GENETICS DNA как живая молекула Хочешь начать

GENETICS DNA как живая молекула

Хочешь начать – начни с начала • • Мир RNA Абиогенные молекулы ОЛИГОРИБОНУКЛЕОТИДЫ Полирибунуклеотиды Активный катализ – синтез белка Коацерваты Симбиоз симбиоз…. КЛЕТКИ

Байки школьной скамейки • DNA – обязательно двуцепочная молекула, управляющая RNA • В DNA содержится гора мусорной информации, вообще ни для чего не нужной • Кроссинговер – редкостное событие, нужное для увеличения разнообразия • Мутация – что-то страшное, редкое и ужасное. Любой мутант – урод по умолчанию…

Типичная DNA (то есть ДНК млеков) • DNA двуцепочная правосторонне закрученная по часовой стрелке • Нуклеотиды сходятся по правилу комплиментарн ости A-T, G-C. • Правило Чарлгаффа: ПУРИНЫ = ПЕРЕМИДИНЫ

Варианты ДНК и РНК Одноцепочная Геном РНК Двуцепочная линейная кольцевая двуцепочная комбинированная одноцепочная

Немного молекулярки • Пурины: Аденин, Гуанин • Пиримидины: Тимин, Цитозин, Урацил

Взаимодействие азотистых оснований

Сахарофосфатный остов или на чём свет стоит • ДНК- сахар рибоза • РНК- сахар дезоксирибоза

Альтернативные формы DNA A-форма. 11 нуклеотидов на виток. Раскрученная, гибридная. В-форма. 10, 4 нуклеотда на виток. Z-форма. 12 на виток. Против часовой стрелки. (общая длинна ок. 200 п. н. )

Их функции • А-форма – во время транскрипции • В-форма – норма упакованная, не использующаяся • Z-форма – получается при раскрутке соседних участков.

Упаковка ДНК или как впихнуть невпихуемое

Как это работает или ДНКово. РНКовая профессия в клетке • Транскрипция (считывание информации) для последующей трансляции (синтеза белков на рибосомах) • Редупликация для продолжения жизни • Мутагенез и рекомбинация, как источник видообразования • Отграничение себя любимой от всего остального живого для обеспечения конкурентоспособности.

Транскрипция

Сплайсинг

Трансляция

Кроссинговер

Редупликация

Законы Менделя • • • Закон единообразия При скрещивании двух гомозиготных организмов, относящихся к разным чистым линиям и отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных проявлений признака, всё первое поколение гибридов (F 1) окажется единообразным и будет нести проявление признака одного из родителей Закон расщепления, или второй закон Менделя: при скрещивании двух гетерозиготных потомков первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом отношении: по фенотипу 3: 1, по генотипу 1: 2: 1. Закон независимого наследования (третий закон Менделя) — при скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум (и более) парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях (как и при моногибридном скрещивании). 9: 3: 3: 1

Межгенные взаимодействия • • • Полное доминирование Неполное доминирование Аддитивное – кодоминирование Эпистаз Супрессия Полимерия: Кумулятивная, Некумулятивная

Size matters ^___^

ЧЕЛОВЕК

Ещё немного молекулярки • Пиримидины могут димеризоваться. • Каждый тиминовый димер задерживает репликацию на 10 секунд. • В ДНК могут появляться атипичные основания (Гипоксантин, Мочевина, Метилированные, Окисленные, восстановленные, Дезаминированные формы…). Их надо убирать.

Мутагены и их Мутации • Uf, рентгеновскоеизлучение, радиация всех видов, • Азотистая кислота, бензолы, фенолы и их производные, перекиси, афлотоксины. • Гормональные сбивки (особенно эстрогена и тестостерона, тироксина), иммунодепрессия. • Изменения в регуляторных участках • Вирусы (до 70%) • Пиримидиновые димеры • Атипичные основания (Гипоксантин, Мочевина, Метилированные, Окисленные, восстановленные, Дезаминированные формы…), • неканоничные пары • Изменённые ферменты (изоферменты) - Расстройство трёх Р: Репликации, Репарации, Рекомбинации. и всего остального метаболизма. Нарушение в структурных белках и др. соединениях.

