- •Введение. История развития генетики
- •Предмет генетики
- •2. Краткая история развития представлений о наследственности
- •3. Вклад ученых в развитие генетики
- •4. Вклад белорусских ученых в развитие генетики
- •Основными направлениями работы в настоящее время исследований являются:
- •Основные научные и практические достижения: Исследовательские гранты
- •Продукция и услуги:
- •Материальные основы наследственности Лекция 3 Клетка как основа наследственности и воспроизведения
- •Клеточные и неклеточные формы организации живого: эукариоты, прокариоты, вирусы
- •Нуклеиновые кислоты. Структурная модель днк Дж. Уотсона и ф. Крика.
- •Литература
- •2. Наднуклеосомная укладка днк
- •3. Хромомерная организация хромосом
- •4. Митотические хромосомы
- •5. Кариотип и идиограмма
- •Материальные основы наследственности
- •2.Непрямое деление клетки. Амитоз. Эндомитоз
- •3. Мейоз и его значение
- •4. Краткий обзор этапов гаметогенеза
- •Закономерности наследования признаков
- •Лекция 6
- •Наследование при моногибридных и
- •Полигибридных скрещиваниях
- •1. Цели и задачи генетического анализа
- •2.Генетическая символика
- •3. Первый закон г. Менделя – закон единообразия гибридов первого поколения
- •4. Второй закон Менделя
- •5. Неполное доминирование и кодоминирование
- •6. Анализирующее (реципрокное) скрещивание
- •7. Дигибридные скрещивания. Тригибридное скрещивание
- •Закономерности наследования признаков Лекция 7 Взаимодействие генов
- •1. Типы взаимодействия неаллельных генов: комплементарность, эпистаз, полимерия. Гены – модификаторы.
- •Наследование окраски цветков у Lathyrus odoratus при взаимодействии двух пар генов
- •Наследование формы плода у Cucurbita pepo при взаимодействии двух пар генов
- •Наследование окраски глаз у Drosophila при взаимодействии двух пар генов
- •Эпистаз у лошадей
- •Рецессивный эпистаз у мышей
- •Наследование и изменчивость длины початков (в сантиметрах) у Zea mays в f1и f2
- •Наследование формы стручка у Capsella bursa pastoris при взаимодействии двух пар генов
- •2. Пенетрантность и экрессивность. Норма реакции. Плейотропный эффект гена.
- •Закономерности наследования признаков Лекция 8-9 Генетика пола и наследование признаков, сцепленных с полом. Сцепление генов и кроссинговер. Нехромосомное (цитоплазматическое) наследование
- •1.Пол как признак. Половой диморфизм. Первичные и вторичные половые признаки.
- •2. Определение пола.
- •Половые различия между самкой и самцом у морского червя Bonellia viridis
- •3. Гинандроморфы, интерсексы, гермафродиты и другие половые отклонения
- •Билатеральный гинандроморф y Drosophila melanogastei
- •4. Наследование признаков сцепленных с полом.
- •5.Сцепление генов и кроссинговер. Генетические доказательства перекреста хромосом
- •6. Частота кроссинговера и линейное расположение генов в хромосоме. Цитологические доказательства кроссинговера
- •7.Митотический (соматический) кроссинговер. Факторы, влияющие на кроссинговер
- •8. Нехромосомное (цитоплазматическое) наследование
- •Молекулярные основы наследственности (4 часа)
- •2.Способы передачи наследственной информации у бактерий
- •3. Репликация днк
- •Модели репликации днк:
- •Строение репликационной вилки
- •Расположение основных белков в репликационной вилке
- •4. Репарация днк
- •Молекулярные основы наследственности (4 часа)
- •2. Генетический код
- •3. Трансляция
- •4. Передача информации в клетке
- •Изменчивость (6 часов) Лекция 12 Изменчивость, комбинативная и мутационная изменчивость
- •1. Классификация изменчивости. Понятие о наследственной и ненаследственной изменчивости.
