BASES MOLÉCULAIRES DE LA GÉNÉTIQUE
Structure de l'ADN
L'unité fonctionnelle élémentaire de l'hérédité qui détermine le développement d'un trait est le gène. Des recherches ont montré que le substrat matériel de l'hérédité et de la variabilité sont les acides nucléiques découverts par Miescher en 1869 dans les noyaux des cellules de pus.
ADN – acide désoxyribonucléique un polymère dont le monomère est un nucléotide. Le nucléotide est constitué d'un sucre - pentose, d'une base azotée et d'un résidu acide phosphorique. Les bases azotées appartiennent à deux groupes : les purines (adénine, guanine), les pyrimidines (cytosine, thymine). Une base azotée est ajoutée au premier atome de carbone C1, un groupe hydroxyle OH est ajouté à C3, C4 est connecté à C5, auquel est ajouté un résidu d'acide phosphorique.
En 1953, J. Watson et F. Crick ont proposé la formule développée de l'ADN.
Structure primaire de l'ADN - Ce sont des nucléotides connectés séquentiellement qui forment une chaîne nucléotidique. Chaque nucléotide suivant est connecté au précédent en faisant réagir le phosphate d'un nucléotide avec l'hydroxyle d'un autre, de sorte qu'une liaison phosphodiester s'établisse entre eux. L'assemblage d'une chaîne polynucléotidique se produit avec la participation de l'enzyme polymérase dans le sens 5 – 3. Le début de la chaîne porte toujours un groupe phosphate en position 5 et l'extrémité inférieure porte un groupe hydroxyle en position 3.
Structure secondaire de l'ADN – ce sont deux chaînes polynucléotidiques reliées entre elles par des bases azotées selon le principe de complémentarité A-T, C-G et liaisons hydrogène. Il y a 2 connexions entre A et T et 3 connexions entre C et G. Les chaînes polynucléotidiques sont antiparallèles, c'est-à-dire la direction d'une chaîne est 5-3, la direction de l'autre est 3-5.
Structure tertiaire de l'ADN – deux chaînes forment une spirale torsadée autour de son propre axe. Fondamentalement, l'hélice de l'ADN est tordue de gauche à droite. Il existe plusieurs formes d'ADN droitier : la forme A, qui contient 11 paires de nucléotides par tour ; Forme B – 10 paires de nucléotides ; Forme C – 9 paires de nucléotides. Il existe des zones dans lesquelles l'ADN est tordu de droite à gauche - en forme de Z - 12 paires de nucléotides.
Actuellement, l’étude de l’hélice spatiale tridimensionnelle de l’ADN se poursuit.
réplication de l'ADN
L'une des principales propriétés du matériel héréditaire est la capacité de l'ADN à s'auto-dupliquer - la réplication. La réplication se produit pendant la période synthétique d'interphase. Au cours du processus de réplication, un brin fille complémentaire de celui-ci est synthétisé sur chaque chaîne polynucléotidique de la molécule d'ADN mère. En conséquence, deux doubles hélices identiques sont formées à partir d’une double hélice d’ADN. Cette méthode de réplication est dite semi-conservatrice, car dans les molécules d’ADN résultantes, un brin est le brin mère, l’autre est le brin fille.
Pour la réplication, les brins d’ADN maternel doivent être séparés les uns des autres pour devenir une matrice. Pour ça Enzyme ADN - hélicase détruit les liaisons hydrogène entre les bases azotées des chaînes d'ADN. Les chaînes séparées sont redressées à l’aide de protéines déstabilisantes pour former une fourche de réplication. La synthèse des brins filles d'ADN est réalisée à l'aide de Enzyme ADN polymérase . Cependant, pour démarrer la synthèse, il faut Amorce d'ARN (synthétisé à l'aide de Primases d'ARN ), à partir de 10 nucléotides pour obtenir une extrémité C 3 libre avec un groupe OH. La synthèse du fil fille dans la direction 5-3 se construit en continu et ce fil est appelé menant. En raison du fait que le brin d'ADN opposé est antiparallèle, l'enzyme ADN polymérase ne peut pas ajouter de nucléotides dans la direction opposée, de sorte qu'un autre brin fille est construit en sections - les fragments d'Okazaki. Dans chaque fragment, la direction de synthèse est 5-3 et la synthèse commence également par l'amorce ARN. Ensuite, à l'aide d'une enzyme ADN ligases L'amorce d'ARN est retirée et les fragments d'Okazaki sont cousus ensemble, de sorte que ce brin est quelque peu en retard par rapport au brin principal et est appelé - en retard(sens du fil 3-5).
Chez les procaryotes, les fragments d'Okazaki contiennent de 1 000 à 2 000 nucléotides, chez les eucaryotes ils sont plus courts - de 100 à 200 nucléotides. Le taux de synthèse des protéines chez les procaryotes est de 1 000 nucléotides par seconde, chez les eucaryotes - 100 nucléotides par seconde. Le fragment d'ADN depuis le point d'origine de la réplication jusqu'au point de sa terminaison forme l'unité de réplication du réplicon. Chez les procaryotes, tout l'ADN est constitué d'un seul réplicon ; chez les eucaryotes, l'ADN contient un grand nombre de réplicons (les humains en ont 50 000).
Niveaux de compactage de l'ADN
Il existe 5 niveaux de compactage de l’ADN connus :
1 – nucléosomal
2 – nucléomérique
3 – chromomère
4 – chromonémique
5 – chromosomique.
1 - Niveau nucléosome Le compactage de l'ADN est représenté par un brin d'ADN et des protéines histones et ressemble à une chaîne de billes. Les histones sont présentées en cinq fractions : H1, H2A, H2B, H3, H4. Étant des protéines basiques chargées positivement, les histones se lient assez fermement à la molécule d’ADN, ce qui empêche la lecture des informations biologiques qu’elle contient. C'est leur fonction de régulation.
H1 – histone riche en lysine
H2A, H2B – histone moyennement riche en lysine
H3, H4 – histone riche en arginine
Les nucléosomes contiennent 8 molécules de quatre fractions de protéines histones : H2A, H2B. H3 et H4, qui forment un octamère. Un brin d'ADN est enroulé 1,7 fois autour de l'octomère, maintenu en place par l'histone H1. Un octomère avec un brin d'ADN est un nucléosome. Entre les nucléosomes, le brin d’ADN est appelé brin de liaison. Le nombre de paires de nucléotides dans le nucléosome et le lieur est compris entre 200 et 240. La réduction du brin d'ADN au premier niveau nucléosomal est de 7 fois.
2 - Niveau nucléomérique – représenté par des globules constitués de 8 à 12 nucléosomes.
