Ką reiškia padvigubinti DNR molekulę. Ląstelių gyvavimo ciklas

1 klausimas. Koks yra ląstelės gyvavimo ciklas?
Gyvenimo ciklas ląstelės- tai jos gyvenimo laikotarpis nuo pasidalijimo momento iki mirties arba vėlesnio padalijimo pabaigos. Gyvavimo ciklo trukmė labai skiriasi ir priklauso nuo ląstelės tipo ir sąlygų. išorinė aplinka: temperatūra, deguonies ir maistinių medžiagų prieinamumas. Amebos gyvenimo ciklas yra 36 valandos, kai kurių bakterijų – 20 minučių. Dėl nervų ląstelės arba, pavyzdžiui, lęšiuko ląstelės, jo trukmė – metai ir dešimtmečiai.

2 klausimas. Kaip vyksta DNR dubliavimasis mitoziniame cikle? Kokia šio proceso prasmė?
DNR dubliavimasis vyksta tarpfazės metu. Pirmiausia išsiskiria dvi DNR molekulės grandinės, o po to kiekvienoje iš jų pagal komplementarumo principą sintezuojama nauja polinukleotidų seka. Šį procesą kontroliuoja specialūs fermentai, naudojantys ATP energiją. Naujos DNR molekulės yra visiškai identiškos originalios (motinos) kopijos. Genuose nėra pakitimų, o tai užtikrina paveldimos informacijos stabilumą, neleidžiant sutrikdyti dukterinių ląstelių ir viso organizmo funkcionavimui. DNR dubliavimasis taip pat užtikrina, kad chromosomų skaičius iš kartos į kartą išliktų pastovus.

3 klausimas. Koks yra ląstelės paruošimas mitozei?
Ląstelių paruošimas mitozei vyksta tarpfazėje. Interfazės metu aktyviai vyksta biosintezės procesai, ląstelė auga, formuojasi organoidus, kaupia energiją, o svarbiausia – DNR padvigubėja (reduplikuojasi). Reduplikacijos rezultate susidaro dvi identiškos DNR molekulės, susijungusios centromeroje. Tokios molekulės vadinamos chromatidėmis. Dvi suporuotos chromatidės sudaro chromosomą.

4 klausimas. Paeiliui apibūdinkite mitozės fazes.
Mitozė ir jos fazės.
Mitozė (kariokinezė) – tai netiesioginis ląstelių dalijimasis, kurio metu išskiriamos fazės: profazė, metafazė, anafazė ir telofazė.
1. Profazei būdinga:
1) chromonematas spiralizuojasi, sustorėja ir trumpėja.
2) nyksta branduoliai, t.y. Chromonema nucleolus yra supakuota į chromosomas, turinčias antrinį susiaurėjimą, kuris vadinamas branduolio organizatoriumi.
3) citoplazmoje susidaro du ląstelių centrai (centrioliai) ir verpstės skaidulos.
4) profazės pabaigoje branduolinė membrana suyra ir chromosomos yra citoplazmoje.
Profazinių chromosomų rinkinys yra - 2n4s.
2. Metafazei būdinga:
1) verpstės skaidulos prisitvirtina prie chromosomų centromerų, o chromosomos pradeda judėti ir išsirikiuoja ties ląstelės pusiauju.
2) metafazė vadinama „ląstelės pasu“, nes Aiškiai matyti, kad chromosoma susideda iš dviejų chromatidžių. Chromosomos yra maksimaliai spiralizuotos, chromatidės pradeda atstumti viena kitą, bet vis tiek yra sujungtos centromerų srityje. Šiame etape tiriamas ląstelių kariotipas, nes aiškiai matomas chromosomų skaičius ir forma. Fazė labai trumpa.
Metafazių chromosomų rinkinys – 2n4s.
3. Anafazei būdinga:
1) chromosomų centromerai dalijasi, o seserinės chromatidės nukrypsta į ląstelės polius ir tampa nepriklausomomis chromatidėmis, kurios vadinamos dukterinėmis chromosomomis. Kiekviename ląstelės poliuje yra diploidinis chromosomų rinkinys.
Anafazės chromosomų rinkinys yra 4n4s.
4. Telofazei būdinga:
Ląstelės poliuose despiralizuojamos pavienės chromatidinės chromosomos, susidaro branduoliai, atstatomas branduolio apvalkalas.
Telofazinių chromosomų rinkinys yra - 2n2s.
Telofazė baigiasi citokineze. Citokinezė yra citoplazmos dalijimosi tarp dviejų dukterinių ląstelių procesas. Citokinezė augalams ir gyvūnams pasireiškia skirtingai.
AT gyvūnų narvas. Ties ląstelės pusiauju atsiranda žiedinis susiaurėjimas, kuris pagilina ir visiškai suriša ląstelės kūną. Dėl to susidaro dvi naujos ląstelės, perpus mažesnės už motininę ląstelę. Susiaurėjimo srityje yra daug aktino; mikrofilamentai vaidina svarbų vaidmenį judėjime.
Citokinezė vyksta susiaurėjimo būdu.
augalo ląstelėje. Ties pusiauju, ląstelės centre, susikaupus Golgi komplekso diktiozomų pūslelėms, susidaro ląstelės plokštelė, kuri auga iš centro į periferiją ir veda prie motininės ląstelės dalijimosi. į dvi ląsteles. Ateityje pertvara sustorėja dėl celiuliozės nusėdimo ir susidaro ląstelės sienelė.
Citokinezė vyksta per pertvarą.

5 klausimas. Kokia yra mitozės biologinė reikšmė?
Mitozės reikšmė:
1. Genetinis stabilumas, kaip chromatidės susidaro dėl replikacijos, t.y. jų paveldima informacija yra identiška motinos informacijai.
2. Organizmų augimas, nes dėl mitozės padidėja ląstelių skaičius.
3. Nelytinis dauginimasis – daugelis augalų ir gyvūnų rūšių dauginasi mitozinio dalijimosi būdu.
4. Ląstelių regeneracija ir pakeitimas vyksta dėl mitozių.
Biologinė mitozės prasmė.
Dėl mitozės susidaro dvi dukterinės ląstelės, turinčios tą patį chromosomų rinkinį kaip ir motininė ląstelė.

10.03.2015 13.10.2015

DNR turi nuostabią savybę, kurios nėra kitose šiandien žinomose molekulėse – gebėjimą savaime daugintis.
DNR dubliavimasis yra sudėtingas jos savaiminio dauginimosi procesas. Dėl DNR molekulių savybės savaime daugintis galimas dauginimasis, taip pat organizmo paveldimumo perdavimas savo palikuonims, nes pilni duomenys apie sandarą ir funkcionavimą yra užkoduoti organizmų genų informacijoje. DNR yra daugumos mikroorganizmų ir makroorganizmų paveldimų medžiagų pagrindas. Teisingas DNR dubliavimo proceso pavadinimas yra replikacija (reduplikacija).

Kaip perduodama genetinė informacija?

Kai ląstelės dauginasi naudodamos savidubliaciją, jos sukuria tikslią savo genomo kopiją, o kai ląstelės dalijasi, kiekviena gauna po vieną kopiją. Tai neleidžia išnykti genetinei informacijai, esančiai tėvų ląstelėse, o tai leidžia saugoti paveldimus duomenis ir perduoti juos palikuonims.
Kiekvienas organizmas turi savo paveldimumo perdavimo ypatybes. Daugialąstis organizmas perduoda savo genomą mejozės metu susidariusiomis lytinėmis ląstelėmis. Kai jie susilieja, zigotos viduje stebimas tėvų genomų ryšys, nuo kurio toliau vystosi organizmas, kuriame yra genetinė informacija iš abiejų tėvų.
Verta paminėti, kad norint tiksliai perduoti paveldimą informaciją, būtina, kad ji būtų nukopijuota visa ir be klaidų. Tai įmanoma dėl specialių fermentų. Įdomus faktas yra tai, kad šios unikalios molekulės turi genus, leidžiančius organizmui gaminti sintezei reikalingus fermentus, tai yra, jose yra viskas, kas reikalinga jo savaiminiam replikacijai.

Savęs dvigubinimo hipotezės

Genomo replikacijos mechanizmo klausimas liko atviras ilgą laiką. Mokslininkai pasiūlė 3 hipotezes, kurios siūlo pagrindinius galimus genomo dubliavimo būdus – tai pusiau konservatyvi teorija, konservatyvi hipotezė arba išsklaidytas mechanizmas.
Remiantis konservatyvia hipoteze, paveldimų duomenų replikacijos procese pagrindinė DNR grandinė yra naujos grandinės šablonas, todėl viena grandinė bus visiškai sena, o antroji - nauja. Remiantis pusiau konservatyvia hipoteze, susidaro genai, apimantys ir tėvų, ir vaikų gijas. Taikant išsklaidytą mechanizmą, daroma prielaida, kad genuose yra naujų ir senų fragmentų.
1958 m. mokslininkų Meselson ir Stahl atliktas eksperimentas parodė, kad genetinės medžiagos DNR dubliavimas reiškia, kad kartu su kiekviena sena (matricos) grandine yra naujai susintetinta. Taigi šio eksperimento rezultatai įrodė pusiau konservatyvią genetinės informacijos savaiminio padvigubėjimo hipotezę.

Kaip vyksta padvigubėjimas?