Мутации

«Польза» и «вред» от мутаций • CCR 2 кодирует 2 изоформы рецептора для моноцитов

Репарация DNA • Скорость синтеза ДНК у прокариот – 500 bp/c. У эукариот – 50 bp/c. • При данной скорости в соответствии с хим. Строением вероятность ошибки составляет 1 на 100`000. На деле же ошибка допускается 1 на 1`000`000. • Ошибки возникают под действием экзо и эндогенных мутагенов

Виды репарации • Фотореактивация • Эксцизионная реперация • Реперация ДНК с неспаренными основаниями • Пострепликативная репарация(рекомбинационная) • SOS - репарация

Фотореактивация • Неферментативн оая коротковолновая (240 нм) • Ферментативная фотореактивная (300 -400 нм) Фермент дезоксирибопирим идинфотолиаза

Эксцизионная репарация Скорость эксцизионной репарации 40000 димеров в час. Этапы 1) Узнавание (УФэндонуклеаза) 2) Инцизия 3) Эксцизия 4) Ресинтез (ДНКполимераза) 5) Лигазирование (ДНКлигаза)

Рекомбинативная репарация • Происходит репликация с «дырками» напротив атипичного основания(ний) • Из соседней нормальной (главной или отстающей) цепи вырезается кусочек и встраивается на место однонитиевого разрыва. • Достройка участка ДНК на выщепленном месте по матричной цепи. Итог: ошибка не устранена. Зато репликация прошла вовремя и вполне успешно

SOS-репарация • Репарация двуцепочных разрывов, склонная к ошибкам. • Идёт с помощью РНКовых матриц • Фермент – обратная транскриптаза (ревертаза).

Апоптоз • Обязательный вид репарации многоклеточных организмов (кроме некоторых грибов). • Белок p 53. • Ослабление апоптоза, уменьшение эффективности всех прочих репараций, увеличение генетической нестабильности, ингибирование дифференцировки клеток, утрата контроля над теломерами…

Мутационно-репарационный баланс • Мутации – адаптивный процесс Эффект последствия: Мутаген + Стрессирующий фактор = =Мутация – Репарации = АДАПТАЦИЯ • • Закономерности мутаций: Чем активнее ген экспрессируется, тем чаще в нем происходят мутации Частота – 1% на геном. Сравнительная генетика. Закон гомологических рядов. Ортологические признаки. Мутаторы-антимутаторы

Типы детерминация пола • • Сингамный Прогамный Эпигамный Эусингамный

Экспрессия генов

Генетические модификации Пестициды 5%-по назначению 95%-оружие массового уничтожения Ежегодно пестицидами отравляются около 500000 человек (смертельно около 5000)

Достижения медицины • Лечение дистрофии мышц методом блокировки миостатина • Купирование симптомов анемии изменением активности эритропоэтина • Лечение нервно-дегенеративных болезней • Ранняя диагностика наследственных заболеваний, предотвращающая летальный исход благодаря своевременному лечению…

Их спортивные аналоги • Наращивание мышечной массы, повышение эффективности мышц • Увеличение выносливости благодаря усиленной оксигенации в виду повышенного содержания эритроцицов • Обострение восприятия, улучшение скорости реакции • Изучение индивидуальной предрасположенности человека к тем или иным видам спорта…

Методы генной терапии • Встройка нужного гена при помощи вирусного генетического аппарата • Перестройка и программирование собственный стволовых клеток организма in vitro с последующей подсадкой обратно • Выделение и идентификация генов при помощи полимеразной цепной реакции и радиоактивных меток • Использование волновых свойств ДНК для горизонтального переноса генов.

Цитодукция • Ядерноцитоплазматическая гибридизация • Локализация наследственных детерминант – распределение в цитоплазме РНКовых матриц • Неядерное наследование

Гибридизация соматических клеток • Получение соматических гибридов Методы 1. Слияние воздействием геммааглютинирующего вируса Сендай и полиэтиленгликоля – обр. синкарион 2. Слияние разных популяций клеток – получение химерного организма. . .

Встраивание гена при помощи вируса

Искусственные хромосомы mammalian artificial chromosomes

ПЦР (полимеразная цепная реакция)

Рестрикционное картирование

Волновая генетика • • • Гелий-неоновый лазер (1) Лампы (источника) накачки газового лазера (2) Два зеркала оптического резонатора лазера. Задний, непрозрачный и передний, полупрозрачный (1) Первичный (не модулированный) луч излучения лазера (5) Биопрепарат – ДНК, субклеточные структуры, клетки, ткани и т. д. (3) Юстировочный столик с биопрепаратом (4) Исследуемый биопрепарат с ДНК (8) Носитель исследуемого биопрепарата с ДНК (5) Спектр оптического отражения (рассеяния) первичного лазерного луча, модулированного информацией биопрепарата (7) Область «м. ШЭИ» - (6) - (модулированное широкополосное электромагнитное излучение - авторское, рабочее название радиоизлучения