3 - Niveau chromomérique – est représenté par des boucles à la base desquelles se trouvent des protéines acides non histones capables de reconnaître des séquences nucléotidiques spécifiques de l'ADN extranucléosomal. Ces protéines rassemblent ces régions pour former des boucles. Réduire le brin d'ADN de 30 fois.
4 - Niveau chromonémique – apparaît en raison de la convergence des boucles chromomères dans un ordre linéaire avec la formation d'un fil chromomère.
5 – Niveau chromosomique – est formé à la suite du repliement hélicoïdal du chromonème (ou chromatide). Le niveau chromosomique correspond au degré maximum de compaction de l’ADN et est atteint lors de la métaphase de la mitose (méiose).
Le degré inégal de compactage des différentes régions chromosomiques revêt une grande importance fonctionnelle. Selon l'état de la chromatine, on les distingue euchromatique régions de chromosomes caractérisées par une densité de compaction plus faible dans lesquelles se trouvent les gènes actifs et qui sont capables d'une décompaction et d'une transcription rapides pour la synthèse des protéines.
Hétérochromatique les zones sont caractérisées par l’absence de gènes actifs et une densité plus élevée de compactage de l’ADN. Il existe une hétérochromatine structurelle (constitutive) et facultative.
Structural est formé d’ADN non transcrit (satellite). Contenu dans les régions télomériques et péricentromériques.
Un exemple d'hétérochromatine facultative est le corps de Bar, qui est l'un des deux chromosomes X chez une femme.
Fractions d'ADN :
1 – fraction de répétitions uniques – 1 à 3 à 5 fois par génome. Ces sections d'ADN contiennent des gènes structurels.
2 – fraction de répétitions modérées 10 2 -10 5 répétitions. Ces zones contiennent des informations sur les protéines ARNr, ARNt et histones.
3 – fraction de répétitions multiples jusqu'à 10 6 . Ces sections d’ADN sont appelées ADN satellite. Ces zones ne sont pas informatives et sont situées dans les régions télomériques et à proximité des centromères. Ils participent à la régulation de l'activité des gènes, à la conjugaison des chromosomes lors de la formation des bivalents, et sont des régions espaceurs (séparatrices) entre les régions informatives de l'ADN.
GÉNÉTIQUE BIOCHIMIQUE- une branche de la génétique qui étudie les mécanismes de contrôle génétique des processus biochimiques, est apparue comme une direction indépendante avec le passage de la recherche génétique au niveau moléculaire. B. étudie : la nature chimique du gène ; le « sens » moléculaire de l’enregistrement des informations génétiques ; la « signification » moléculaire des mutations et des recombinaisons au niveau des gènes ; mécanismes de transmission de l'information génétique dans le processus de synthèse des protéines et de régulation de ce processus ; la nature moléculaire de la formation d'un trait héréditaire. L'objet des recherches de B. concerne tous les organismes vivants, des virus aux humains inclus. La méthodologie de B. est basée sur un ensemble de principes de recherche génétiques et biochimiques [méthodes d'analyse génétique (voir), méthodes de biologie moléculaire pour étudier l'expression de traits, méthodes de chimie des protéines pour étudier la séquence d'acides aminés qu'elles contiennent. et clarifier la nature des dommages causés aux protéines en pathologie héréditaire, etc., etc.].
Les premières données prouvant la différence biochimique entre individus ont été obtenues par K. Landsteiner (1900) en prenant l'exemple de la spécificité biochimique des groupes sanguins humains. Un peu plus tard, en 1909, Garrod (A. Garrod) publia la monographie « Erreurs innées du métabolisme », marquant ainsi le début de la biopsie des maladies humaines. Garrod a révélé la nature chimique de l'alcaptonurie (voir), montrant que l'alcaptone (acide homogentisinique) est sécrétée dans l'urine des patients atteints de cette maladie. Les patients atteints de cette maladie sont porteurs homozygotes d'une paire de gènes mutants récessifs (voir les lois de Mendel), qui déterminent le déficit de l'enzyme homogentisine oxydase.
Le tournant dans le développement du biogaz a été l’utilisation de micro-organismes comme objets de recherche. L'avantage des micro-organismes pour la recherche génétique est déterminé par les circonstances suivantes : a) structure unicellulaire ; b) la rapidité du changement de génération, qui permet d'étudier des événements génétiques qui se produisent à faible fréquence (recombinaison, transformation) ; c) la capacité d'analyser un grand nombre d'individus simultanément ; d) une facilité exceptionnelle de culture et de sélection sur milieux nutritifs artificiels, ainsi que la présence d'un ensemble haploïde de chromosomes. Les principes de base pour étudier la nature des mutants bactériens ont été proposés par Beadle et Tatum (G. W. Beadle, E. L. Tatum, 1941). L'objet de leurs recherches - la moisissure Neurospora - peut se développer sur un milieu minimal, c'est-à-dire un milieu composé uniquement d'eau, de quelques sels et de glucose, uniquement dans le cas où aucune de ses voies métaboliques n'a été bloquée à la suite d'un changement de mutation. . Si une telle mutation se produit, alors la croissance est possible à condition d'ajouter au milieu minimal une substance dont la synthèse est bloquée. En faisant varier les substances ajoutées au milieu minimal, il est possible de déterminer quel maillon de la chaîne de biosynthèse est défectueux chez un mutant donné.
À partir de 68 000 souches de Neurospora, Beadle et Tatem ont isolé 380 mutants, dont la plupart nécessitaient soit différents acides aminés et vitamines, soit des précurseurs pour la biosynthèse des acides nucléiques nécessaires à leur croissance. L'identification biochimique de ces mutants a permis d'élucider les principales étapes de la synthèse des acides aminés, des sucres, des acides nucléiques, etc. Un exemple est l'étude de la chaîne de biosynthèse de l'arginine. On sait que chez les mammifères, les précurseurs de la biosynthèse de l'arginine sont l'ornithine et la citrulline. Lors d'expériences avec divers mutants de neurospora dépendants de l'arginine, il a été constaté que certains d'entre eux se développent sur un milieu contenant de l'ornithine et de la citrulline, tandis que d'autres se développent uniquement avec de la citrulline. Par conséquent, la séquence de synthèse de l’arginine doit être la suivante : ornithine – citrulline – arginine.
Sur la base d'expériences similaires, Beadle et Tatem ont formulé l'un des principes de base de la biogéochimie : « un gène - une enzyme », c'est-à-dire que chaque caractéristique biochimique d'un organisme est déterminée génétiquement et que la synthèse de chaque enzyme (protéine) est contrôlée par un gène spécifique. Plus tard, cette formulation a été clarifiée : « un gène - une chaîne polypeptidique », puisque la synthèse d'enzymes et de protéines non enzymatiques (hémoglobine), constituées de plusieurs sous-unités polypeptidiques, est codée par plusieurs gènes. Pour ces travaux, Beadle et Tatem ont reçu le prix Nobel.