Genomo kopijavimo procesas pagrįstas paveldimos informacijos fermentine sinteze iš molekulės pagal matricos principą.
Yra žinoma, kad spiralinė DNR yra sudaryta iš dviejų nukleotidų grandinių pagal komplementarumo teoriją – tuo tarpu citozinas yra komplementarus guanidinui, o adeninas – timinui. Tas pats principas galioja ir savęs padvigubėjimui.
Pirma, replikacijos metu stebimas grandinių inicijavimas. Čia veikia DNR polimerazės, fermentai, galintys pridėti naujų nukleotidų kryptimi nuo 3' grandinės galo. Iš anksto susintetinta DNR grandinė, prie kurios pridedami nukleotidai, vadinama sėkla. Jo sintezę vykdo DNR primazės fermentas, susidedantis iš ribonukleotidų. Būtent su sėkla prasideda genų duomenų padvigubėjimas. Kai sintezės procesas jau prasidėjęs, pradmenis galima pašalinti, o polimerazė įterpia naujus nukleotidus į jo vietą.

Kitas žingsnis yra spiralinės DNR molekulės išvyniojimas, kartu su DNR helikazėse nutrūksta vandenilio ryšiai, jungiantys grandines. Helikazės juda viena grandine. Kai susitinka dviguba spiralinė sritis, vandenilio ryšiai tarp nukleotidų vėl nutrūksta, o tai leidžia replikacijos šakutei judėti toliau. Be to, mokslininkai aptiko specialių baltymų – DNR topoizomerazių, kurios gali nutraukti genų stygas, leisti joms atsiskirti, o prireikus susieti anksčiau padarytus siūlų trūkius.
Tada siūlai išsiskiria, susidaro replikacijos šakutė - savaime padvigubėjanti sritis, galinti judėti išilgai pradinės grandinės, kuri atrodo kaip jos bifurkacija. Čia polimerazės kopijuoja genų grandines. Pakartotos sritys atrodo kaip akys, esančios molekulėje. Jie susidaro ten, kur yra specialūs replikacijos pradžios taškai. Tokios akys gali turėti vieną ar dvi replikacijos šakutes.
Kitas žingsnis yra nukleotidų polimerazių užbaigimas iki pirminių tėvų antrųjų (dukterinių) grandžių pagal komplementarumo principą.
Visi siūlai yra antilygiagretūs vienas kitam. Naujai susintetintų gijų augimas stebimas kryptimi nuo 5' galo iki 3' (t. y. 3' galas yra pailgėjęs), o pradinės šablono grandinės nuskaitymas DNR polimeraze stebimas link 5' galo. sruogą.
Be to, kad genų dubliavimasis galimas tik iš 3' galo, sintezė vienu metu gali vykti tik vienoje iš replikacijos šakės grandinių. Genetinės medžiagos sintezė vyksta ant pirminės gijos. Antilygiagrečioje grandinėje sintezė vyksta trumpais (kurių ilgis yra ne daugiau kaip 200 nukleotidų) fragmentų (Okazaki). Naujai susintetinta grandinė, gauta ištisiniu būdu, yra pirmaujanti, o surinkta Okazaki fragmentais – atsiliekanti. Okazaki fragmentų sintezė prasideda specialiu RNR pradmeniu, kuris po naudojimo pašalinamas po kurio laiko ir tuščių vietų prisipildo polimerazės nukleotidų. Tai prisideda prie vienos ištisinės gijos susidarymo iš fragmentų.
Toks kopijavimas stebimas naudojant informaciją iš specialaus primazės fermento baltymo, dalyvaujant helikazei, kuri sudaro sudėtingą primosomą, kuri juda link replikacijos šakutės atidarymo ir RNR pradmenų, reikalingų Okazaki fragmentų sintezei. Iš viso čia dalyvauja beveik dvidešimt skirtingų baltymų, kurie vienu metu veikia savaiminio padvigubinimo metu.
Fermentacijos sintezės procesų rezultatas yra naujų genų grandinių, kurios papildo kiekvieną atskirtą grandinę, susidarymas.
Iš to išplaukia, kad genetinės medžiagos savaiminio dubliavimosi metu stebimos dvi naujos dvigubos spiralės dukterinės molekulės, apimančios informaciją iš vienos naujai susintetintos grandinės ir antrosios grandinės iš pradinės molekulės.

Genų medžiagos padvigubėjimo skirtinguose organizmuose ypatumai

Bakterijose genų medžiagos savaiminio dubliavimosi procese sintetinamas visas genomas.
Virusai ir fagai, kurių sudėtyje yra paveldima medžiaga iš vienos grandinės molekulės, savaiminio dauginimosi procesai labai skiriasi. Tuo metu, kai jie patenka į šeimininko organizmo ląsteles, iš viengrandės molekulės susidaro dvigrandė molekulė, kuri užbaigiama pagal komplementarumo principą.
Naujai suformuotoje molekulėje (jos vadinamoje specialioje replikacinėje formoje) stebima naujų grandinių, jau viengrandžių, sintezė, kurios yra naujų virusinių ląstelių dalis.
Panašiai savaiminio padvigubėjimo procesai vyksta virusų ar fagų ląstelėse, kuriose yra RNR.
Eukariotai – aukštesni organizmai turi genų replikacijos procesus, vykstančius tarpfazės metu prieš ląstelių dalijimąsi. Tada vyksta tolesnis nukopijuotų genetinių elementų – chromosomų atskyrimas, taip pat vienodas jų pasiskirstymas tarp savo palikuonių genuose, kad būtų išsaugoti nepakitę ir perduodami palikuonims bei naujoms kartoms.

Geno molekulės kopijos tikslumas

Pažymėtina, kad vėlgi susintetintos genų medžiagos grandinės nesiskiria nuo matricos. Todėl procesų metu
ląstelių dalijimąsi, kiekviena dukra galės gauti tikslią motinos genetinės informacijos kopiją, kuri prisideda prie paveldimumo išsaugojimo per kartas.
Visos sudėtingų daugialąsčių organizmų ląstelės yra kilusios iš viena ląstelė embrionas per kelis padalijimus. Štai kodėl visi jie iš vieno organizmo turi tą pačią genų sudėtį. Tai reiškia, kad įvykus molekulių sintezės klaidai, ji paveiks visas vėlesnes kartas.
Panašūs pavyzdžiai plačiai žinomi medicinoje. Juk būtent todėl visiškai visuose žmonių, sergančių pjautuvine anemija, raudonuosiuose kraujo kūneliuose yra tas pats „sugadintas“ hemoglobinas. Dėl šios priežasties vaikai gauna genų sudėtį su nukrypimais nuo savo tėvų, perduodami per jų lytines ląsteles.
Tačiau šiandien dar praktiškai neįmanoma pagal geno seką nustatyti, ar genomo dubliavimasis įvyko teisingai ir be klaidų. Praktikoje paveldimos informacijos, gaunamos paveldėjimo būdu, kokybę galima atpažinti tik viso organizmo vystymosi metu.

Genetinės informacijos replikacijos greitis

Mokslininkai įrodė, kad genetinė DNR dubliavimosi informacija vyksta dideliu greičiu. Bakterijų ląstelėse molekulių padvigubėjimo greitis yra 30 mikronų per minutę. Per šį trumpą laiką prie matricos gijos gali prisirišti beveik 500 nukleotidų, virusuose – apie 900 nukleotidų. Eukariotuose genomo dubliavimosi procesas vyksta lėčiau – tik 1,5–2,5 mikrono per minutę. Tačiau, atsižvelgiant į tai, kad kiekviena chromosoma turi kelis replikacijos pradžios taškus ir kiekvienas iš jų gamina po 2 genų sintezės šakutes, visiškas genų replikacija trunka ne ilgiau kaip valandą.

Praktinis naudojimas

Kokia praktinė replikacijos proceso reikšmė? Atsakymas į šį klausimą paprastas – be jo gyvenimas būtų neįmanomas.
Išskleidę replikacijos mechanizmą, mokslininkai padarė daug atradimų, iš kurių reikšmingiausias buvo pastebėtas Nobelio premija– polimerazės grandininės reakcijos (PGR) metodo atradimas. Jį 1983 metais atrado amerikietis Kary Mullis, kurio pagrindinė užduotis ir tikslas buvo sukurti techniką, leidžiančią pakartotinai ir nuosekliai replikuoti tyrimui reikalingą genomo fragmentą, naudojant specialų fermentą DNR polimerazę.
PCR leidžia pakartoti genų medžiaga laboratorinėmis sąlygomis ir reikalingas didelio kiekio DNR kopijų sintezei iš nedidelio jų skaičiaus biologiniame mėginyje. Toks padidintas genetinio mėginio kiekis laboratorijoje leidžia jį ištirti, o tai taip būtina tiriant kompleksinių ligų (įskaitant paveldimas ir infekcines ligas) priežastis, diagnostikos metodus ir gydymo metodus.
Taip pat PGR buvo pritaikytas nustatant tėvystę, klonuojant genus ir kuriant naujus organizmus.

Chromosomos sudarytos iš:

RNR ir baltymai

DNR ir RNR

DNR ir baltymai

Chromosoma sudaryta iš DNR ir baltymai. Baltymų, susijusių su DNR, kompleksas sudaro chromatiną. Voverės žaidžia svarbus vaidmuo DNR molekulių pakuotėje branduolyje. Prieš dalijantis ląstelėms, DNR yra stipriai susisukusi, formuojasi chromosomos, o branduoliniai baltymai – histonai – būtini teisingam DNR susilankstymui, dėl to jos tūris sumažėja daug kartų. Kiekviena chromosoma sudaryta iš vienos DNR molekulės.