- •1.1 Изменчивость наследственного материала
- •1.2 Ненаследственная изменчивость
- •1.3 Наследственная изменчивость
- •2. Мутационная теория и классификация мутаций
- •Мутации у различных организмов
- •3. Генеративные и соматические мутации. Прямые и обратные мутации
- •4. Множественные аллели
- •5. Условные мутации
- •Изменчивость (6 часов) Лекция 13-14 Мутации: генные, хромосомные, геномные. Модификационная изменчивость
- •1. Генные мутации
- •2. Хромосомные перестройки
- •2.1. Делеции
- •2.2. Дупликации
- •2.3. Инверсии
- •2.3. Транслокации
- •3. Геномные мутации. Полиплоидия
- •4. Автополиплоидия
- •Диплоидный (а), триплоидный (б) и тетраплоидный (в) арбузы
- •Образование растения Raphanobrassica в результате скрещивания редьки и капусты. Следует обратить внимание на форму плода у родителей и гибрида
- •5. Аллополиплоидия (амфиполиплоидия)
- •6. Анеуплоидия
- •7. Гаплоидия
- •8. Системные мутации. Спонтанные мутации
- •9.Закон гомологических рядов наследственной изменчивости н.И. Вавилова
- •10. Ненаследственная изменчивость
- •Внизу -стрелолист с надводными, плавающими и подводными листьями
- •Литература
- •Генетические основы онтогенеза (2 часа) Лекция 15 Онтогенез – как реализация генетической информации
- •1. Дифференцировка и детерминация
- •2.Эпигеномная наследственность
- •3. Транскрипция и амплификация генов в оогенезе
- •4. Дифференциальная активность генов в онтогенезе
- •5. Роль генетических факторов в определении продолжительности жизни
- •6. Молекулярные основы процесса старения и генетическая картина онтогенеза
- •Литература
- •1. Генетическая структура популяций. Типы популяций
- •2. Генетическая структура популяции апомиктов
- •3. Генетическая структура популяции самоопылителей
- •4. Генетическая структура популяций перекрестноразмножающихся организмов
- •Основные факторы генетической динамики популяций
- •Литература
- •Генетика человека (4 часа) Лекции 17, 18 Человек как объект генетических исследований
- •1. Человек как объект генетических исследований
- •2. Генеалогический метод
- •Составление родословной
- •Генетический анализ родословной
- •3.Близнецовый метод
- •4. Популяционно-статистический метод
- •5. Цитогенетический метод
- •6. Метод генетики соматических клеток
- •7. Биохимический метод
- •8. Молекулярно-генетический метод
- •9. Видимое строение хромосом человека и их морфология. Классификация и тонкая структура хромосомы
- •Генетические основы селекции (6 часов)
- •2.Исходный материал в селекции
- •3.Системы скрещивания в селекции растений и животных
- •4.Явление гетерозиса. Генетические механизмы гетерозиса.
- •Литература
- •2. Индивидуальный и массовый отборы
- •3. Подбор
- •Литература
- •Основы биометрии (8 часов) Данные в биологии (2 часа)
- •Описательная статистика (2 часа)
- •Основы дисперсионного анализа. Корреляционный анализ (4 часа)
3. Репликация днк
Уотсон и Крик уже во второй своей работе 1953 года предположили возможный механизм копирования наследственного материала. Легко представить, что цепи молекулы ДНК расходятся и каждая из них становится матрицей, на которой синтезируется новая комплементарная цепь. В результате образуются две дочерние двуспиральные молекулы ДНК, неотличимые от родительской молекулы.
Каждая молекула ДНК состоит из одной цепи исходной родительской молекулы и одной вновь синтезированной цепи. Такой механизм копирования называется полуконсервативным. В то же время обсуждались две другие модели, одна из них "консервативная" другая "дисперсионная" (Рисунок). Доказали существование полуконсервативной модели М. Мезелсон и Ф. Сталь в 1958 году. Авторы выращивали бактерии Е. coli несколько поколений на минимальной среде, в которой единственным источником азота был 15NH4C1 (хлорид аммония). В этом соединении нормальный изотоп 14N, был заменен на 15N. В результате все клеточные компоненты бактерий, включая пурины и пиримидины в молекулах ДНК содержали более тяжелый азот 15N. Затем клетки переносили на среду, содержащую изотоп 14N. Через 1 или 2 поколения выделяли ДНК и центрифугировали в градиенте CsCl. Фракции, содержащие легкие или тяжелые цепи, а так же гибридные 15N/14N, легко отделялись одна от другой.