Pour étudier le métabolisme de certains composés biologiquement importants, en particulier les vitamines et les pigments, les mutants auxotrophes sont largement utilisés (voir Microorganismes auxotrophes). Les mutants auxotrophes d'Escherichia coli ont été utilisés dans un certain nombre de pays pour identifier un certain nombre de maladies héréditaires chez l'homme. D. M. Goldfarb (1968) a proposé une méthode d'utilisation de mutants auxotrophes pour tester totalement les nouveau-nés pour détecter la présence excessive de certains acides aminés dans leur sang. Si sur un support minimal, où une goutte du matériau à tester est appliquée sur la surface de la coupe, il y a une augmentation du nombre de mutants dépendant d'un acide aminé, alors cela indique la présence d'un acide aminé dans le matériau et, par conséquent , une violation du métabolisme des acides aminés chez les nouveau-nés. Les différents niveaux de dépendance des mutants en acides aminés permettent de juger grossièrement de la quantité d'acides aminés dans le matériau. Si nécessaire, l'enfant subit un examen plus approfondi (voir méthode Guthrie).
Un problème fondamental pour la biosynthèse était la liaison des gènes, dont les produits constituent une chaîne unique de biosynthèse. Le scientifique américain F. Hartman a montré que les gènes qui contrôlent la biosynthèse de l'histidine sont localisés sur la carte génétique dans un ordre correspondant approximativement aux étapes de sa biosynthèse. Cependant, la correspondance entre la liaison des gènes et la proximité des maillons dans la chaîne de biosynthèse n'est pas une règle ferme tant pour les micro-organismes que pour les animaux supérieurs, y compris les humains. Le phénomène de regroupement des gènes a servi de base à la conclusion selon laquelle les gènes du corps fonctionnent harmonieusement et que leur fonctionnement est régulé dans le temps.
La fonction des gènes (appelée structurelle) est régulée par les produits d'autres gènes, appelés régulateurs. La somme des gènes structurels et régulateurs constitue une unité fonctionnelle appelée opéron (voir).
La synthèse d'une chaîne polypeptidique comprend deux étapes principales : la transcription (voir) de l'information génétique et sa traduction (voir). L'information génétique est enregistrée dans les molécules d'ADN sous la forme d'une séquence spécifique de quatre nucléotides. Selon le modèle de J. Watson et F. Crick, l'ADN est constitué de deux chaînes antiparallèles, désignées droite et gauche (voir Acides désoxyribonucléiques). La chaîne d'ADN à partir de laquelle l'information génétique est copiée est appelée transcrite. Dans différents gènes, les brins droit et gauche de l’ADN peuvent être transcrits. La transition de la transcription d'un brin d'ADN à un autre est l'un des moyens de réguler l'action des gènes. La possibilité fondamentale de l’existence d’une telle régulation a été prouvée pour la première fois par le scientifique soviétique R. B. Khesin (1962).
De grands succès en biogéologie sont associés à l’élucidation des bases moléculaires de la pathologie héréditaire chez l’homme. Par exemple, il a été démontré que la modification de l'hémoglobine conduisant à l'anémie falciforme est causée par le remplacement du résidu d'acide aminé glutamine dans la chaîne β de l'hémoglobine altérée par l'acide aminé valine (voir Hémoglobine, Hémoglobinopathie). 98 mutations ponctuelles dans les chaînes polypeptidiques des hémoglobines ont déjà été identifiées au niveau des substitutions individuelles d'acides aminés.
L'une des tâches de la biogéologie est l'isolement et l'étude de gènes individuels, ainsi que leur synthèse en laboratoire. Il a été possible d'isoler l'opéron lactose d'Escherichia coli sous sa forme pure [Beckwith et al. (I. Beckwith u. a.)]. La possibilité d'un tel isolement repose sur le fait que deux phages transducteurs non complémentaires différents (voir Transduction) incluaient dans leur ADN la même section du génome bactérien (voir), en l'occurrence l'opéron codant pour la synthèse du lactose. Après cela, l'ADN de ces phages est devenu complémentaire, mais uniquement dans la région incluse (voir Analyse mutationnelle). Grâce à cette circonstance, il a été possible de se débarrasser du matériel non complémentaire et d'isoler un opéron pur. Dans d'autres études, il a été possible d'isoler des gènes individuels pour la synthèse de l'ARN ribosomal (ARN-r) et de l'ARN de transfert (ARN-t).
L'isolement des gènes individuels d'organismes supérieurs est une tâche plus difficile, car l'ADN de ces organismes contient de nombreux gènes. Cependant, dans les cellules synthétisant des protéines spécifiques, il s’est avéré possible d’isoler des ARN messagers (i-ARN) complémentaires de certains gènes. Pour la première fois, de l'ARNm pur a été isolé à partir d'érythrocytes immatures, dont 95 % de la synthèse protéique est assurée par l'hémoglobine. Dans la structure de certains virus (par exemple, dans le virus de la myéloblastose aviaire), on a découvert une enzyme spécifique qui, dans certaines conditions, était capable de synthétiser l'ADN à partir de son ARN complémentaire. Ces réalisations ont permis (1972) de réaliser la synthèse enzymatique d'un gène individuel d'un organisme supérieur en utilisant l'ADN polymérase ARN-dépendante sur une matrice d'ARNm d'hémoglobine [Baltimore et Spiegelman (D. Baltimore, S. Spiegelman)].
À l'heure actuelle, sur la base de B. g., une direction nouvelle et très prometteuse de la biologie moderne a commencé à se développer - le génie génétique (voir), qui se donne pour tâche de rechercher des moyens de guérir les maladies héréditaires en introduisant des « » (voir Thérapie génique).
En URSS, les travaux de recherche en biochimie sont menés dans les départements de biochimie et de pédiatrie des instituts médicaux, dans les départements de biochimie des universités et dans les laboratoires de génétique biochimique des instituts de recherche. Les recherches les plus répandues sur B. sont menées à l'Institut de génétique générale de l'Académie des sciences de l'URSS, aux Instituts de médecine expérimentale et de génétique médicale de l'Académie des sciences médicales de l'URSS et à l'Institut de cytologie et de génétique de la branche sibérienne. de l'Académie des Sciences de l'URSS. Des questions théoriques générales sur les produits biologiques sont en cours de développement dans un certain nombre de domaines spécialisés de la biologie et de la chimie. établissements.