Veisimo procesas yra...

abu atsakymai teisingi

Reprodukcija - viena iš svarbiausių gyvų organizmų savybių. reprodukcija arba savo rūšies savaiminis atgaminimas, visų gyvų organizmų savybė, užtikrinanti gyvybės tęstinumą ir tęstinumą. Visos gyvos būtybės be išimties gali daugintis. Dauginimosi būdai skirtinguose organizmuose gali labai skirtis vienas nuo kito, tačiau ląstelių dalijimasis yra bet kokio tipo dauginimosi pagrindas. Ląstelių dalijimasis vyksta ne tik organizmų dauginimosi metu, kaip tai vyksta vienaląsčiams sutvėrimams – bakterijoms ir pirmuoniams. Daugialąsčio organizmo vystymasis iš vienos ląstelės apima milijardus ląstelių dalijimosi. Be to, daugialąsčio organizmo gyvenimo trukmė viršija daugumos jį sudarančių ląstelių gyvenimo trukmę. Todėl beveik visos daugialąsčių būtybių ląstelės turi dalytis, kad pakeistų mirštančias ląsteles. Intensyvus ląstelių dalijimasis būtinas esant kūno traumoms, kai reikia atkurti pažeistus organus ir audinius.

Jei žmogaus zigotoje yra 46 chromosomos, kiek chromosomų yra žmogaus kiaušinyje?

Žmogaus chromosomose yra genų (46 vienetai), sudaro 23 poras. Viena šio rinkinio pora lemia žmogaus lytį. Moters chromosomų rinkinyje yra dvi X chromosomos, vyrų – viena X ir viena Y. Visose kitose žmogaus kūno ląstelėse yra dvigubai daugiau nei spermatozoidų ir kiaušinėlių.

Kiek DNR grandžių turi dviguba chromosoma.

vienas

du

keturi

Replikacijos (dvigubinimo) metu dalis „motinos“ DNR molekulės specialaus fermento pagalba išsukama į dvi grandines. Be to, prie kiekvieno sulaužytos DNR grandinės nukleotido priderinamas papildomas nukleotidas. Taigi jie susidaro dvi dvigrandės DNR molekulės, (4 gijos), kurių kiekviena apima vieną „pagrindinės“ molekulės grandinę ir vieną naujai susintetintą („dukterinę“) grandinę. Šios dvi DNR molekulės yra visiškai identiškos.

Chromosomų padvigubėjimo biologinė reikšmė mitozės tarpfazėje.

geriau matomos pasikartojančios chromosomos

keičiant paveldimą informaciją

dėl chromosomų dubliavimosi naujų ląstelių paveldima informacija išlieka nepakitusi

Biologinė chromosomų padvigubėjimo prasmė yra paveldimos informacijos perdavimas kitai kartai. Ši funkcija atliekama dėl DNR gebėjimo padvigubėti (reduplikuotis). Reduplikacijos proceso tikslumas turi gilią biologinę prasmę: pažeidus kopijavimą ląstelės iškraipytų paveldimą informaciją ir dėl to sutriktų dukterinių ląstelių bei viso organizmo funkcionavimas. Jei DNR dubliavimasis neįvyko, tada su kiekvienu ląstelių dalijimusi.

Chromosomų skaičius sumažėtų perpus ir gana greitai kiekvienoje ląstelėje neliktų chromosomų. Tačiau mes žinome, kad visose daugialąsčio organizmo kūno ląstelėse chromosomų skaičius yra vienodas ir nesikeičia iš kartos į kartą. Šis pastovumas pasiekiamas per mitozinį ląstelių dalijimąsi.

Šioje mitozės fazėje chromatidės pereina į ląstelės polius.

profazė

anafazė

telofazė

AT anafazė(4) seserinės chromatidės yra atskiriamos veikiant velenui: pirmiausia centromeros srityje, o paskui per visą ilgį. Nuo to momento jie tampa nepriklausomomis chromosomomis. Verpstės sriegiai ištempia juos į skirtingus polius. Taigi, dėl dukterinių chromatidžių tapatumo, du ląstelės poliai turi tą pačią genetinę medžiagą: tokią pat, kokia buvo ląstelėje iki mitozės pradžios.

Pagrindinė mitozės užduotis.

DNR krovimas

aprūpinti naujas ląsteles pilnu chromosomų rinkiniu

suteikti naujoms ląstelėms papildomos informacijos

Dalijimosi metodas, kai kiekviena iš dukterinių ląstelių gauna tikslią pirminės ląstelės genetinės medžiagos kopiją, vadinamas mitoze. Jo pagrindinė užduotis yra užtikrinti abi ląstelės yra vienodos visas chromosomų rinkinys.

Šios mitozės fazės branduolyje vyksta DNR susivyniojimas.

profazė

metafazė

citokinezė

Pagrinde, scenoje profazė(2), atsiranda DNR spiralizacija. Branduoliai išnyksta. Centroliai juda link ląstelės polių. Iš jų besitęsiantys mikrovamzdeliai pradeda formuoti dalijimosi verpstę. Branduolinis apvalkalas sunaikintas.

Kiek chromatidžių turi kiekviena chromosoma prieš pasikartojant?

Kiekviena chromosoma, prieš jos dubliavimąsi, turi viena chromatidė. Interfazės metu chromosoma skyla į dvi chromatides.

Tiesioginis ląstelių dalijimasis arba...

amitozė

mitozė

mejozė

tiesioginis ląstelių dalijimasis arba amitozė, yra palyginti retas. Sergant amitoze, branduolys pradeda dalytis be matomų išankstinių pokyčių. Šiuo atveju neužtikrinamas tolygus DNR pasiskirstymas tarp dviejų dukterinių ląstelių, nes amitozės metu DNR nesispiria ir nesusidaro chromosomos. Kartais amitozės metu citokinezė nevyksta. Tokiu atveju susidaro dvibranduolė ląstelė. Jei citoplazma pasiskirstė, tikėtina, kad abi dukterinės ląstelės bus sugedusios. Amitozė dažnai randama mirštančiuose audiniuose, taip pat naviko ląstelėse.

Procesai, vykstantys mitozės tarpfazėje.

baltymų sintezė, ląstelių augimas

chromosomų dubliavimasis

abu atsakymai teisingi

Interfazė – laikotarpis tarp dviejų padalijimų (1). Per šį laikotarpį ląstelė ruošiasi dalytis. dvejetai suma DNR chromosomose. Kitų organelių skaičiaus padvigubinimas sintetinami baltymai, o aktyviausios iš jų, sudarančios dalijimosi verpstę, atsiranda ląstelių augimas.

Procesai, pagrįsti mitoze.

augimas; zigotos smulkinimas; audinių regeneracija

chromosomų kryžminimas, gametų susidarymas

abu atsakymai teisingi

Ląstelių aktyvumas pasireiškia jų dydžio pasikeitimu. Visos ląstelės sugeba augimas. Tačiau jų augimas ribojamas iki tam tikrų ribų. Kai kurios ląstelės, pavyzdžiui, kiaušiniai, dėl jose susikaupusio trynio gali pasiekti didžiulį dydį. Paprastai ląstelių augimą lydi vyraujantis citoplazmos tūrio padidėjimas, o branduolio dydis keičiasi mažiau. ląstelių dalijimasis pagrindai augimas, vystymasis, regeneracija audiniai ir daugialąsčiai organizmai, būtent mitozė. Mitozė yra žaizdų gijimo ir nelytinio dauginimosi procesų pagrindas.

Aš galiu. Klausimas kaip paprasta

DNR susideda iš dviejų grandinių, sujungtų gana silpnu ryšiu (vandenilio tilteliai), susuktų į spiralę. Kiekviena grandinė yra specialių sudėtingų medžiagų, vadinamų nukleotidais, seka, kurių pagrindinė dalis yra azoto bazė. Yra keturių tipų DNR: A (adeninas), T (timinas), G (guaninas), C (citozinas). Nukleotidai priešingose ​​DNR grandinėse išsidėstę ne atsitiktinai, o pagal tam tikrą principą (komplementarumą): „A“ jungiasi prie „T“, „G“ – su „C“. Tiesą sakant, tik viena grandinė neša bet kokią genetinę informaciją, o antroji reikalinga, kad būtų galima suremontuoti pirmąją (pagal papildomumo principą).

Dabar apie savęs padvigubinimą. Mokslinis šio proceso pavadinimas yra replikacija, kuri gamina dvi DNR molekules, tačiau kiekvienoje naujoje DNR yra viena sena pirminė grandinė (pusiau konservatyvus mechanizmas).

Verta paminėti, kad nebranduoliniuose organizmuose (prokariotuose) ir tuose, kurie turi branduolį (eukariotai), šis procesas vyksta panašiai, tačiau dalyvaujant įvairiems fermentams. Tik tuo atveju pasakysiu, kad fermentas yra baltymo molekulė, kuri atlieka tam tikrą specifinę biocheminę funkciją.

