Молекулярная биология и медицинская генетика (Часть 2)
Тема 1: Генетический аппарат клетки.
Тема 2: Молекулярные механизмы регуляции экспрессии генов у прокариот и эукариот.
Тема 3: Клеточный цикл и деление клетки.
Тема 4: Молекулярно-генетические механизмы регуляции и пролиферации.
Тема 5:.Общая характеристика молекулярных событий при апоптозе.
Тема 6: Генетика индивидуального развития.
Тема 7: Мутационная изменчивость. Мутагенез. Мутагенные факторы. Типы мутаций. Репарация.
Тема 8: Генетика врожденных пороков развития.
Тема 9: Рубежный контроль – коллоквиум
Тема 1: Генетический аппарат клетки.
Цель: изучить свойства различных генов и этапы упаковки хромосом, уметь классифицировать гены и определять хромосомы в кариотипе человека.
Задачи обучения: Изучение свойства гена. Изучение классификация хромосом и генов.
Изучение уровней организации хроматина.
Изучение морфологии хромосом. Классификация хромосом. Изучение типов хромосом в кариотипе человека.
Основные вопросы темы:
1. Свойства генов.
2. Функциональная классификация гена.
3. Как называется место расположения гена на хромосоме?
4. Что такое хроматин, гетерохроматин, эухроматин?
5. В какой период клеточного цикла завершается сборка хромосом?
6. Сколько основных этапов или уровней сборки хромосом можно выделить?
7. Перечислите основные этапы организации генетического материала?
8.Как организована нуклеосомная частица?
9.Что такое линкерный участок?
10. Как организованы фибриллы диаметром 10 мм?
11.Как организованы волокна диаметром 30 мм?
12.Что такое хромонема?
13.Высший уровень упаковки хроматина в интерфазном ядре.
14.Особенности строения метафазной хромосомы.
15. Как изменяется толщина и длина упакованного хромосомного материала в клетке?
16. Почему во время экспрессии генов хромосомный материал должен быть распакован или деконденсирован?
17. Что такое кариотип человека? Парижская и Денверская классификация хромосом.
Информационный блок
Геном человека (совокупность генов на ядерной и внеядерной днк) состоит из:
63-74% длины – межгенные пространства, половина из них – повторы
Ген человека внутри «пустой»: 95% внутригенной ДНК вырезается (интроны)
Общая длина белок-кодирующих областей около 1% от геномной ДНК человека.
Сейчас предсказанное число генов у человека 20-25 тысяч и существование около 19 000 из них экспериментально подтверждено – с них образуются транскрипты
К 2001 году в геноме человека было выявлено 1112 «генов болезней» (то есть таких, мутации в которых ведут к заболеванию)
В этих генах обнаружено 44 500 мутаций (в среднем 26 на ген), связанных с заболеваниям
Остальные мутации, около 10 миллионов, связей с болезнями не обнаруживают
Свойства генов и их сущность
Свойство генов |
Сущность свойства гена |
1. Дискретность |
Несмешиваемость генов |
2. Стабильность |
Способность сохранять структуру |
3. Лабильность |
Способность многократно мутировать |
4. Множественный аллелизм |
Многие гены существуют в популяции во множестве молекулярных форм |
5. Аллельное состояние |
В генотипе диплоидных организмов только две формы гена |
6. Специфичность |
Каждый ген кодирует свой продукт |
7. Плейотропия |
Множественный эффект гена |
8. Эксперссивность |
Степень выражения гена в признаке |
9. Пенетрантность |
Частота проявление гена в фенотипе |
10. Амплификация |
Увеличение количества копий гена |
Гены эукариот имеют экзон-интронное строение. Размер интронов от 100 до 10000 пар нуклеотидов.
Количество экзонов и интронов различное (от 1 до 75 и более).
Например, в гене инсулина 1 интрон 2 экзона, в гене бета-глобулина 2 интрона и 3 экзона, а в генах митохондрий, гистона и интерферона интронов нет.
В ядре эукариот ДНК (DNA) связана с белками и РНК. Треть нуклеопротеидного комплекса, называемого хроматином, составляет ДНК.
Хроматин можно видеть в оптический микроскоп только во время деления клеток, когда он находится в конденсированном виде в составе хромосом. Во время интерфазы большая часть хроматина неконденсирована. Морфологически различают эухроматин и гетерохроматин, который более конденсирован, чем эухроматин. Эухроматин соответствует участкам хромосом с активной транскрипцией.
Белки хроматина подразделяются на гистоновые и негистоновые. Гистоны (Б) — небольшие, сильно основные белки, ассоциированные непосредственно с ДНК. Они принимают участие в структурной организации хроматина, нейтрализуя за счет положительных зарядов аминокислотных остатков отрицательно заряженные фосфатные группы ДНК, что делает возможной плотную упаковку ДНК в ядре. Благодаря этому 46 молекул ДНК диплоидного генома человека общей длиной около 2 м, содержащих в сумме 6-109 пар оснований [п.о.], могут поместиться в клеточном ядре диаметром всего 10 мкм.