Recherches à l'étranger sur B.G. sont engagés dans des laboratoires biochimiques et cliniques spécialisés dans des universités et des hôpitaux. En Tchécoslovaquie - l'Institut de chimie organique et de biochimie, en France - le Centre national de recherche scientifique, aux États-Unis - l'Institut de biologie moléculaire, le Massachusetts Institute of Technology, ainsi que d'autres centres scientifiques et universités.
En Angleterre, les questions du biogaz sont développées dans des centres spécialisés (The Galton Laboratory, Londres ; The London Hospital Medical College).
Bibliographie: Questions d'actualité de la génétique moderne, éd. S.I. Alikhanyan, M., 1966 ; Wagner R. F. et Mitchell X. K. Génétique et métabolisme, trans. de l'anglais, M., 1958, bibliogr.; Hayes W. Génétique des bactéries et des bactériophages, trans. de l'anglais, M., 1965 ; G a g o d A. E. Erreurs innées du métabolisme, L., 1963 ; Harris H. Une introduction à la génétique biochimique humaine, Cambridge, 1953 ; o n e, Les principes de la génétique biochimique humaine, Amsterdam - L., 1970, bibliogr.
Périodiques- Génétique, M., depuis 1965 ; Avancées de la génétique moderne, M., depuis 1967 ; Annals of Human Genetics, JI., depuis 1956 (1940-1955 - Annals of Eugenics) ; Biochemical Genetics, N.Y., depuis 1967 ; Clinical Genetics, Copenhague, depuis 1970 ; Recherche génétique, L., depuis 1960 ; Génétique, Baltimore, depuis 1916.
Yu. P. Vinetsky, S. I. Gorodetsky.
L'hybride, appelé génétique biochimique ou moléculaire, s'est avéré exceptionnellement productif et a fourni plus d'informations que celles qui pouvaient être obtenues séparément de la génétique et de la biochimie (Robert Woods, 1982). La génétique biochimique est la science des schémas héréditaires des processus biochimiques, qui constituent la base de l'activité vitale du corps dans des conditions normales et pathologiques ; structure, fonction et synthèse des acides nucléiques, qui constituent la base matérielle de l'hérédité ; biosynthèse et régulation génétique de la biosynthèse des protéines ; signification génétique et rôle des changements dans ces processus en pathologie. La première indication du potentiel de cette discipline hybride est venue en 1909, lorsque Garrod a montré que la phénylcétonurie était causée par un trouble du métabolisme des acides aminés aromatiques, la phénylalanine et la tyrosine. Il a qualifié cette maladie d’« erreur innée du métabolisme ». Ceci est un exemple de pléiotropie biochimique provoquée par une mutation des gènes responsables de la synthèse des enzymes. L'incapacité du génotype à produire ces enzymes conduit au fait que l'acide aminé phénylalanine fourni avec les aliments s'accumule dans le plasma sanguin puis dans le cerveau. Son excès détermine l'effet pléiotrope : les enfants malades développent un retard mental, une perte de la parole et un manque de coordination des mouvements. Les produits intermédiaires de dégradation des acides cétoniques (phénylacétate, lactate de phényle), qui sont des toxines pour le système nerveux central, s'accumulent dans les tissus. Cela conduit à la stupidité ou à l’idiotie. Cette maladie est diagnostiquée à l'aide du réactif de Fehling, qui est ajouté à un tube à essai contenant de l'urine fraîche. Une réaction positive est la présence d’une couleur bleu-vert. La phénylcétonurie est une maladie autosomique récessive. Les patients étaient homozygotes pour l’allèle récessif (a/a), tandis que les hétérozygotes (A/a) et les homozygotes dominants (A/A) ne présentaient aucun signe de la maladie. Grâce à un régime alimentaire spécial, il est possible de prévenir cette maladie.
En 1914, il a été démontré que les patients atteints d'alcaptonurie ne possèdent pas l'activité de l'enzyme acide homogentisique oxydase, qui convertit l'acide homogentisique en acide maléylacétoacétique. La maladie apparaît à l'âge de 40 ans et plus et se caractérise par des modifications pathologiques des articulations des membres, de la colonne vertébrale, un assombrissement de l'urine, des maladies cardiaques et vasculaires et l'athérosclérose. Traité avec de fortes doses de vitamine C.
La tyrosinose est une maladie causée par des perturbations du métabolisme de l'acide aminé tyrosine. L'accumulation d'un excès de cet acide aminé et de ses métabolites dans l'organisme provoque un retard de développement du nourrisson, du crétinisme, de la démence et des pathologies rénales et hépatiques.
L'albinisme est une maladie causée par l'absence de l'enzyme tyrosinase, qui favorise la synthèse de mélanine à partir de la tyrosine. Dans l'albinisme, la mélanine est absente de la peau, des cheveux et de l'iris de l'œil, ce qui entraîne une photophobie, une vision floue, une surdité avec mutisme, l'épilepsie et une inflammation cutanée due à l'exposition au soleil. L'albinisme peut être local ou général. L'albinisme local n'affecte jamais les yeux, mais uniquement la peau et les cheveux - il est héréditaire de manière dominante. L'albinisme général est hérité de manière autosomique récessive. Il n'y a pas de traitement.
La porphyrie est une maladie du bétail qui résulte de troubles métaboliques entraînant une formation excessive de pigment rouge - la porphyrine et son accumulation dans le sang, les os, les dents et d'autres parties du corps. La porphyrine est un composant essentiel de l'hémoglobine. Une accumulation et une excrétion excessives sont une conséquence du blocage enzymatique du métabolisme lors de la formation de l'hème à partir de son précurseur, le prophobilinogène. Les animaux malades ont une urine brun noir et des dents roses. Les animaux sont très sensibles aux rayons du soleil et en résultent des brûlures et des lésions, puis des cicatrices cutanées (autour des yeux, des narines, le long du dos, zones dépourvues de poils). Si l’animal n’est pas exposé au soleil, la maladie ne se manifestera pas. L'anomalie est observée chez les bovins Shorthorn, Holstein Frisons - selon le type autosomique récessif, et chez les porcs - selon le type de transmission dominant. Un type de porphyrie survient chez le mouton en raison d'une accumulation excessive de phylloérythrine. La maladie apparaît au bout de 5 à 7 semaines chez les agneaux du mouton Southdown. Le foie des agneaux ne synthétise pas la phylloérythrine, qui se forme lors de la dégradation de la chlorophylle et sous l'influence du rayonnement solaire. L'eczéma se forme sur le devant du crâne et sur les oreilles et après 2-3 semaines, les animaux meurent. Hérité de manière autosomique récessive.
Le goitre est un manque d'iode dans le corps des animaux dû à des troubles métaboliques héréditaires. Chez la chèvre, le goitre est hérité de manière dominante, chez le mouton – de manière autosomique récessive et chez le porc – sous forme de myxœdème (hyperthyroïdie). Avec cette maladie, le nombre de veaux mort-nés présentant un gonflement du cou ou sous forme d'hydrops fetalis augmente.
