Последние вопросы взяты с ChatGPT, рекомендовано доделать!! 60-63

1. Геномы основных групп организмов: размеры, число генов и их организация. Взаимосвязь организации генома со сложностью организма и особенностями базовых молекулярно-биологических процессов.

Геном - это полный набор генетической информации, содержащийся в клетке организма

1. Прокариоты (бактерии и археи):

- Размер геномов: Обычно небольшие, варьируются от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов пар оснований (bp).

- Количество генов: Обычно несколько сотен до нескольких тысяч генов.

- Организация генов: Гены прокариот организованы в одной или нескольких молекулах циркулярной ДНК, называемых хромосомами. Есть также плазмиды - небольшие кольцевые фрагменты ДНК, содержащие дополнительные гены.

2. Эукариоты (растения, грибы, животные):

- Размер геномов: Разнообразны и могут быть значительно большими. Варьируют от нескольких десятков миллионов до нескольких миллиардов bp.

- Количество генов: Обычно гораздо больше, чем у прокариот. Например, геном человека содержит примерно 20-25 тысяч генов.

- Организация генов: Гены эукариот организованы на линейных хромосомах и могут быть распределены по нескольким наборам хромосом (диплоидный набор у большинства животных и растений).

Организация геномов связана с функциональной организацией организма и регуляцией генной экспрессии (наследственная информация от гена преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок.). Эукариотические геномы обычно более сложны, чем прокариотические, и содержат большее количество генов. Это позволяет эукариотам выполнять разнообразные функции, такие как специализация клеток и тканей, развитие органов и выполнение сложных биологических процессов.

Взаимосвязь организации генома со сложностью организма определяет, как гены распределены в геноме и как они взаимодействуют, что в конечном счете влияет на сложность организма и его базовые молекулярно-биологические процессы.

Особенности базовых молекулярно-биологических процессов, таких как репликация, транскрипция, трансляция и регуляция генной экспрессии, также зависят от организации генома. Например, различная организация генов в прокариотических и эукариотических геномах требует различных механизмов и факторов для проведения этих процессов. Это отражает эволюционное развитие и специализацию этих процессов, а также адаптацию к окружающей среде и жизненному циклу организма.

2. Организация хромосом различных организмов.

Организация хромосом отличается у различных организмов и варьирует в зависимости от их типа и сложности. Вот несколько основных способов организации хромосом в разных организмах:

1. Прокариотические хромосомы: Прокариоты, такие как бактерии и археи, обычно имеют одну круглую хромосому, которая содержит их генетическую информацию. Хромосомы прокариот заключены в специальные области цитоплазмы, называемые нуклоидами, и отсутствует явный ядерный оболочка.

2. Эукариотические хромосомы: У эукариот (животных, растений, грибов и протистов), хромосомы находятся в ядре клетки и обычно имеют более сложную организацию. Эукариотические хромосомы состоят из длинных линейных молекул ДНК, которые намотаны на белковые структуры, называемые гистоны. Эти структуры образуют комплексы, которые называются хроматином.

3. Диплоидные и гаплоидные хромосомы: У многих организмов встречаются две копии каждой хромосомы (пара) - диплоидные хромосомы. Число хромосом в таких организмах обозначается как 2n, где n - число уникальных хромосом. Например, у человека диплоидное число хромосом равно 46 (23 пары). В то время как гаплоидные хромосомы имеют одну копию каждой хромосомы и обозначаются как n. Гаплоидные хромосомы обычно присутствуют в половых клетках организмов.

Хромосомы вирусов — это молекула ДНК или РНК внутри капсида.

3. Механизмы геномных перестроек, увеличения и уменьшения размеров геномов, роль мобильных генетических элементов в этих процессах. Семейства гомологичных генов. Ортологи и паралоги. Псевдогены. Типы повторяющихся последовательностей и их встречаемость в геномах различных организмов. Различия в механизмах эволюции геномов про- и эукариот.

Механизмы геномных перестроек, увеличения и уменьшения размеров геномов могут быть разнообразными и включают различные процессы, такие как дупликации генов, инверсии, делеции, транслокации и многие другие.

Делеции – утрата сегмента ДНК размером от одного нуклеотида до гена.

Дупликации – удвоение или повторное дублирование сегмента ДНК от одного нуклеотида до целых генов.

Инверсии – поворот на 180 градусов сегмента ДНК размером от двух нуклеотидов до фрагмента, включающего несколько генов.

Транслокации – перемещение ДНК из одного места хромосомы в другое.

Мобильные генетические элементы: Мобильные генетические элементы являются фрагментами ДНК или РНК, способными перемещаться внутри генома. Они включают транспозоны (участки ДНК организмов, способные к передвижению и размножению) Мобильные генетические элементы могут играть важную роль в геномных перестройках, поскольку они способны встраиваться в различные места генома или перемещаться между хромосомами. Эти перестройки могут приводить к изменениям в генном составе, регуляции генов и разнообразию генетической информации.

Семейства гомологичных генов - это группы генов, которые имеют сходство в последовательности нуклеотидов и выполняют сходные функции в разных организмах. Гомологичные гены могут возникать из одного предка, который может дублироваться или мутировать, что приводит к появлению новых генов с сходной функцией. Гомологичные гены могут также быть обнаружены в различных видовых группах, что указывает на их консервативность и эволюционную значимость.

Ортологи - это гомологичные гены, которые существуют у различных организмов и выполняют схожие функции. Они происходят от общего предка и сохранились в разных организмах в результате вертикальной передачи генов.

Паралоги - это также гомологичные гены, но они развились внутри одного организма в результате генной дупликации. Паралоги могут иметь сходные функции с оригинальным геном или развить новые функции.

