11. Строение, уровни организации интерфазных хромосом (хроматина). Половой хроматин. Политенные и митотические хромосомы. Хромосомный набор (кариотип).

Половой хроматин - хроматин, присутствующий только в женских соматических клетках и представляющий одну инактивированную Х-хромосому, которая остается в конденсированной форме. В соматических клетках женщины содержится по одной активной Х-хромосоме. По половому хроматину можно определить пол ребенка до его рождения; такое определение производится путем изучения клеток, полученных в ходе амниоцентеза, или в процессе исследования хорионических ворсинок. Существует два основных вида хроматина: 1) тельце Барра (Вагг body) - небольшое образование по краям ядра внутри ядерной оболочки, которое окрашивается при воздействии на него основных красителей; и 2) напоминающий барабанные палочки придаток ядра в нейтрофилах (разновидности белых клеток крови).

Хромосомный набор - совокупность хромосом, заключенных в каждой клетке организма. В половых клетках диплоидных видов содержится гаплоидный (одинарный) хромосомный набор, в котором хромосома каждого типа встречается только один раз; в большинстве соматических клеток большинства видов - диплоидный (двойной), в котором имеются всегда по две хромосомы каждого типа (парные, или гомологичные, хромосомы, происходящие одна от материнского организма, а другая от отцовского). Каждый вид организмов обладает характерным и постоянным хромосомным набором.

Кариоти́п — совокупность признаков (число, размеры, форма и т.д.) полного набора хромосом, присущий клеткам данного биологического вида (видовой кариотип), данного организма (индивидуальный кариотип) или линии (клона) клеток. Кариотипом иногда также называют и визуальное представление полного хромосомного набора (кариограммы).

Процедура опред кариотипа: Для процедуры определения кариотипа могут быть использованы любые популяции делящихся клеток, для определения человеческого кариотипа используется либо одноядерные лейкоциты, извлечённые из пробы крови, деление которых провоцируется добавлением митогенов, либо культуры клеток, интенсивно делящихся в норме (фибробласты кожи, клетки костного мозга). Результаты анализа К. представляются в виде идиограмм, цитологич. карт, карио-грамм. Проанализированы К. многих тысяч растений, животных и человека. Сравнит, анализ К. широко используется в систематике (кариосистематика).

Политенные хромосомы — гигантские скопления объединенных хроматид, возникающие в некоторых типах специализированных клеток.

Политенные хромосомы (гигантские хромосомы) содержат во много раз больше ДНК, чем обычные. Они не изменяют своей формы на протяжении цикла деления и достигают длины до 0,5 мм и толщины 25 мкм. Они встречаются, например, в слюнных железах двукрылых (мух и комаров), в макронуклеусе инфузорий и в тканях завязи бобов. Чаще всего они видны в гаплоидном числе, так как гомологичные хромосомы тесно спарены.

Поэтому политенные хромосомы представляют собой пучки из бесчисленных хроматид, разделенных не полностью. Эти хроматиды растянуты, гомологичные хромомеры образуют темные диски, тесно расположенные вдоль хромосомы. Эти диски разделены более светлыми полосами.

Митотические хромосомы образуются в клетке во время митоза. Это неработающие хромосомы, и молекулы ДНК в них уложены чрезвычайно плотно. Достаточно сказать, что общая длина метафазных хромосом примерно в 104 раз меньше, чем длина всей ДНК, содержащейся в ядре. Благодаря такой компактности митотических хромосом обеспечивается равномерное распределение генетического материала между дочерними клетками при митозе.

12. Современные представления о природе генов. Концепция 1 ген - 1 фермент. Принцип работы гена (транскрибирующей единицы) на примере лактозного оперона. Молекулярные механизмы мутагенеза. Понятие об аллельных генах.

Современные представления о природе генов. Это коротенькое, но емкое слово предложил в 1909 г. датский ученый В. Иогансен. Ген (от греческого genos — род, происхождение), в его понимании, это элементарная единица наследственности, отвечающая за появление какого-либо признака. Г. Мендель, доказавший существование генов, называл их факторами. Современные представления о природе генов и механизме их действия неизмеримо возросли. Геном сейчас называют участок молекулы ДНК, а у некоторых вирусов — РНК, выполняющий какую-нибудь определенную функцию.

Сначала ген определяли как участок ДНК, кодирующий определенный белок, например какой-то фермент. Действительно, такие гены в хромосомах есть, их называют структурными, потому что они определяют структуру белка. К той же категории относят гены, содержащие информацию о структуре рибосомных, транспортных и так называемых низкомолекулярных ядерных РНК, открытых в последнее время. Но их доля у высших организмов невелика, а вот у вирусов не менее 90% генов структурные.