Les maladies répertoriées sont classées comme fermentopathies.
En 1950, il est devenu clair que les gènes codent pour des enzymes (Mitchell et Lane).
Code génétique.
Le code de l'hérédité ou code génétique est le processus de traduction de la séquence triplet de nucléotides d'une molécule d'ADN en séquence d'acides aminés dans une molécule protéique. L'une des propriétés les plus importantes du code génétique est sa colinéarité - une correspondance claire entre les séquences de codons des acides nucléiques et les acides aminés des chaînes polypeptidiques (tableau). Les études de M. Nirenberg et J. Mattei, puis de S. Ochao et de leurs collègues, qu'ils ont commencées en 1961 aux États-Unis, ont été importantes pour la découverte du code génétique.
Colinéarité du code génétique
Fin des travaux -
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Le sujet est la génétique vétérinaire et ses tâches. Génétique des populations
La cellule eucaryote, la cellule des champignons des plantes et des animaux, est la principale... le cytoplasme est situé à l'intérieur de la membrane cytoplasmique mais à l'extérieur du noyau et est le hyaloplasme, la partie liquide et...
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Classification des mutations
Caractéristiques des mutations
1. Les changements mutationnels sont causés par des modifications des structures héréditaires des cellules reproductrices ou somatiques et peuvent être reproduits au fil des générations, c'est-à-dire qu'ils sont héréditaires ;
2. Les mutations se produisent soudainement chez des individus isolés, sont aléatoires, de nature non directionnelle, peuvent être récessives et dominantes ;
3. Les mutations peuvent aller dans différentes directions, affecter une ou plusieurs caractéristiques et propriétés et peuvent être précieuses, utiles ou nuisibles. Les mutations qui réduisent la survie des mutants de plus de 10 % sont nocives pour les populations naturelles (Rieger R., Michaelis A., 1967). Dans la pratique agricole, la valeur d'une mutation est déterminée par sa valeur pour la sélection ;
4. Les mêmes mutations peuvent se produire de manière répétée.
1. Génomique (polyploïdie)
A) Haploïdie
B) Euploïdie
Autopolyploïdie
Alloploïdie
B) Hétéroploïdie
2. Aberrations chromosomiques
Effacement
Définition
Inversion
Reproduction
Fragmentation
Translocation
Transposition
Substitution de nucléotides dans l'ADN
Insertion ou suppression de nucléotides dans l'ADN
La polyploïdie est mutation génomique causée par une modification du nombre de chromosomes dans les cellules, ainsi que par le processus d'émergence ou de création de mutants génomiques (polyploïdes). La polyploïdie est plus fréquente chez les plantes et constitue une réaction protectrice de l'organisme (il y a plus de plantes polyploïdes en montagne). Les polyploïdes diffèrent des diploïdes par leur fertilité. Les haploïdes sont des organismes qui possèdent un seul ensemble de chromosomes. Les cellules haploïdes ne contiennent que la moitié de l'ensemble somatique de chromosomes (n) inhérent à une espèce donnée, c'est-à-dire le même nombre de chromosomes que dans les cellules germinales normales - les gamètes. Haploïdes sont stériles, mais peuvent se reproduire par parthénogénétique et persister par multiplication végétative.
Euploïdes(vrais polyploïdes) - organismes dont les cellules contiennent plus de deux ensembles haploïdes de chromosomes de la même espèce ou il existe une connexion et une augmentation multiple d'ensembles de chromosomes d'espèces différentes. Autopolyploïdes– les organismes dont les cellules contiennent plus de deux ensembles haploïdes de chromosomes inhérents à une espèce donnée (triploïdes (3 n nombre de chromosomes), tétraploïdes (4 n), pentaploïdes (5 n), hexaploïdes (6 n), etc.). L'autopolyploïdie provoque des modifications des caractères morphologiques et des propriétés inhérentes aux types originaux. Chez les polyploïdes, la taille du noyau et de la cellule dans son ensemble augmente, ainsi que le nombre d'organites cytoplasmiques - plastes, mitochondries, ribosomes. Les allopolyploïdes sont des polyploïdes interspécifiques dont le caryotype contient des doubles ensembles de chromosomes d'espèces différentes. Les allopolyploïdes ont généralement les caractéristiques et les propriétés des formes parentales diploïdes originales dans diverses combinaisons, comme c'est généralement le cas avec l'hybridation interspécifique et intergénérique. La polyploïdisation permet de restaurer la fertilité, puisque les hybrides interspécifiques et intergénériques sont généralement stériles.
Hétéroploïdes – ou les aneuploïdes sont des organismes dont le nombre de chromosomes n'est pas un multiple du nombre haploïde (2n-1, 2n+1). La raison de l'émergence des hétéroploïdes peut être le manque de séparation des chromosomes en chromatides, en l'absence de conjugaison des chromosomes homologues. En fonction du nombre de chromosomes supplémentaires ou manquants, les termes suivants sont utilisés : 2n-1 12 – monosomique, 2n-2 12 – nullisomique, 2n+1 5 – trisomique, 2n+2 5 – tétrasomique. L'indice indique le numéro de la paire de chromosomes dans le caryotype dans laquelle le nombre de chromosomes a changé.
La polyploïdie est extrêmement rare chez les animaux. Par exemple, le hamster doré a 44 chromosomes dans son caryotype, tandis que les animaux d'autres genres du hamster gris et commun en ont 22. Des femelles tétraploïdes ont été obtenues à partir de l'axolotl. Lorsqu'ils ont été croisés avec des mâles diploïdes, une progéniture triploïde complètement stérile a été obtenue. L'hypogonadisme bovin est caractérisé par une trisomie du chromosome sexuel X. Ces taureaux sont en retard de croissance et de développement, se caractérisent par un sous-développement des caractères sexuels secondaires et un niveau réduit de production de spermatozoïdes, voire leur absence.
Les maladies suivantes (syndromes de polyploïdie) ont été identifiées et décrites chez l'homme : Le syndrome de Patau est une maladie grave provoquée par une trisomie sur le 13ème chromosome. La fréquence d'apparition est de 1 : 5 000 à 7 000 nouveau-nés. Caractérisé par une polydactylie, des défauts des organes internes (septum cardiaque), du cerveau et une mortalité précoce élevée. Le syndrome de Down est causé par la trisomie 21-1. La fréquence d'apparition est de 1 : 700-800 naissances. Caractérisé par un retard mental, des articulations lâches et des défauts de forme de la tête et du visage. La monosomie sur le chromosome X provoque le syndrome de Shershevsky-Turner. Caractérisé par l'infertilité (puisque ces femmes n'ont pas d'ovaires), le sous-développement des caractéristiques sexuelles et une petite taille. Il y a eu des cas où des hommes sont nés avec un seul chromosome X et le chromosome Y est absent en raison d'une mutation aneuploïde. En médecine, ce syndrome est appelé syndrome de Klinefelter. Caractérisé par un sous-développement des testicules et un physique eunuchoïde. La trisomie sur le chromosome 8 entraîne un certain nombre d'anomalies - strabisme, défauts de la structure des ongles, hypertrophie du nez et des oreilles et retard mental. La nullisomie (absence totale de chromosome) est mortelle pour l'homme. La nullisomie sur un chromosome ou un autre peut entraîner la mort et est associée à des changements phénotypiques.