Taigi, pirmiausia reikia išvynioti spiralę, tam yra specialus fermentas (topoizomerazė), kuris juda išilgai DNR grandinių, ištiesindamas jas už savęs, bet tuo pat metu stipriau sukdamasis priešais, kai yra sukimas pasiekia tam tikrą kritinį lygį, topoizomerazė nupjauna vieną iš grandinių ir dėl išsivyniojimo sumažina įtampą, tada vėl susiuva ir važiuoja toliau. Kartu su juo veikia antrasis fermentas (helikazė), kuris sunaikina vandenilio ryšius tarp ištiesintos DNR gijų, o po to jos skiriasi skirtingomis kryptimis.

Be to, procesas vyksta skirtingai: yra pirmaujanti ir atsiliekanti grandinė.
Ant pirmaujančios grandinės išvyniojimo kryptimi nukleotidus prideda fermentas DNR polimerazė 3 pagal komplementarumo principą - viena DNR molekulė yra paruošta.

Atsiliekančioje grandinėje viskas yra sudėtingiau. DNR polimerazės turi dvi nemalonias savybes: pirma, jos gali judėti išilgai DNR grandinių tik tam tikra kryptimi, o jei pirmaujančioje grandinėje šis judėjimas buvo išsivyniojimo kryptimi, tai atsiliekančioje turi būti priešinga kryptimi. ; antrasis - kad pradėtų dirbti, jai reikia prie ko nors prisirišti (moksliškai, prie sėklos). Sėklos vaidmenį čia atlieka trumpos RNR molekulės, kurias sintezuoja RNR polimerazė taip pat pagal DNR grandinės komplementarumo principą (šiam fermentui sėklos nereikia), jos sintetinamos. didelis skaičius o daug kur priglunda prie atsiliekančios grandinės. Tada DNR polimerazė 3 priartėja prie jų ir užpildo tarpus tarp jų. Toks RNR + DNR gabalas vadinamas Okazaki fragmentu. Kitas žingsnis – RNR sekų pašalinimas iš atsiliekančios DNR grandinės: su tuo sėkmingai susidoroja DNR polimerazė 1, kuri pakeičia vieną nukleotidą kitu (DNR ir RNR skiriasi cheminė struktūra). Po to atjungtos sekcijos perrišamos fermentu ligaze – antroji DNR molekulė paruošta.

Dešinėje yra didžiausia žmogaus DNR spiralė, sukurta iš žmonių Varnos (Bulgarija) paplūdimyje, kuri buvo įtraukta į Gineso rekordų knygą 2016 m. balandžio 23 d.

Deoksiribonukleorūgštis. Bendra informacija

DNR (dezoksiribonukleino rūgštis) yra tam tikras gyvybės planas, sudėtingas kodas, kuriame yra duomenų apie paveldimą informaciją. Ši sudėtinga makromolekulė gali saugoti ir perduoti paveldimą genetinę informaciją iš kartos į kartą. DNR lemia tokias bet kurio gyvo organizmo savybes kaip paveldimumas ir kintamumas. Jame užkoduota informacija lemia visą bet kurio gyvo organizmo vystymosi programą. Genetiškai įterpti veiksniai iš anksto nulemia visą žmogaus ir bet kurio kito organizmo gyvenimo eigą. Dirbtinė ar natūrali išorinės aplinkos įtaka gali tik nereikšmingas laipsnis paveikti bendrą atskirų genetinių savybių sunkumą arba paveikti užprogramuotų procesų raidą.

Deoksiribonukleorūgštis(DNR) – makromolekulė (viena iš trijų pagrindinių, kitos dvi – RNR ir baltymai), kuri užtikrina saugojimą, perdavimą iš kartos į kartą ir gyvų organizmų vystymosi ir funkcionavimo genetinės programos įgyvendinimą. DNR yra informacijos apie struktūrą Įvairios rūšys RNR ir baltymai.

Eukariotinėse ląstelėse (gyvūnuose, augaluose ir grybuose) DNR randama ląstelės branduolyje kaip chromosomų dalis, taip pat kai kuriose ląstelės organelėse (mitochondrijose ir plastidėse). Prokariotinių organizmų (bakterijų ir archajų) ląstelėse iš vidaus yra prijungta apskrita arba linijinė DNR molekulė, vadinamasis nukleoidas. ląstelės membrana. Jie ir žemesni eukariotai (pavyzdžiui, mielės) taip pat turi mažas autonomines, dažniausiai žiedines DNR molekules, vadinamas plazmidėmis.

Cheminiu požiūriu DNR yra ilga polimerinė molekulė, susidedanti iš pasikartojančių blokų – nukleotidų. Kiekvienas nukleotidas sudarytas iš azoto bazės, cukraus (dezoksiribozės) ir fosfato grupės. Ryšius tarp nukleotidų grandinėje sudaro dezoksiribozė ( Su) ir fosfatas ( F) grupės (fosfodiesteriniai ryšiai).

Ryžiai. 2. Nukletidas susideda iš azoto bazės, cukraus (dezoksiribozės) ir fosfatų grupės

Daugeliu atvejų (išskyrus kai kuriuos virusus, turinčius vienos grandinės DNR), DNR makromolekulę sudaro dvi grandinės, orientuotos viena į kitą azotinėmis bazėmis. Ši dvigrandė molekulė yra susukta spirale.

DNR yra keturių tipų azoto bazių (adenino, guanino, timino ir citozino). Vienos grandinės azotinės bazės yra sujungtos su kitos grandinės azotinėmis bazėmis vandeniliniais ryšiais pagal komplementarumo principą: adeninas jungiasi tik su timinu ( A-T), guaninas – tik su citozinu ( G-C). Būtent šios poros sudaro DNR spiralinių „kopėčių“ „laiptus“ (žr. 2, 3 ir 4 pav.).

Ryžiai. 2. Azoto bazės

Nukleotidų seka leidžia „užkoduoti“ informaciją apie įvairių tipų RNR, iš kurių svarbiausios yra informacija arba šablonas (mRNR), ribosominė (rRNR) ir transportinė (tRNR). Visi šie RNR tipai yra sintetinami DNR šablone, kopijuojant DNR seką į transkripcijos metu susintetintą RNR seką ir dalyvauja baltymų biosintezėje (vertimo procese). Be koduojančių sekų, ląstelės DNR yra sekų, kurios atlieka reguliavimo ir struktūrines funkcijas.

Ryžiai. 3. DNR replikacija

Pagrindinių DNR cheminių junginių derinių vieta ir kiekybiniai šių derinių santykiai suteikia paveldimos informacijos kodavimą.

Išsilavinimas nauja DNR (replikacija)

1. Replikacijos procesas: DNR dvigubos spiralės išvyniojimas - papildomų grandžių sintezė naudojant DNR polimerazę - dviejų DNR molekulių susidarymas iš vienos.
2. Dviguba spiralė „atsitraukia“ į dvi šakas, kai fermentai nutraukia ryšį tarp cheminių junginių bazinių porų.
3. Kiekviena šaka yra naujas DNR elementas. Naujos bazių poros sujungiamos ta pačia seka kaip ir pirminėje šakoje.

Pasibaigus dubliavimui, susidaro dvi nepriklausomos spiralės, sukurtos iš pirminės DNR cheminių junginių ir turinčios tą patį genetinį kodą. Tokiu būdu DNR gali perplėšti informaciją iš ląstelės į ląstelę.

Išsamesnė informacija:

NULEORŪGŠČIŲ STRUKTŪRA

Ryžiai. 4 . Azoto bazės: adeninas, guaninas, citozinas, timinas

Deoksiribonukleorūgštis(DNR) reiškia nukleino rūgštis. Nukleino rūgštys yra netaisyklingų biopolimerų, kurių monomerai yra nukleotidai, klasė.

NUKLEOTIDAI susideda iš azoto bazė, sujungtas su penkių angliavandenių (pentoze) - dezoksiribozė(DNR atveju) arba ribozė(RNR atveju), kuri jungiasi su fosforo rūgšties liekana (H 2 PO 3 -).

Azoto bazės Yra dviejų tipų: pirimidino bazės – uracilas (tik RNR), citozinas ir timinas, purino bazės – adeninas ir guaninas.

Ryžiai. 5 pav. Nukleotidų struktūra (kairėje), nukleotido vieta DNR (apačioje) ir azotinių bazių tipai (dešinėje): pirimidinas ir purinas

Anglies atomai pentozės molekulėje sunumeruoti nuo 1 iki 5. Fosfatas jungiasi su trečiuoju ir penktuoju anglies atomais. Taip nukleino rūgštys susijungia ir sudaro nukleorūgščių grandinę. Taigi galime išskirti 3' ir 5' DNR grandinės galus:

Ryžiai. 6. DNR grandinės 3' ir 5' galų išskyrimas

Susidaro dvi DNR grandinės dviguba spiralė. Šios grandinės spirale yra nukreiptos priešingomis kryptimis. Įvairiose DNR grandinėse azoto bazės yra sujungtos viena su kita vandeniliniai ryšiai. Adeninas visada jungiasi su timinu, o citozinas visada jungiasi su guaninu. Tai vadinama papildomumo taisyklė.

Komplementarumo taisyklė:

A-T G-C

Pavyzdžiui, jei mums duota DNR grandinė, kuri turi seką

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

tada antroji grandinė papildys ją ir nukreipta priešinga kryptimi - nuo 5' galo iki 3' galo:

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3'.