Большая часть генов высших организмов не структурные, а регуляторные. Они «включают» и «выключают» структурные гены, управляют синтезом белков в клетке, и в конечном счете от их деятельности зависят функции клетки.

Ген – функциональная единица наследственности. Он играет важную роль в наследовании признаков разными организмами. На генном уровне организации наследственного материала обеспечиваются индивидуальное наследование и индивидуальное изменение отдельных признаков и свойств клеток, организмов данного вида. Некоторые гены вообще не действуют, а лишь передаются из поколения в поколение. Это рудиментные гены (их называют псевдогенами).

Один ген — один фермент

Существенную роль в понимании проблемы реализации гена в признак сыграла концепция один ген — один фермент, выдвинутая Дж. Бидлом (см. БИДЛ Джордж Уэллс)и Э. Тейтемом (см. ТЕЙТЕМ Эдвард)в 1940-х годах, согласно которой каждый ген определяет структуру какого-либо белка-фермента. В последующем она была трансформирована в концепцию один ген — одна полипептидная цепь. Кроме белков, имеющих в своем составе один или два идентичных полипептида (специфическая последовательность аминокислот в макромолекуле), существуют сложные белки, состоящие из двух или более полипептидных цепей, синтез которых контролируется двумя или более неаллельными генами. Н-р, в синтезе белка гемоглобина (см. гемоглобин) участвуют два неаллельных гена a и b, один контролирует синтез a-полипептидной цепи (141 аминокислота), а другой — синтез b-полипептидной цепи (146 аминокислот). В цитоплазме клетки две a-цепи объединяются с двумя b -цепями, образуя функциональную структуру молекулы гемоглобина — тетрамер. Число разных аминокислот равно 19, а общее число аминокислот — 574.

Принцип работы гена (транскрибирующей единицы) на примере лактозного оперона.

Строением оперонов. Со строением оперонов и принципом регуляции экспрессии входящих в них генов можно ознакомиться на примере лактозного оперона. Этот оперон состоит из трех генов — lacZ, lacY и lacA, продукты которых — Р-галактозидаза, Р-галактозид-пермеаза и Р-галактозидтрансацетилаза, соответственно, — необходимы для использования лактозы в качестве источника углерода. Оперон имеет один промотор и перекрывающийся с ним оператор, а также один основной терминатор транскрипции, поэтому все входящие в него гены транскрибируются в одну полигенную молекулу мРНК. На ней одновременно синтезируются все три белка, так как каждый входящий в нее ген обладает собственным сайтом связывания рибосом. Одновременно при необходимости прекращается и экспрессия всех генов оперона, что осуществляется путем посадки молекул репрессора на оператор. Ген lad репрессора лактозного оперона, расположенный рядом, экспресси-руется конститутивно, так что в отсутствие лактозы оперон не функционирует (негативная регуляция). Замена Сахаров в среде на лактозу приводит к дерепрессии (индукции) оперона, так как она обладает способностью связываться с репрессором и инактивировать его. Таким образом, лактоза является индуктором ас-оперона.

Регуляция экспрессии оперонов, обеспечивающих синтез каких-либо низкомолекулярных веществ (например, аминокислот), обычно осуществляется конечными продуктами, которые выступают в данном случае как корепрессоры. По достижении определенной концентрации эти продукты объединяются с молекулами репрессоров, способствуя тем самым их связыванию с операторами и блокированию транскрипции оперонов. Некоторые опероны, определяющие синтез аминокислот, дополнительно регулируются с помощью так называемых аттенюаторов.

Молекулярные механизмы мутагенеза.

Мутагенез, процесс возникновения наследственных изменений — мутаций, появляющихся естественно (спонтанно) или вызываемых (индуцируемых) различными физическими или химическими факторами — мутагенами. В основе М. лежат изменения в молекулах нуклеиновых кислот, хранящих и передающих наследственную информацию. Эти изменения выражаются в виде генных мутаций или хромосомных перестроек.

Общие закономерности мутагенеза

Мутации возникают не мгновенно. Вначале под воздействием мутагенов возникает предмутационное состояние клетки. Различные репарационные системы стремятся устранить это состояние, и тогда мутация не реализуется. Основу репарационных систем составляют различные ферменты, закодированные в генотипе клетки (организма). Таким образом, мутагенез находится под генетическим контролем клетки; это – не физико-химический, а биологический процесс.