La grande majorité des gènes du corps sont strictement localisés, chaque gène est situé à un endroit précis sur l'un des chromosomes. À l’aide de méthodes génétiques et cytologiques, une carte génétique peut être établie pour chaque chromosome. Seuls certains éléments génétiques dits mobiles (« gènes sauteurs ») peuvent être dispersés à différents endroits sur les chromosomes et sont capables de se déplacer de temps en temps vers d'autres endroits sur le même chromosome ou sur un autre chromosome.
Considérons les aberrations chromosomiques (réarrangements).
La nature du réarrangement chromosomique dépend en grande partie de l'état du chromosome au moment de l'exposition au facteur mutagène. Si le chromosome est à l'état de simple brin (période G 1 d'interphase, anaphase et télophase de mitose), alors dans la période suivante d'interphase S, il double et l'aberration reste dans les deux chromatides, c'est-à-dire des aberrations chromosomiques se produisent. Si un mutagène agit sur un chromosome dans un état double brin (période G 2 ou S d'interphase, prophase et métaphase de mitose), une aberration ne peut survenir que dans une seule chromatide. Dans ce cas, il y a réarrangements chromatides.
Il existe des aberrations intra- et interchromosomiques.
Aberrations intrachromosomiques.
Effacement– perte d'une section d'un chromosome dans sa partie médiane, qui contient généralement tout un complexe de gènes. En cas de perte de la section terminale, une suppression du terminal se produit - défi. Lorsque la délétion et la carence impliquent un petit fragment d’un chromosome, cela provoque un changement de trait, tel qu’une coloration jaune du corps et des yeux blancs chez la drosophile. Des délétions importantes entraînent la mort de l'organisme. La myélose chronique chez l'homme illustre les effets néfastes des délétions importantes. Cette forme grave de leucémie, caractérisée par la prolifération incontrôlée de certains types de globules blancs, est provoquée par une délétion très importante d'un des autosomes de la 21e paire.
Inversion- résulte d'une cassure chromosomique en deux endroits simultanément, avec préservation de la section interne, qui retrouve le même chromosome après une rotation de 180 o. L'inversion n'affecte pas le phénotype de l'individu. L'hétérozygotie par inversion interfère grandement avec la conjugaison normale lors de la méiose et des cellules germinales aneuploïdes se forment. Chez les individus homozygotes pour le chromosome inversé, la conjugaison en méiose se déroule normalement. Le résultat de l'inversion peut être une progéniture hétéroploïde ou une infertilité. Les inversions sont courantes dans la nature. En particulier, de nombreuses données ont été obtenues sur la répartition des inversions dans les populations de différentes espèces de mouches, de moustiques et de moucherons, dans lesquelles les inversions sont facilement détectées dans les chromosomes des glandes salivaires, où elles sont de taille énorme et ont un champ clairement défini. structure.
Reproduction– doublement d'une région chromosomique. Caractérisé par de faibles manifestations phénotypiques. En termes évolutifs, les duplications enrichissent les génotypes avec de nouveaux gènes (yeux en forme de bande chez la drosophile avec duplication du gène Bar).
Aberrations interchromosomiques.
Translocation- échange de régions entre chromosomes non homologues. Chez les individus hétérozygotes pour la translocation, la conjugaison des chromosomes homologues est perturbée et des gamètes non viables se forment (ou mortalité embryonnaire précoce). Ces individus se caractérisent par une fertilité réduite ou une progéniture hétéroploïde se forme (mutants du ver à soie, où les mâles éclosent uniquement à partir de testicules blancs et forment des cocons plus grands pour la sériciculture).
Transposition (insertion)- il s'agit de l'insertion en n'importe quel endroit d'un chromosome d'un élément génétique mobile (MGE), transféré là d'un autre endroit sur le même ou sur un autre chromosome. Le génome d'un organisme peut contenir plusieurs MGE différents au total, ils peuvent représenter 10 à 15 % du génome. Les mutations provoquées par transposition sont parfois instables (réversibles). Pour les bactéries, il a été démontré que des transpositions MGE peuvent se produire entre espèces étroitement apparentées, ainsi qu'entre le chromosome bactérien et le génome du virus (phage) qui l'infecte.
Fragmentation– se produit à la suite d’une cassure de chromosomes ou de chromatides à plusieurs endroits en même temps. Provoque l'émergence de mutants mortels.
Génétique, ou pousser les mutations– il s'agit d'un changement dans la structure de la molécule d'ADN dans une section d'un gène spécifique codant pour la synthèse de la molécule protéique correspondante (ou de changements persistants dans des gènes individuels). Dans tout organisme, les mutations génétiques entraînent des modifications extrêmement diverses de diverses caractéristiques morphologiques, physiologiques et biochimiques. Chez les bactéries, les mutations génétiques modifient la couleur et la forme des colonies, la motilité cellulaire, la vitesse de leur division, la capacité à fermenter divers sucres, la résistance aux températures élevées, aux médicaments, la susceptibilité à l'infection par les phages, la capacité à se développer sur un nutriment inférieur. milieu, toxicité, etc. Chez la drosophile, à la suite de mutations génétiques, la couleur, la taille et la structure des yeux, la taille, la forme et la nervure des ailes, la structure de l'abdomen, de la poitrine, des pattes et des antennes, le nombre, l'épaisseur et la forme des les poils, la fertilité, l'espérance de vie et la vitesse de développement des réflexes conditionnés changent. Le schéma des mutations génétiques est, en termes généraux, universel pour tous les êtres vivants.