Ryžiai. 7. DNR molekulės grandinių kryptis ir azoto bazių jungtis naudojant vandenilinius ryšius

DNR REPLIKACIJA

DNR replikacija yra DNR molekulės padvigubinimo procesas šablono sintezės būdu. Daugeliu atvejų natūrali DNR replikacijagruntasnes DNR sintezė yra trumpas fragmentas (sukurta dar kartą). Tokį ribonukleotidinį pradmenį sukuria fermentas primazė (prokariotuose – DNR primazė, eukariotuose – DNR polimerazė), o vėliau pakeičiamas dezoksiribonukleotidų polimeraze, kuri paprastai atlieka taisymo funkcijas (koreguoja cheminius pažeidimus ir DNR molekulės lūžius).

Replikacija vyksta pusiau konservatyviu būdu. Tai reiškia, kad dviguba DNR spiralė išsivynioja ir pagal komplementarumo principą kiekvienoje jos grandinėje užbaigiama nauja grandinė. Taigi dukterinėje DNR molekulėje yra viena grandinė iš pagrindinės molekulės ir viena naujai susintetinta. Replikacija vyksta nuo 3' iki 5' pagrindinės grandinės kryptimi.

Ryžiai. 8. DNR molekulės replikacija (dvigubėjimas).

DNR sintezė- tai nėra toks sudėtingas procesas, kaip gali pasirodyti iš pirmo žvilgsnio. Jei galvojate apie tai, pirmiausia turite išsiaiškinti, kas yra sintezė. Tai procesas, kai ką nors sujungiame. Naujos DNR molekulės formavimas vyksta keliais etapais:

1) DNR topoizomerazė, esanti prieš replikacijos šakutę, supjausto DNR, kad palengvintų jos išsivyniojimą ir išsivyniojimą.
2) DNR helikazė po topoizomerazės veikia DNR spiralės „išvyniojimo“ procesą.
3) DNR surišantys baltymai atlieka DNR grandinių surišimą, taip pat atlieka jų stabilizavimą, neleisdami joms prilipti vienas prie kito.
4) DNR polimerazė δ(delta) , derinamas su replikacijos šakutės judėjimo greičiu, atlieka sintezępirmaujantisgrandines dukterinė įmonė DNR matricoje 5" → 3" kryptimi motiniškas DNR sruogų kryptimi nuo jos 3" galo iki 5" galo (greitis iki 100 bazinių porų per sekundę). Šie įvykiai apie tai motiniškas DNR grandinės yra ribotos.

Ryžiai. 9. Scheminis DNR replikacijos proceso pavaizdavimas: (1) atsiliekanti grandinė (vėlavimo grandinė), (2) pirmaujanti grandinė (pirmaujanti grandinė), (3) DNR polimerazė α (Polα), (4) DNR ligazė, (5) RNR -pradmenys, (6) primazė, (7) Okazaki fragmentas, (8) DNR polimerazė δ (Polδ), (9) helikazė, (10) viengrandžiai DNR surišantys baltymai, (11) topoizomerazė.

Atsiliekančios dukterinės DNR grandinės sintezė aprašyta toliau (žr. toliau). schema replikacijos šakutė ir replikacijos fermentų funkcija)

Daugiau informacijos apie DNR replikaciją žr

5) Iš karto po kitos pagrindinės molekulės grandinės išvyniojimo ir stabilizavimo ji prisijungiaDNR polimerazė α(alfa)o 5 kryptimi „→3“ sintezuoja pradmenį (RNR pradmenį) – RNR seką DNR šablone, kurios ilgis nuo 10 iki 200 nukleotidų. Po to fermentaspašalintas iš DNR grandinės.

Vietoj DNR polimerazėα pritvirtintas prie 3 colių grunto galo DNR polimerazėε .

6) DNR polimerazėε (epsilonas) tarsi ir toliau prailgina gruntą, bet kaip substratas įkomponuojadezoksiribonukleotidai(150-200 nukleotidų kiekiu). Dėl to iš dviejų dalių susidaro tvirtas siūlas -RNR(t.y. gruntas) ir DNR. DNR polimerazė εveikia tol, kol nesusiduria su ankstesnio pradmeniufragmentas Okazaki(sintetintas šiek tiek anksčiau). Tada šis fermentas pašalinamas iš grandinės.

7) DNR polimerazė β(beta) stovi vietojeDNR polimerazės ε,juda ta pačia kryptimi (5" → 3") ir pašalina pradmenų ribonukleotidus, įterpdami į jų vietą dezoksiribonukleotidus. Fermentas veikia iki visiškas pašalinimas gruntas, t.y. iki dezoksiribonukleotido (dar daugiau anksčiau susintetintoDNR polimerazė ε). Fermentas nesugeba susieti savo darbo rezultato ir priekyje esančios DNR, todėl palieka grandinę.

Dėl to ant motininės gijos matricos „guli“ dukterinės DNR fragmentas. Tai vadinamaOkazaki fragmentas.

8) DNR ligazė suriša du gretimus Okazaki fragmentai , t.y. 5 "segmento pabaiga, susintetintaDNR polimerazė ε,ir įmontuotas 3 colių grandinės galasDNR polimerazėβ .

RNR STRUKTŪRA

Ribonukleino rūgštis(RNR) yra viena iš trijų pagrindinių makromolekulių (kitos dvi yra DNR ir baltymai), randamų visų gyvų organizmų ląstelėse.

Kaip ir DNR, RNR sudaro ilga grandinė, kurioje kiekviena grandis vadinama nukleotidas. Kiekvienas nukleotidas sudarytas iš azoto bazės, ribozės cukraus ir fosfatų grupės. Tačiau, skirtingai nei DNR, RNR paprastai turi vieną, o ne dvi grandines. Pentozę RNR vaizduoja ribozė, o ne dezoksiribozė (antrame angliavandenių atome ribozė turi papildomą hidroksilo grupę). Galiausiai DNR nuo RNR skiriasi azoto bazių sudėtimi: vietoj timino ( T) uracilo yra RNR ( U) , kuris taip pat papildo adeniną.

Nukleotidų seka leidžia RNR koduoti genetinę informaciją. Visi ląsteliniai organizmai baltymų sintezei programuoti naudokite RNR (mRNR).

Ląstelių RNR susidaro procese, vadinamame transkripcija ty RNR sintezė ant DNR šablono, atliekama specialiais fermentais - RNR polimerazės.

Tada messenger RNR (mRNR) dalyvauja procese, vadinamame transliacija, tie. baltymų sintezė mRNR šablone dalyvaujant ribosomoms. Kitos RNR po transkripcijos patiria cheminių modifikacijų, o susidariusios antrinėms ir tretinėms struktūroms atlieka funkcijas, kurios priklauso nuo RNR tipo.

Ryžiai. 10. Skirtumas tarp DNR ir RNR pagal azoto bazę: vietoj timino (T), RNR yra uracilas (U), kuris taip pat yra adenino komplementas.

PRANEŠIMAS

Tai yra RNR sintezės DNR šablone procesas. DNR išsivynioja vienoje iš vietų. Vienoje iš grandinių yra informacija, kurią reikia nukopijuoti į RNR molekulę – ši grandinė vadinama kodavimu. Antroji DNR grandinė, kuri papildo koduojančią grandinę, vadinama šablonine. Transkripcijos procese šabloninėje grandinėje 3'-5' kryptimi (išilgai DNR grandinės) susintetinama jai komplementari RNR grandinė. Taigi sukuriama koduojančios grandinės RNR kopija.

Ryžiai. 11. Scheminis transkripcijos vaizdavimas

Pavyzdžiui, jei mums pateikiama koduojančios grandinės seka

3'-ATGTCCTAGCTGCTCG - 5',

tada pagal komplementarumo taisyklę matricos grandinė neš seką

5'- TACAGGATCGACGAGC- 3',

o iš jos susintetinta RNR yra seka

TRANSLIACIJA

Apsvarstykite mechanizmą baltymų sintezė ant RNR matricos, taip pat genetinis kodas ir jo savybės. Be to, siekiant aiškumo, žemiau esančioje nuorodoje rekomenduojame pažiūrėti trumpą vaizdo įrašą apie transkripcijos ir vertimo procesus, vykstančius gyvoje ląstelėje:

Ryžiai. 12. Baltymų sintezės procesas: DNR koduoja RNR, RNR – baltymus

GENETINIS KODAS

Genetinis kodas- baltymų aminorūgščių sekos kodavimo metodas, naudojant nukleotidų seką. Kiekvieną aminorūgštį koduoja trijų nukleotidų seka – kodonas arba tripletas.

Genetinis kodas, būdingas daugumai pro- ir eukariotų. Lentelėje pateikiami visi 64 kodonai ir atitinkamos aminorūgštys. Bazinė tvarka yra nuo 5 colių iki 3 colių mRNR galo.