В 1957 году Артур Корнберг (в 1959 году Артуру Корнбергу (Arthur Kornberg) была присуждена Нобелевская премия за открытие механизма биосинтеза ДНК) обнаружил у бактерии Е. coli фермент, катализирующий процесс полимеризации ДНК из нуклеотидов – ДНК-полимеразу. Открытие Корнберга показало, что в основе удвоения молекул ДНК лежат обычные биохимические реакции. По современным представлениям в репликации ДНК у прокариот выделяют следующие этапы: 1. Релаксация суперспирализованной ДНК. Этот процесс катализируется ферментом топоизомеразой. 2. Денатурация двойной спирали ДНК.
Поскольку синтез ДНК происходит на одноцепочечной матрице, ему должно предшествовать обязательное разделение двух цепей ДНК. Участок начала расхождения цепей называется репликационной вилкой из-за характерной Y-образной формы. Именно в этой репликационной вилке ДНК-полимеразы синтезируют дочерние молекулы ДНК.
Модели репликации днк:
а - полуконсервативная,б - консервативная,в - дисперсионная.
Родительские цепи изображены в виде красных лент, вновь синтезированные
показаны синим цветом.
Участок ДНК, в котором репликация уже завершилась, выглядит как пузырек или "глазок" в нереплицированной ДНК. Репликационные глазки образуются в тех местах, где находятся специфические последовательности – точки начала репликации (origin of replication). Они состоят примерно из 300 нуклеотидов. С ориджина ими связываются инициаторные белки репликации.
Для того, чтобы цепи ДНК разъединились, функционирует особый фермент – ДНК-хеликаза, который связывается с инициаторными белками. Этот фермент движется по одиночной цепи ДНК и, встречая участок двойной спирали, он разрывает водородные связи между основаниями, разделяет цепи и продвигает репликационную вилку.
Субстратом для ДНК-полимеразы являются дезоксирибонуклеозид-трифосфаты (дНТФ), полимеризующиеся на одноцепочечной матрице. ДНК-полимеразы последовательно наращивают одну нить ДНК, шаг за шагом присоединяя к ней следующие звенья в направлении от 5' к 3' концу. В клетках присутствуют несколько разных типов ДНКполимераз, выполняющих различные функции и имеющих разное строение: они могут быть построены из различного количества белковых цепей (субъединиц), от одной до десятков. Однако, все они работают на любых последовательностях нуклеотидов матрицы; задача этих ферментов - сделать точную копию каждой матрицы.
Генетический материал живых организмов имеет огромные размеры и реплицируется с высокой точностью. В среднем, в процессе воспроизведения генома млекопитающего, состоящего из ДНК длиной 3 млрд. пар нуклеотидов, возникает не более трех ошибок. При этом ДНК синтезируется чрезвычайно быстро (скорость ее полимеризации колеблется в пределах от 500 нуклеотидов в секунду у бактерий до 50 нуклеотидов в секунду у млекопитающих).
Высокая точность репликации, наряду с ее высокой скоростью, обеспечивается наличием специальных механизмов, осуществляющих коррекцию, т.е. устраняющих ошибки.
Суть механизма коррекции заключается в том, что ДНК-полимеразы дважды проверяют соответствие каждого нуклеотида матрице: один раз перед включением его в состав растущей цепи, второй раз перед тем, как включить следующий нуклеотид. Очередная фосфодиэфирная связь синтезируется лишь в том случае, если последний нуклеотид растущей цепи ДНК образовал правильную уотсон-криковскую пару с соответствующим нуклеотидом матрицы.