Les mutations génétiques peuvent être dominantes, récessives ou semi-dominantes. Un exemple serait mutation dominante chez la drosophile, provoquant le développement de poils sur les nervures des ailes de la mouche. Plusieurs allèles du gène scut – sc 1, sc 2, sc 3 – ont provoqué différents modèles de réduction des soies sur le corps de la drosophile. Pour la première fois allélisme multiple a été créé en 1930 par A.S. Serebrovsky, N.P. Dubinin et B.P. L'allélisme multiple est un état différent du même locus (gène), provoqué par des mutations push qui déterminent différentes manifestations du même trait ou de la même propriété. Les allèles d’un seul gène résultant d’une mutation push sont appelés allèles multiples. Un exemple frappant d'allélisme multiple sont les allèles codant pour la synthèse de la globine, une protéine nécessaire à la formation de molécules complexes d'hémoglobine dans le sang. Il existe 100 types connus d’hémoglobine, contrôlés par une série d’allèles multiples. À l'état homozygote, l'hémoglobine provoque une maladie héréditaire grave - la drépanocytose.
Le processus de restauration de la structure originale et de réparation des dommages causés à la molécule d'ADN est appelé réparation. La photoréactivation et la réparation du noir sont les plus étudiées. La photoréactivation est réalisée par une enzyme photoréactivatrice. La lumière active l’enzyme et restaure la structure originale de la molécule d’ADN endommagée par les rayons ultraviolets. La réparation sombre se déroule en plusieurs étapes avec la participation de quatre types d'enzymes, dont l'action séquentielle corrige les dommages à l'ADN (endonucléase - examine, endonucléase - élargit une section d'ADN, ADN polymérase - synthétise, ligase - fixe l'ADN synthétisé).
Les différences génétiques dans l'activité des enzymes de réparation de l'ADN sont l'une des principales raisons des différentes résistances des organismes à l'action des mutagènes, notamment les rayonnements ionisants et les rayons ultraviolets. De telles différences existent non seulement entre des individus génotypiquement différents au sein d’une même espèce, mais également entre des espèces égales. Ainsi, les humains souffrent d’une maladie congénitale connue appelée xeroderma pigmentosum. La peau de ces personnes est anormalement sensible au soleil et, en cas d'exposition intense, se couvre de grosses taches pigmentaires, s'ulcère et parfois le processus devient malin (cancer de la peau). Xeroderma pigmentosum est causée par une mutation qui inactive le gène responsable de la synthèse d'une enzyme qui répare les dommages causés à l'ADN des cellules de la peau par la partie ultraviolette du soleil.
La connaissance des différents types de mutations et des causes de leur apparition est nécessaire à la sélection pratique des micro-organismes, des plantes cultivées et des animaux domestiques, ainsi qu'à la médecine vétérinaire et à la médecine destinée au diagnostic, à la prévention et à la recherche de moyens de traiter les animaux et les humains. maladies.
Les succès les plus frappants concernent la sélection de bactéries et de champignons, producteurs d'antibiotiques et d'autres substances biologiquement actives. L'activité du champignon radiant, producteur de vitamine B12, a été multipliée par 6 et celle de la bactérie, productrice d'acide aminé lysine, a augmenté de 300 à 400 fois. L'induction artificielle de mutations est utilisée et est économiquement justifiée dans la sélection végétale. Le blé, le seigle, le maïs, l'orge et d'autres cultures sont supérieurs à leurs formes originales en termes de rendement, de teneur en protéines, de maturité précoce, de résistance à la verse et à diverses maladies. Le généticien soviétique V.A. Strunnikov. Une méthode adaptée à la sériciculture pratique et désormais largement mise en œuvre pour obtenir uniquement une progéniture mâle à partir de vers à soie a été développée. Les cocons mâles contiennent 25 à 30 % plus de soie que les cocons femelles.
L'hybride, appelé génétique biochimique ou moléculaire, s'est avéré exceptionnellement productif et a fourni plus d'informations que celles qui pouvaient être obtenues séparément de la génétique et de la biochimie (Robert Woods, 1982). Génétique biochimique– est la science des schémas héréditaires des processus biochimiques qui sont à la base de l’activité vitale de l’organisme dans des conditions normales et pathologiques ; structure, fonction et synthèse des acides nucléiques, qui constituent la base matérielle de l'hérédité ; biosynthèse et régulation génétique de la biosynthèse des protéines ; signification génétique et rôle des changements dans ces processus en pathologie. La première indication du potentiel de cette discipline hybride date de 1909, lorsque Garrod démontra que maladie de phénylcétonurie causée par une violation du métabolisme des acides aminés aromatiques phénylalanine et tyrosine. Il a qualifié cette maladie d’« erreur innée du métabolisme ». Ceci est un exemple de pléiotropie biochimique provoquée par une mutation des gènes responsables de la synthèse des enzymes. L'incapacité du génotype à produire ces enzymes conduit au fait que l'acide aminé phénylalanine fourni avec les aliments s'accumule dans le plasma sanguin puis dans le cerveau. Son excès détermine l'effet pléiotrope : les enfants malades développent un retard mental, une perte de la parole et un manque de coordination des mouvements. Les produits intermédiaires de dégradation des acides cétoniques (phénylacétate, lactate de phényle), qui sont des toxines pour le système nerveux central, s'accumulent dans les tissus. Cela conduit à la stupidité ou à l’idiotie. Cette maladie est diagnostiquée à l'aide du réactif de Fehling, qui est ajouté à un tube à essai contenant de l'urine fraîche. Une réaction positive est la présence d’une couleur bleu-vert. La phénylcétonurie est une maladie autosomique récessive. Les patients étaient homozygotes pour l’allèle récessif (a/a), tandis que les hétérozygotes (A/a) et les homozygotes dominants (A/A) ne présentaient aucun signe de la maladie. Grâce à un régime alimentaire spécial, il est possible de prévenir cette maladie.
En 1914, il fut démontré que les patients alcaptonurie il n'y a aucune activité de l'enzyme, l'acide homogentisique oxydase, qui convertit l'acide homogentisique en acide maléylacétoacétique. La maladie apparaît à l'âge de 40 ans et plus et se caractérise par des modifications pathologiques des articulations des membres, de la colonne vertébrale, un assombrissement de l'urine, des maladies cardiaques et vasculaires et l'athérosclérose. Traité avec de fortes doses de vitamine C.
Tyrosinose– une maladie causée par des perturbations du métabolisme de l’acide aminé tyrosine. L'accumulation d'un excès de cet acide aminé et de ses métabolites dans l'organisme provoque un retard de développement du nourrisson, du crétinisme, de la démence et des pathologies rénales et hépatiques.
Albinisme– une maladie provoquée par l’absence de l’enzyme tyrosinase, qui favorise la synthèse de mélanine à partir de la tyrosine. Dans l'albinisme, la mélanine est absente de la peau, des cheveux et de l'iris de l'œil, ce qui entraîne une photophobie, une vision floue, une surdité avec mutisme, l'épilepsie et une inflammation cutanée due à l'exposition au soleil. L'albinisme peut être local ou général. L'albinisme local n'affecte jamais les yeux, mais uniquement la peau et les cheveux - il est héréditaire de manière dominante. L'albinisme général est hérité de manière autosomique récessive. Il n'y a pas de traitement.