1 lentelė. Standartinis genetinis kodas

1-oji pagrindu ne	2-oji bazė								3 pagrindu ne
	U		C		A		G
U	U U U	(Phe/F)	U C U	(Ser/S)	U A U	(Tyr/Y)	U G U	(Cys/C)	U
	U U C		U C C		U A C		U G C		C
	U U A	(Lė/L)	U C A		U A A	Sustabdyti kodoną**	U G A	Sustabdyti kodoną**	A
	U U G		U C G		U A G	Sustabdyti kodoną**	U G G	(Trp/W)	G
C	C U U		C C U	(Pro/P)	C A U	(Jo/H)	C G U	(Arg/R)	U
	C U C		C C C		C A C		C G C		C
	C U A		C C A		C A A	(Gln/Q)	CGA		A
	C U G		C C G		C A G		C G G		G
A	A U U	(Ile/I)	A C U	(Thr/T)	A A U	(Asn/N)	A G U	(Ser/S)	U
	A U C		A C C		A A C		A G C		C
	A U A		A C A		A A A	(Lys/K)	A G A		A
	A U G	(Met/M)	A C G		A A G		A G G		G
G	G U U	(Val/V)	G C U	(Ala / A)	G A U	(Asp/D)	G G U	(Gly/G)	U
	G U C		G C C		G A C		G G C		C
	G U A		G C A		G A A	(Glu/E)	G G A		A
	G U G		G C G		G A G		G G G		G

Tarp trynukų yra 4 specialios sekos, kurios veikia kaip „skyrybos ženklai“:

• *Trejetas RUG, taip pat koduojantis metioniną, vadinamas pradžios kodonas. Šis kodonas pradeda baltymo molekulės sintezę. Taigi baltymų sintezės metu pirmoji aminorūgštis sekoje visada bus metioninas.

• ** Trynukai UAA, UAG ir UGA paskambino stop kodonai ir nekoduoja jokių aminorūgščių. Šiose sekose baltymų sintezė sustoja.

Genetinio kodo savybės

1. Trigubas. Kiekvieną aminorūgštį koduoja trijų nukleotidų seka – tripletas arba kodonas.

2. Tęstinumas. Tarp tripletų papildomų nukleotidų nėra, informacija skaitoma nuolat.

3. Nepersidengimas. Vienas nukleotidas vienu metu negali būti dviejų tripletų dalis.

4. Unikalumas. Vienas kodonas gali koduoti tik vieną aminorūgštį.

5. Degeneracija. Viena aminorūgštis gali būti koduota keliais skirtingais kodonais.

6. Universalumas. Genetinis kodas yra vienodas visiems gyviems organizmams.

Pavyzdys. Mums pateikiama kodavimo grandinės seka:

3’- CCGATTGCACGTCGATCGTATA- 5’.

Matricos grandinės seka bus tokia:

5’- GGCTAACGTGCAGCTAGCATAT- 3’.

Dabar mes „sintetiname“ informacinę RNR iš šios grandinės:

3’- CCGAUUGCACGUCGAUCGUAUA- 5’.

Baltymų sintezė vyksta kryptimi 5' → 3', todėl, norėdami "skaityti" genetinį kodą, turime apversti seką:

5’- AUAUGCUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Dabar suraskite pradžios kodoną AUG:

5’- AU AUG CUAGCUGCACGUUAGCC- 3’.

Padalinkite seką į tripletus:

skamba taip: informacija iš DNR perkeliama į RNR (transkripcija), iš RNR į baltymą (vertimas). DNR gali būti dubliuojama ir replikacijos būdu, galimas ir atvirkštinės transkripcijos procesas, kai DNR sintetinama iš RNR šablono, tačiau toks procesas daugiausia būdingas virusams.

Ryžiai. 13. Centrinė molekulinės biologijos dogma

GENOMAS: GENAI IR CROMOSOMOS

(bendrosios sąvokos)

Genomas – visų organizmo genų visuma; visas jo chromosomų rinkinys.

Terminą „genomas“ 1920 metais pasiūlė G. Winkleris, kad apibūdintų genų, esančių tos pačios biologinės rūšies organizmų haploidiniame chromosomų rinkinyje, visumą. Pirminė šio termino reikšmė parodė, kad genomo sąvoka, priešingai nei genotipas, yra visos rūšies, o ne individo, genetinė savybė. Tobulėjant molekulinei genetikai šio termino reikšmė pasikeitė. Yra žinoma, kad DNR, kuri yra daugumos organizmų genetinės informacijos nešėja ir todėl yra genomo pagrindas, apima ne tik genus šiuolaikine šio žodžio prasme. Didžiąją dalį eukariotinių ląstelių DNR sudaro nekoduojančios („perteklinės“) nukleotidų sekos, kuriose nėra informacijos apie baltymus ir nukleino rūgštys. Taigi pagrindinė bet kurio organizmo genomo dalis yra visa jo haploidinio chromosomų rinkinio DNR.

Genai yra DNR molekulių segmentai, koduojantys polipeptidus ir RNR molekules.

Per pastarąjį šimtmetį mūsų supratimas apie genus labai pasikeitė. Anksčiau genomas buvo chromosomos sritis, kuri koduoja arba nustato vieną požymį arba fenotipinis(matoma) savybė, pvz., akių spalva.

1940 m. George'as Beadle'as ir Edwardas Tathamas pasiūlė molekulinį geno apibrėžimą. Mokslininkai apdorojo grybelio sporas Neurospora crassa rentgeno spinduliai ir kiti veiksniai, sukeliantys DNR sekos pokyčius ( mutacijos) ir aptiko mutantines grybelio padermes, kurios prarado kai kuriuos specifinius fermentus, o tai kai kuriais atvejais sutrikdė visą medžiagų apykaitos kelią. Beadle'as ir Tathamas padarė išvadą, kad genas yra genetinės medžiagos dalis, kuri apibrėžia arba koduoja vieną fermentą. Štai kaip hipotezė "vienas genas, vienas fermentas". Vėliau ši sąvoka buvo išplėsta iki apibrėžimo "vienas genas - vienas polipeptidas", kadangi daugelis genų koduoja baltymus, kurie nėra fermentai, o polipeptidas gali būti sudėtingo baltymų komplekso subvienetas.

Ant pav. 14 parodyta diagrama, kaip DNR nukleotidų tripletai nustato polipeptidą, baltymo aminorūgščių seką, kurią tarpininkauja mRNR. Viena iš DNR grandžių atlieka mRNR sintezės šablono vaidmenį, kurio nukleotidų tripletai (kodonai) yra komplementarūs DNR tripletams. Kai kuriose bakterijose ir daugelyje eukariotų koduojančias sekas pertraukia nekoduojančios sritys (vadinamos intronai).

Šiuolaikinis biocheminis geno apibrėžimas dar konkrečiau. Genai yra visos DNR sekcijos, koduojančios pirminę galutinių produktų seką, įskaitant polipeptidus arba RNR, turinčius struktūrinę arba katalizinę funkciją.

Kartu su genais DNR yra ir kitų sekų, kurios atlieka išskirtinai reguliavimo funkciją. Reguliavimo sekos gali žymėti genų pradžią arba pabaigą, paveikti transkripciją arba nurodyti replikacijos ar rekombinacijos pradžios vietą. Kai kurie genai gali būti išreikšti skirtingais būdais, o ta pati DNR dalis yra skirtingų produktų formavimo šablonas.

Galime apytiksliai apskaičiuoti minimalus geno dydis koduojantis tarpinį baltymą. Kiekvieną aminorūgštį polipeptidinėje grandinėje koduoja trijų nukleotidų seka; šių tripletų (kodonų) sekos atitinka duoto geno koduojamą polipeptido aminorūgščių grandinę. Polipeptidinė grandinė 350 aminorūgščių liekanų (vidutinio ilgio grandinė) atitinka 1050 bp seką. ( bp). Tačiau daugelis eukariotų genų ir kai kurių prokariotinių genų yra pertraukiami DNR segmentų, kurie neneša informacijos apie baltymą, todėl pasirodo esantys daug ilgesni, nei rodo paprastas skaičiavimas.

Kiek genų yra vienoje chromosomoje?

Ryžiai. 15. Chromosomų vaizdas prokariotinėse (kairėje) ir eukariotinėse ląstelėse. Histonai yra plati branduolinių baltymų klasė, atliekanti dvi pagrindines funkcijas: jie dalyvauja DNR grandinių pakavime branduolyje ir epigenetiniame branduolinių procesų, tokių kaip transkripcija, replikacija ir taisymas, reguliavime.

Kaip žinoma, bakterijų ląstelės turi chromosomą DNR grandinės pavidalu, supakuotą į kompaktišką struktūrą – nukleoidą. prokariotinė chromosoma Escherichia coli, kurio genomas yra visiškai iššifruotas, yra apskrita DNR molekulė (iš tikrųjų tai nėra taisyklingas apskritimas, o greičiau kilpa be pradžios ir pabaigos), susidedanti iš 4 639 675 bp. Šioje sekoje yra maždaug 4300 baltymų genų ir dar 157 genai, skirti stabilioms RNR molekulėms. AT žmogaus genomas maždaug 3,1 milijardo bazinių porų, atitinkančių beveik 29 000 genų, esančių 24 skirtingose ​​chromosomose.

Prokariotai (bakterijos).

Bakterija E. coli turi vieną dvigrandę žiedinę DNR molekulę. Jį sudaro 4 639 675 b.p. ir pasiekia maždaug 1,7 mm ilgį, o tai viršija pačios ląstelės ilgį E. coli apie 850 kartų. Be didelės žiedinės chromosomos, kuri yra nukleoido dalis, daugelyje bakterijų yra viena ar daugiau mažų žiedinių DNR molekulių, laisvai išsidėsčiusių citozolyje. Šie ekstrachromosominiai elementai vadinami plazmidės(16 pav.).