По две молекулы каждого из гистонов Н2А, Н2В, Н3 и Н4 составляют октамер, обвитый сегментом ДНК длиной 146 п.о., образующим 1,8 витка спирали поверх белковой структуры. Эта частица диаметром 7 нм называется нуклеосомой. Участок ДНК (линкерная ДНК), непосредственно не контактирующий с гистоновым октамером, взаимодействует с гистоном Н1. Этот белок закрывает примерно 20 п.о. и обеспечивает формирование суперспиральной структуры (соленоида) диаметром 30 нм. Когда хроматин конденсируется с образованием метафазной хромосомы, соленоидные структуры образуют петли диаметром 200 нм, содержащие ДНК длиной 80000 п.о. Петли связаны с остовом из белков (ядерный остов), причем примерно 20 петель образуют минидиски. Большое число минидисков укладывается в стопку, составляя хромосому. Вследствие этого ДНК оказывается свернута настолько плотно, что даже самая маленькая хромосома человека содержит около 50 млн п.о.
|
1. ДНК
2. Нуклеосома
3. Хроматиновые фибриллы
4. Хроматиновые волокна
5. Хромонема
6. Хроматиды
|
В зависимости от места положения центромеры и длины плеч, расположенных по обе стороны от нее, различают несколько форм хромосом: равноплечие, или метацентрические (с центромерой посередине), неравноплечие, или субметацентрические (с центромерой, сдвинутой к одному из концов), палочковидные, или акроцентрические (с центромерой, расположенной практически на конце хромосомы), и точковые – очень небольшие, форму которых трудно определить.
Денверская классификация (1964)
При рутинных методах окраски хромосом они различаются по форме и соотносительно размерам. При использовании методик дифференциальной окраски выявляется неодинаковая флуоресценция или распределение красителя по длине хромосомы, строго специфически для каждой отдельной хромосомы и ее гомолога
Парижская классификация (1971)
Свойства теломер:
Хромосомы без теломер начинают сливаться с друг другом. Это ведет к тяжелым генетическим аномалиям.
Теломеры ответственны за прикрепление хромосом к ядерному матриксу
Чем старее клетка, тем короче теломеры, т.к. падает активность строящего их фермента – теломеразы (поэтому клетки не могут делиться бесконечно)
Теломераза всегда активна в стволовых клетках, гаметах, лейкоцитах и раковых клетках.
Политенные хромосомы
Известны случаи, когда репликация ДНК, причем неонократная, не сопровождается формированием хроматид на базе дочерних спиралей. При этом образуются так называемые политенные хромосомы, содержащие многие сотни копий ДНК.
Самостоятельная работа студентов:
Раб.1. Определить и дать название 4 основных этапов упаковки хромосомы. Зарисовать схему.
Раб.2. Рассмотреть схему уровней компактизации наследственного материала (на следующей странице) и ответить на следующие вопросы:
1). Во сколько раз увеличивается в объеме структура наследственного материала, в ходе упаковки ДНК в хромосому?
2). Какие белки используются для этого процесса?
Раб.3. Найти в кариотипе человека (Парижская и Денверская классификации хромосом) и зарисовать 3 основных типа хромосом в зависимости от расположения центромеры.
Раб. 4. (x 8) Политенные хромосомы животных (готовый препарат). Рассмотреть и обозначить: 1 - диски (генные участки), 2 - междисковые пространства (межгенные участки).
Виды контроля:
1. Контроль исходного уровня знаний
2. Разбор результатов самостоятельной работы студентов
3. Контроль итогового уровня знаний
Методы обучения и преподавания: проведение практических занятий, работа с компьютерными моделями и микропрепаратами.
Список рекомендуемой литературы
1. Мушкамбаров Н.Н.Кузнецов С.Н.Молекулярная биология. Учебное пособие для студентов медицинских вузов, Москва: Наука, 2003,544 с.
2. Фаллер Д.М., Шилдс Д. Молекулярная биология клетки, Руководство для врачей. Пер с англ. М.: БИНОМ – Пресс,2003- 272 с.
3. Гинтер Е.К. Медицинская генетика. М., Медицина,2003.
Генетика. Учебник для ВУЗов / Под ред. Академика РАМН В.И. Иванова. – М.: ИКЦ «Академкнига»,2006.-638 с.:ил.
4. Введение в молекулярную медицину./Под. Ред. М.А.Пальцева, М.Медицина, 2004
Дополнительная:
1. Уилсон Дж., Хант Т. Молекулярная биология клетки. Сборник задач. Пер. с англ. –М.,Мир, 1994 -520 с.
2. Казымет П.К., Мироедова Э.П. Биология. Учебное пособие для студентов медицинских вузов. – Астана,2006,2007.
3. Медицинская биология и генетика/ Под.редакцией Куандыкова Е.У.