умовах схрещуватися і давати плідне потомство.
Плодовите потомство- Те, що саме може розмножуватися. Приклад неплодовитого потомства - мул (гібрид осла та коня), він безплідний.
Критерії виду- це ознаки, за якими порівнюють 2 організми, щоб визначити, відносяться вони до одного виду або до різних.
· Морфологічний - внутрішня та зовнішня будова.
· Фізіолого-біохімічний - як працюють органи та клітини.
· Поведінковий - поведінка, особливо в момент розмноження.
· Екологічний - сукупність факторів зовнішнього середовища, необхідних для життя
виду (температура, вологість, їжа, конкуренти тощо)
· Географічний – ареал (область поширення), тобто. територія, де живе даний вид.
· Генетико-репродуктивний - однакова кількість і будова хромосом, що дозволяє організмам давати плідне потомство.
Критерії виду відносні, тобто. за одним критерієм не можна судити про вид. Наприклад, існують види-двійники (у малярійного комара, щурів і т.д.). Вони морфологічно один від одного не відрізняються, але мають різну кількість хромосом і тому не дають потомства.

103. Населення. Її екологічні та генетичні характеристики та роль у видоутворенні.
Населення– мінімальне самовідтворюване угруповання особин одного виду, більш-менш ізольоване від інших подібних угруповань, що населяє певний ареал протягом тривалого ряду поколінь, що утворює власну генетичну систему та формує власну екологічну нішу.
Екологічні показники населення.
Чисельність- загальна кількість особин у популяції. Ця величина характеризується широким діапазоном мінливості, однак вона не може бути нижчою за деякі межі.
густина- число особин на одиницю площі чи обсягу. При збільшенні чисельності щільність популяції зазвичай зростає
Просторова структураНаселення характеризується особливостями розміщення особин на займаній території. Вона визначається властивостями місцеперебування та біологічними особливостями виду.
Статева структуравідображає певне співвідношення чоловічих та жіночих особин у популяції.
Вікова структуравідображає співвідношення різних вікових груп у популяціях, що залежить від тривалості життя, часу настання статевої зрілості, числа нащадків.
Генетичні показники популяції. Генетично населення характеризується її генофондом. Він представлений сукупністю алелей, що утворюють генотипи організмів цієї популяції.
При описі популяцій чи їх порівнянні між собою використовують низку генетичних характеристик. Поліморфізм. Популяція називається поліморфною по даному локусу, якщо в ній зустрічається два або більше алелей. Якщо локус представлений єдиним алелем, говорять про мономорфізм. Досліджуючи багато локусів, можна визначити у тому числі частку поліморфних, тобто. оцінити ступінь поліморфізму, що є показником генетичної різноманітності популяції.
Гетерозиготність. Важливою генетичною характеристикою популяції є гетерозиготність – частота гетерозиготних особин у популяції. Вона відбиває також генетичну різноманітність.
Коефіцієнт інбридінгу. З допомогою цього коефіцієнта оцінюють поширеність близьких схрещувань у популяції.
Асоціація генів. Частоти алелей різних генів можуть залежати друг від друга, що характеризується коефіцієнтами асоціації.
Генетичні відстані.Різні популяції відрізняються одна від одної за частотою алелей. Для кількісної оцінки цих відмінностей запропоновано показники, які називають генетичними відстанями

Населення- Елементарна еволюційна структура. В ареалі будь-якого виду особини поширені нерівномірно. Ділянки щільної концентрації особин перемежовуються з місцями, де їх небагато або відсутні. В результаті виникають більш менш ізольовані популяції, в яких систематично відбувається випадкове вільне схрещування (панміксія). Схрещування коїться з іншими популяціями відбувається дуже рідко і нерегулярно. Завдяки панміксії в кожній популяції створюється характерний для неї генофонд, який відрізняється від інших популяцій. Саме популяцію і слід визнати елементарною одиницею еволюційного процесу

Роль популяцій велика, оскільки майже всі мутації відбуваються всередині неї. Ці мутації, насамперед, пов'язані з ізольованістю популяцій і генофондом, який відрізняється через їхню відокремленість один від одного. Матеріалом для еволюції служить мутаційна мінливість, що починається у популяції і закінчується утворенням образу.