Daugumą plazmidžių sudaro tik keli tūkstančiai bazinių porų, kai kurios turi daugiau nei 10 000 bp. Jie neša genetinę informaciją ir dauginasi sudarydami dukterines plazmides, kurios patenka į dukterines ląsteles dalijantis pirminei ląstelei. Plazmidžių yra ne tik bakterijose, bet ir mielėse bei kituose grybuose. Daugeliu atvejų plazmidės nesuteikia jokio pranašumo ląstelėms-šeimininkėms ir vienintelis jų darbas yra daugintis savarankiškai. Tačiau kai kurios plazmidės turi šeimininkui naudingus genus. Pavyzdžiui, plazmidėse esantys genai gali suteikti bakterijų ląstelių atsparumą antibakterinėms medžiagoms. Plazmidės, turinčios β-laktamazės geną, suteikia atsparumą β-laktaminiams antibiotikams, tokiems kaip penicilinas ir amoksicilinas. Plazmidės gali pereiti iš antibiotikams atsparių ląstelių į kitas tos pačios arba skirtingų bakterijų rūšių ląsteles, todėl šios ląstelės taip pat tampa atsparios. Intensyvus antibiotikų vartojimas yra galingas selektyvus veiksnys, skatinantis atsparumą antibiotikams koduojančių plazmidžių (taip pat transpozonų, koduojančių panašius genus) plitimą tarp patogeninių bakterijų ir lemiantis bakterijų padermių, atsparių keliems antibiotikams, atsiradimą. Gydytojai pradeda suprasti plataus antibiotikų vartojimo pavojus ir juos skiria tik tada, kai tai būtina. Dėl panašių priežasčių plačiai paplitęs antibiotikų naudojimas ūkinių gyvūnų gydymui yra ribotas.

Taip pat žiūrėkite: Ravinas N.V., Šestakovas S.V. Prokariotų genomas // Vavilov Journal of Genetics and Breeding, 2013. V. 17. Nr. 4/2. 972-984 p.

Eukariotai.

2 lentelė. Kai kurių organizmų DNR, genai ir chromosomos

	bendra DNR, b.s.	Chromosomų skaičius*	Apytikslis genų skaičius
Escherichia coli(bakterija)	4 639 675		4 435
Saccharomyces cerevisiae(mielės)	12 080 000	16**	5 860
Caenorhabditis elegantiškas(nematodas)	90 269 800	12***	23 000
Arabidopsis thaliana(augalas)	119 186 200		33 000
Drosophila melanogaster(vaisinė musė)	120 367 260		20 000
Oryza sativa(ryžiai)	480 000 000		57 000
Musu raumuo(pelė)	2 634 266 500		27 000
Homo sapiens(Žmogus)	3 070 128 600		29 000

Pastaba. Informacija nuolat atnaujinama; Norėdami gauti daugiau naujausios informacijos, žr. atskirų genominių projektų svetaines.

* Visiems eukariotams, išskyrus mieles, pateikiamas diploidinis chromosomų rinkinys. diploidas rinkinys chromosomos (iš graikų kalbos diploos - dvigubas ir eidos - vaizdas) - dvigubas chromosomų rinkinys (2n), kurių kiekviena turi homologinę.
**Haploidinis rinkinys. Laukinės mielių padermės paprastai turi aštuonis (oktaploidinius) ar daugiau šių chromosomų rinkinių.
***Moterims, turinčioms dvi X chromosomas. Vyrai turi X chromosomą, bet neturi Y, ty tik 11 chromosomų.

Mielių ląstelė, viena iš mažiausių eukariotų, turi 2,6 karto daugiau DNR nei ląstelė E. coli(2 lentelė). vaisinių muselių ląstelės Drosophila, klasikinis genetinių tyrimų objektas, turi 35 kartus daugiau DNR, o žmogaus ląstelėse yra apie 700 kartų daugiau DNR nei ląstelėse. E. coli. Daugelyje augalų ir varliagyvių yra dar daugiau DNR. Eukariotinių ląstelių genetinė medžiaga yra organizuota chromosomų pavidalu. Diploidinis chromosomų rinkinys (2 n) priklauso nuo organizmo tipo (2 lentelė).

Pavyzdžiui, žmogaus somatinėje ląstelėje yra 46 chromosomos ( ryžių. 17). Kiekviena eukariotinės ląstelės chromosoma, kaip parodyta Fig. 17, a, yra viena labai didelė dvigrandė DNR molekulė. Dvidešimt keturios žmogaus chromosomos (22 suporuotos chromosomos ir dvi lytinės chromosomos X ir Y) skiriasi savo ilgiu daugiau nei 25 kartus. Kiekvienoje eukariotų chromosomoje yra tam tikras genų rinkinys.

Ryžiai. 17. eukariotinės chromosomos.a- pora sujungtų ir kondensuotų seserinių chromatidžių iš žmogaus chromosomos. Šioje formoje eukariotinės chromosomos išlieka po replikacijos ir metafazėje mitozės metu. b- visas chromosomų rinkinys iš vieno iš knygos autorių leukocitų. Kiekvienoje normalioje žmogaus somatinėje ląstelėje yra 46 chromosomos.

Jei žmogaus genomo DNR molekules (22 chromosomas ir chromosomas X ir Y arba X ir X) sujungsite viena su kita, gausite maždaug vieno metro ilgio seką. Pastaba: visų žinduolių ir kitų heterogametinių vyriškų organizmų patelės turi dvi X chromosomas (XX), o patinai – vieną X chromosomą ir vieną Y chromosomą (XY).

Dauguma žmogaus ląstelių, todėl bendras tokių ląstelių DNR ilgis yra apie 2 m. Suaugęs žmogus turi apie 10 14 ląstelių, todėl bendras visų DNR molekulių ilgis yra 2・10 11 km. Palyginimui, Žemės perimetras yra 4・10 4 km, o atstumas nuo Žemės iki Saulės yra 1,5・10 8 km. Štai kaip nuostabiai kompaktiškai supakuota DNR mūsų ląstelėse!

Eukariotinėse ląstelėse yra ir kitų organelių, turinčių DNR – tai mitochondrijos ir chloroplastai. Buvo iškelta daug hipotezių dėl mitochondrijų ir chloroplastų DNR kilmės. Šiandien visuotinai priimtas požiūris, kad tai yra senovės bakterijų chromosomų užuomazgos, kurios prasiskverbė į šeimininkų ląstelių citoplazmą ir tapo šių organelių pirmtakais. Mitochondrijų DNR koduoja mitochondrijų tRNR ir rRNR, taip pat keletą mitochondrijų baltymų. Daugiau nei 95% mitochondrijų baltymų koduoja branduolio DNR.

GENŲ STRUKTŪRA

Apsvarstykite prokariotų ir eukariotų geno struktūrą, jų panašumus ir skirtumus. Nepaisant to, kad genas yra DNR dalis, koduojanti tik vieną baltymą arba RNR, be tiesioginės koduojančios dalies jis apima ir reguliuojančius bei kitus struktūrinius elementus, kurių struktūra prokariotuose ir eukariotuose skiriasi.

kodavimo seka- pagrindinis struktūrinis ir funkcinis geno vienetas, jame yra nukleotidų tripletai, koduojantysaminorūgščių seka. Jis prasideda pradžios kodonu ir baigiasi stop kodonu.

Prieš ir po kodavimo sekos yra neišverstos 5' ir 3' sekos. Jie atlieka reguliavimo ir pagalbines funkcijas, pavyzdžiui, užtikrina ribosomos nusileidimą ant mRNR.

Neverstos ir koduojančios sekos sudaro transkripcijos vienetą – transkribuotą DNR sritį, tai yra DNR sritį, iš kurios sintetinama mRNR.

Terminatorius Netranskribuota DNR sritis geno gale, kurioje sustoja RNR sintezė.

Geno pradžioje yra reguliavimo sritis, kuri apima propaguotojas ir operatorius.

propaguotojas- seka, su kuria polimerazė jungiasi transkripcijos inicijavimo metu. operatorius- tai sritis, prie kurios gali prisijungti ypatingi baltymai - represorių, kuris gali sumažinti RNR sintezės iš šio geno aktyvumą – kitaip tariant, sumažinti išraiška.

Prokariotų genų struktūra

Bendrasis prokariotų ir eukariotų genų sandaros planas nesiskiria – abiejuose yra reguliavimo sritis su promotoriumi ir operatoriumi, transkripcijos vienetas su koduojančiomis ir neverčiamomis sekomis bei terminatorius. Tačiau prokariotų ir eukariotų genų organizacija skiriasi.

Ryžiai. 18. Prokariotų (bakterijų) geno sandaros schema -vaizdas padidintas

Operono pradžioje ir pabaigoje yra bendri kelių struktūrinių genų reguliavimo regionai. Iš transkribuotos operono srities nuskaitoma viena mRNR molekulė, kurioje yra kelios koduojančios sekos, kurių kiekviena turi savo pradžios ir pabaigos kodonus. Iš kiekvienos iš šių sričiųsintetinamas vienas baltymas. Taigi, Iš vienos i-RNR molekulės sintetinamos kelios baltymų molekulės.

Prokariotams būdingas kelių genų derinys į vieną funkcinį vienetą - operonas. Operono darbą gali reguliuoti kiti genai, kurie gali būti pastebimai pašalinti iš paties operono - reguliatoriai. Iš šio geno išverstas baltymas vadinamas represorius. Jis jungiasi su operono operatoriumi, reguliuodamas visų jame esančių genų ekspresiją vienu metu.

Prokariotams taip pat būdingas šis reiškinys transkripcijos ir vertimo konjugacijos.