Псевдогены - это гены, которые имеют сходную последовательность нуклеотидов с другими генами, но утратили свою функции.

Типы повторяющихся последовательностей:

1. Тандемные повторы: Это последовательности, в которых короткие участки ДНК повторяются несколько раз подряд. Они могут быть простыми (например, повторяющийся мотив состоит из одной базы) или составными (несколько коротких повторов, объединенных вместе). Примером являются микросателлиты или тандемные повторы коротких участков ДНК.

2. Дисперсные повторы: последовательности располагаются в геноме на разных местах, часто повторяясь в нерегулярном порядке. Различные семейства повторяющихся элементов, такие как транспозоны и ретроэлементы, относятся к дисперсным повторам.

3. Сателлитные ДНК: Сателлитная ДНК — характерный компонент эукариотического генома, состоящий из тандемно (совместно) организованных повторов нуклеотидных последовательностей.

Это тип повторяющихся последовательностей, состоящих из длинных участков ДНК, которые могут повторяться тысячи и даже миллионы раз. Сателлитные ДНК часто образуют хромосомные регионы, известные как сателлитные пятна.

4. Геномные дупликации: Это тип повторов, при котором одни участки генома копируются и вставляются в другие участки.

Встречаемость этих повторяющихся последовательностей может варьироваться в зависимости от организма. Некоторые организмы могут иметь большое количество определенных типов повторов, в то время как другие могут иметь более ограниченное количество или отсутствовать вовсе. Исследование этих повторов и их встречаемости в геномах является важной задачей в геномике и связанных областях исследования.

Различия в механизмах эволюции геномов про- и эукариот обусловлены их различной организацией и функционированием клеток.

1. Прокариоты обычно имеют круглую хромосому , тогда как у эукариот геном представлен в виде линейных хромосом.

2. Прокариоты осуществляют горизонтальный перенос генов с помощью плазмид и контактов между клетками, что позволяет им быстро передавать и приобретать новые гены. У эукариот горизонтальный генный перенос редкий.

3. Механизмы мутаций также могут отличаться. У прокариотов мутации, такие как точечные мутации, вставки и делеции, часто возникают из-за ошибок при репликации ДНК. У эукариот мутации могут быть вызваны различными факторами, включая воздействие окружающей среды или механизмы внутри ядра.

4. Прокариоты обладают более высокой скоростью мутаций и горизонтального генного переноса, что способствует их быстрой эволюции. Эукариоты, с другой стороны, имеют медленные скорости эволюции

4. Механизм реакции полимеризации ДИК и его катализ. Экзонуклеазные активности ДНК-полимераз и их роль в обеспечении точности воспроизведения ДНК. (рекомендую выучить репликации у прокариот и эукариот)

Механизм реакции полимеризации ДНК осуществляется через процесс, который называется ДНК-полимеразной реакцией. Эта реакция является катализируемой ферментом, известным как ДНК-полимераза.

В процессе репликации ДНК, ДНК-полимераза связывается с одной цепью матричной ДНК и начинает синтез новой комплементарной цепи дочерней ДНК. ДНК-полимераза читает матричную цепь ДНК и добавляет комплементарные нуклеотиды к 3'-концу новой цепи.

Экзонуклеазные активности ДНК-полимераз играют важную роль в обеспечении точности воспроизведения ДНК. ДНК-полимеразы - это ферменты, ответственные за синтез новой ДНК на основе существующей матрицы ДНК.

Однако, в процессе синтеза ДНК, ошибки могут возникать. Экзонуклеазные активности ДНК-полимераз позволяют исправлять ошибки, возникающие во время синтеза ДНК. Они работают путем удаления неправильно встроенных нуклеотидов из конца синтезирующей цепи ДНК и замены их на правильные нуклеотиды.

5. ДНК-полимеразы Escherichia coli, функции ее отдельных субъединиц.

ДНК-полимераза I

На одной полипептидной цепи ДНК-полимеразы I находятся 2 активных центра:

1. 1-й активный центр ответственен за полимеразную и 3’→ 5’-экзонуклеазную активности. Последняя обеспечивает удаление ошибочно встроенных нуклеотидов;

2. 2-й активный центр ответственен за 5’→ 3’-экзонуклеазную активность. Эта активность необходима для удаления РНКзатравки в процессе репликации.

ДНК-полимераза II

Этот фермент обладает полимеразной и 3’→ 5’-экзонуклеазной активностями, предпочтительнее работает на двухцепочечных ДНК с брешами (рис. 2.9). ДНК-полимераза II участвует в репарации ДНК.

ДНК-полимераза III

Этот фермент обладает полимеразной и 3’→5’-экзонуклеазной активностями, состоит из десяти типов субъединиц. Его основное назначение – репликация ДНК. Скорость синтеза – 500 нуклеотидов в секунду

6. ДНК-полимеразы эукариот.

У эукариот обнаружено несколько ДНК-полимераз: ДНКполимераза α; ДНК-полимераза β; ДНК-полимераза δ; ДНКполимераза ε; ДНК-полимераза γ. В репликации ДНК принимают участие ДНК-полимеразы α, β, δ, ε.

ДНК-полимераза α образует прочный комплекс с праймазой. Этот комплекс способен инициировать синтез ДНК

ДНК-полимераза β принимает участие в процессинге фрагментов Оказаки и репарации ядерной ДНК.

ДНК-полимераза δ обладает полимеразной и 3' → 5'экзонуклеазной активностями.

ДНК-полимераза ε обладает полимеразной и 3' → 5'экзонуклеазной активностями.

ДНК-полимераза γ обеспечивает репликацию и репарацию митохондриальной ДНК, она кодируется ядерным геномом.