Ryžiai. 19 Prokariotų transkripcijos ir vertimo konjugacijos reiškinys - vaizdas padidintas

Šis poravimas eukariotuose nevyksta dėl branduolinės membranos, kuri atskiria citoplazmą, kurioje vyksta transliacija, nuo genetinės medžiagos, kurioje vyksta transkripcija. Prokariotuose RNR sintezės metu DNR šablone ribosoma gali iš karto prisijungti prie susintetintos RNR molekulės. Taigi vertimas pradedamas dar nebaigus transkripcijos. Be to, kelios ribosomos vienu metu gali prisijungti prie vienos RNR molekulės, vienu metu sintetindamos kelias vieno baltymo molekules.

Eukariotų genų struktūra

Eukariotų genai ir chromosomos yra labai sudėtingai organizuoti.

Daugelio rūšių bakterijos turi tik vieną chromosomą ir beveik visais atvejais kiekvienoje chromosomoje yra po vieną kiekvieno geno kopiją. Tik keli genai, tokie kaip rRNR genai, yra keliose kopijose. Genai ir reguliavimo sekos sudaro beveik visą prokariotų genomą. Be to, beveik kiekvienas genas griežtai atitinka aminorūgščių seką (arba RNR seką), kurią jis koduoja (14 pav.).

Struktūriniai ir funkcinė organizacija eukariotų genai yra daug sudėtingesni. Eukariotų chromosomų tyrimas, o vėliau ir pilnų eukariotų genomo sekų nustatymas atnešė daug netikėtumų. Daugelis, jei ne dauguma, eukariotų genų turi įdomi savybė: jų nukleotidų sekose yra viena ar daugiau DNR sričių, kurios nekoduoja polipeptidinio produkto aminorūgščių sekos. Tokie neverčiami intarpai sutrikdo tiesioginį geno nukleotidų sekos ir koduojamo polipeptido aminorūgščių sekos atitikimą. Šie neišversti genų segmentai vadinami intronai, arba įmontuotas sekos, o kodavimo segmentai yra egzonai. Prokariotuose tik keli genai turi intronų.

Taigi eukariotuose genų derinio į operonus praktiškai nėra, o koduojanti eukarioto geno seka dažniausiai skirstoma į transliuotas sritis. - egzonai, ir neišverstos skiltys – intronai.

Daugeliu atvejų intronų funkcija nebuvo nustatyta. Apskritai tik apie 1,5% žmogaus DNR yra „koduojama“, tai yra, ji neša informaciją apie baltymus arba RNR. Tačiau, atsižvelgiant į didelius intronus, paaiškėja, kad 30% žmogaus DNR sudaro genai. Kadangi genai sudaro palyginti nedidelę žmogaus genomo dalį, didelė DNR dalis lieka neapskaityta.

Ryžiai. 16. Eukariotų geno sandaros schema - vaizdas padidintas

Iš kiekvieno geno pirmiausia susintetinama nesubrendusi arba pre-RNR, kurioje yra ir intronų, ir egzonų.

Po to vyksta splaisingo procesas, kurio metu išpjaunamos intronų sritys, susidaro subrendusi iRNR, iš kurios galima susintetinti baltymą.

Ryžiai. 20. Alternatyvus sujungimo procesas - vaizdas padidintas

Tokia genų organizacija leidžia, pavyzdžiui, įgyvendinti, kada iš vieno geno galima susintetinti skirtingos formos baltymo, dėl to, kad susijungimo procese egzonai gali būti susiūti skirtingomis sekomis.

Ryžiai. 21. Prokariotų ir eukariotų genų sandaros skirtumai - vaizdas padidintas

MUTACIJOS IR MUTAGENĖ

mutacija vadinamas nuolatiniu genotipo pasikeitimu, tai yra nukleotidų sekos pasikeitimu.

Procesas, vedantis į mutaciją, vadinamas mutagenezė, ir organizmas visi kurių ląstelės turi tą pačią mutaciją mutantas.

mutacijų teorija pirmą kartą suformulavo Hugh de Vries 1903 m. Šiuolaikinėje jo versijoje yra šios nuostatos:

1. Mutacijos atsiranda staiga, staigiai.

2. Mutacijos perduodamos iš kartos į kartą.

3. Mutacijos gali būti naudingos, žalingos arba neutralios, dominuojančios arba recesyvinės.

4. Tikimybė aptikti mutacijas priklauso nuo tirtų individų skaičiaus.

5. Panašios mutacijos gali kartotis.

6. Mutacijos nėra nukreiptos.

Mutacijos gali atsirasti dėl įvairių veiksnių. Atskirkite mutacijas, kurias sukelia mutageninis poveikio: fiziniai (pvz., ultravioletiniai arba spinduliai), cheminiai (pvz., kolchicinas arba reaktyviosios deguonies rūšys) ir biologiniai (pvz., virusai). Taip pat gali atsirasti mutacijų replikacijos klaidos.

Priklausomai nuo sąlygų atsiradimo mutacijos skirstomos į spontaniškas- tai yra, mutacijos, kurios atsirado normaliomis sąlygomis, ir sukeltas- tai yra mutacijos, atsiradusios ypatingomis sąlygomis.

Mutacijos gali atsirasti ne tik branduolinėje DNR, bet ir, pavyzdžiui, mitochondrijų ar plastidžių DNR. Atitinkamai galime atskirti branduolinis ir citoplazminis mutacijos.

Dėl mutacijų atsiradimo dažnai gali atsirasti naujų alelių. Jei mutantinis alelis viršija normalų alelį, mutacija vadinama dominuojantis. Jei normalus alelis slopina mutavusį, mutacija vadinama recesyvinis. Dauguma mutacijų, kurios sukelia naujus alelius, yra recesyvinės.

Mutacijos išsiskiria poveikiu prisitaikantis, dėl ko padidėja organizmo prisitaikymas prie aplinkos, neutralus kurie neturi įtakos išgyvenimui kenksmingas kurie mažina organizmų prisitaikymą prie aplinkos sąlygų ir mirtinas vedantis į organizmo mirtį ankstyvosios stadijos plėtra.

Pagal pasekmes išskiriamos mutacijos, vedančios į baltymų funkcijos praradimas, mutacijos, sukeliančios atsiradimas baltymas atlieka naują funkciją, taip pat mutacijos, kurios pakeisti geno dozę, ir atitinkamai iš jo susintetinto baltymo dozė.

Mutacija gali atsirasti bet kurioje kūno ląstelėje. Jei lytinėje ląstelėje įvyksta mutacija, ji vadinama gemalinė(germinalinis arba generatyvinis). Tokios mutacijos neatsiranda tame organizme, kuriame jos atsirado, bet veda prie mutantų atsiradimo palikuoniuose ir yra paveldimos, todėl yra svarbios genetikai ir evoliucijai. Jei mutacija įvyksta bet kurioje kitoje ląstelėje, ji vadinama somatinės. Tokia mutacija tam tikru mastu gali pasireikšti organizme, kuriame ji atsirado, pavyzdžiui, sukelti vėžinių navikų susidarymą. Tačiau tokia mutacija nėra paveldima ir nepaveikia palikuonių.

Mutacijos gali paveikti įvairaus dydžio genomo dalis. Paskirstyti genetinė, chromosominės ir genominis mutacijos.

Genų mutacijos

Mutacijos, atsirandančios mažesniu nei vienas genas, vadinamos genetinė, arba taškuotas (taškuotas). Tokios mutacijos lemia vieno ar daugiau sekos nukleotidų pasikeitimą. Genų mutacijos apimapakaitalai, dėl kurio vienas nukleotidas pakeičiamas kitu,ištrynimai dėl kurio prarandamas vienas iš nukleotidų,intarpai, todėl prie sekos pridedamas papildomas nukleotidas.

Ryžiai. 23. Genų (taškų) mutacijos

Pagal baltymo veikimo mechanizmą genų mutacijos skirstomos į:sinonimas, kurios (dėl genetinio kodo degeneracijos) nekeičia baltyminio produkto aminorūgščių sudėties,missense mutacijos, dėl kurių viena aminorūgštis pakeičiama kita ir gali turėti įtakos sintezuojamo baltymo struktūrai, nors dažnai jos yra nereikšmingos,nesąmonės mutacijos, dėl kurio koduojantis kodonas pakeičiamas stop kodonu,mutacijos, sukeliančios sujungimo sutrikimas:

Ryžiai. 24. Mutacijų schemos

Be to, pagal baltymo veikimo mechanizmą išskiriamos mutacijos, dėl kurių atsiranda rėmo poslinkis skaitymai pvz., įterpimai ir ištrynimai. Tokios mutacijos, kaip ir nesąmoningos mutacijos, nors ir įvyksta viename geno taške, dažnai paveikia visą baltymo struktūrą, todėl gali visiškai pasikeisti jo struktūra.

Ryžiai. 29. Chromosoma prieš ir po dubliavimosi

Genominės mutacijos

Pagaliau, genominės mutacijos paveikti visą genomą, tai yra, keičiasi chromosomų skaičius. Išskiriama poliploidija - ląstelės ploidijos padidėjimas ir aneuploidija, tai yra chromosomų skaičiaus pasikeitimas, pavyzdžiui, trisomija (papildomo homologo buvimas vienoje iš chromosomų) ir monosomija (nebuvimas). chromosomos homologas).

Vaizdo įrašas, susijęs su DNR

DNR REPLIKACIJA, RNR KODAVIMAS, BALTYMŲ SINTEZĖ