Porphyrie- une maladie des bovins résultant de troubles métaboliques entraînant une formation excessive de pigment rouge - la porphyrine et son accumulation dans le sang, les os, les dents et d'autres parties du corps. La porphyrine est un composant essentiel de l'hémoglobine. Une accumulation et une excrétion excessives sont une conséquence du blocage enzymatique du métabolisme lors de la formation de l'hème à partir de son précurseur, le prophobilinogène. Les animaux malades ont une urine brun noir et des dents roses. Les animaux sont très sensibles aux rayons du soleil et en résultent des brûlures et des lésions, puis des cicatrices cutanées (autour des yeux, des narines, le long du dos, zones dépourvues de poils). Si l’animal n’est pas exposé au soleil, la maladie ne se manifestera pas. L'anomalie est observée chez les bovins Shorthorn, Holstein Frisons - selon le type autosomique récessif, et chez les porcs - selon le type de transmission dominant. Un type de porphyrie survient chez le mouton en raison d'une accumulation excessive de phylloérythrine. La maladie apparaît au bout de 5 à 7 semaines chez les agneaux du mouton Southdown. Le foie des agneaux ne synthétise pas la phylloérythrine, qui se forme lors de la dégradation de la chlorophylle et sous l'influence du rayonnement solaire. L'eczéma se forme sur le devant du crâne et sur les oreilles et après 2-3 semaines, les animaux meurent. Hérité de manière autosomique récessive.
Goitre– manque d'iode dans l'organisme des animaux dû à des troubles métaboliques héréditaires. Chez les chèvres, le goitre est hérité de manière dominante, chez les moutons – de manière autosomique récessive et chez les porcs – sous forme de myxœdème (hyperthyroïdie). Avec cette maladie, le nombre de veaux mort-nés présentant un gonflement du cou ou sous forme d'hydrops fetalis augmente.
Les maladies répertoriées comprennent aux fermentopathies.
En 1950, il est devenu clair que les gènes codent pour des enzymes (Mitchell et Lane).
Code génétique.
Le code de l'hérédité ou code génétique est le processus de traduction de la séquence triplet de nucléotides d'une molécule d'ADN en séquence d'acides aminés dans une molécule protéique. L'une des propriétés les plus importantes du code génétique est sa colinéarité– une correspondance claire entre les séquences de codons des acides nucléiques et les acides aminés des chaînes polypeptidiques (tableau). Les études de M. Nirenberg et J. Mattei, puis de S. Ochao et de leurs collaborateurs, qu'ils commencèrent en 1961 aux États-Unis, furent importantes pour la découverte du code génétique.
Colinéarité du code génétique
La base moléculaire de l'hérédité est l'ADN. Le transfert des propriétés héréditaires s'effectue par copie, reproduction exacte du génotype.
La copie d'une molécule d'ADN (réplication) est la synthèse d'une molécule d'ADN fille sur la matrice de la molécule d'ADN mère, basée sur le principe de complémentarité des bases azotées.
La différenciation des protéines dans les organes et les tissus est due à la présence de sections d'ADN transcrites et non transcrites dans les cellules de différents tissus, ce qui conduit à l'apparition de différents ARNm et à la biosynthèse de diverses protéines.
Régulation de la biosynthèse des protéines.
Il existe une régulation à court terme et persistante de la biosynthèse des protéines.
La régulation à court terme s'effectue par répression et induction au niveau de l'opéron. L’objectif de la régulation à court terme est l’adaptation aux conditions environnementales.
Une régulation stable est réalisée par l'action de protéines - histones, méthylation des bases azotées de l'ADN, condensation des sections d'ADN, surenroulement des sections d'ADN.
L’objectif d’une régulation stable est différenciation cellulaire tissulaire, ce qui conduit au polymorphisme des protéines dans le corps humain.
MUTATIONS.
Les mécanismes moléculaires de la variabilité génétique comprennent les mutations et les recombinaisons de gènes.
Les mutations surviennent en raison d'erreurs lors de la réplication ou de la réparation.
Erreurs consister en changement dans la composition des nucléotides ou rupture de brin d'ADN.
Les mutations provoquent :
1. facteurs exogènes (UV, rayonnements, facteurs chimiques)
2. facteurs endogènes (augmentation de la peroxydation lipidique, radicaux libres, aldéhydes).
Par type, les mutations sont classées en :
1. direct (substitutions, insertions, délétions, inversions de nucléotides) ;
2. inverser (réversions).
La substitution de nucléotides dans un codon ne peut pas changer la signification du codon (le code est dégénéré) ni conduire à la formation d'une protéine altérée.
Les insertions de 1 ou 2 nucléotides dans un codon conduisent à la biosynthèse d'une protéine avec une séquence d'acides aminés aléatoire ; des insertions de 3, 6, 9 nucléotides conduisent à la biosynthèse d'une protéine à chaîne allongée.
Effacement– perte de 1 ou 2 nucléotides – conduit à la biosynthèse des protéines avec un décalage de cadre (avec un changement de fonction) ;
perte de 3, 6, 9 nucléotides – jusqu’à l’apparition de protéines tronquées (avec ou sans changement de fonction).
Inversion– des changements dans les extrémités C et N de la molécule protéique.
Réversion– la mutation inverse, conduit à la restauration du gène initialement perdu.
Signification biologique des mutations :
des mutations bénéfiques aident l'organisme à s'adapter aux conditions environnementales,
nocif - maladies héréditaires, intolérances médicamenteuses, tumeurs, immunodéficiences.
Les mutations qui se produisent dans les cellules germinales sont héréditaires, mais dans les cellules somatiques, elles ne sont pas héritées, mais peuvent conduire au développement de tumeurs.
Les maladies moléculaires résultent de mutations qui conduisent à une diminution du nombre de protéines (hypotranlation) et à l'apparition de protéines défectueuses dont la fonction est altérée (dysfonctionnement non métabolique et métabolique).
Les maladies moléculaires sont classées en enzymopathies (altération de la biosynthèse des enzymes dans le métabolisme des protéines, lipides, glucides, NK) et en pathologies associées à l'absence ou à la carence de protéines de nature non enzymatique (protéines plasmatiques individuelles - albumines, inhibiteurs de protéase, protéines composants des lipoprotéines, protéines du système kallicréine-kinine, immunoglobulines, protéine de l'hémoglobine).
Le génie génétique vise à créer de nouveaux phénotypes en transplantant directement des gènes dans l'ADN des cellules receveuses.
Le but du génie génétique est de corriger les anomalies héréditaires, de créer de nouveaux médicaments (insuline, somatotropine, interférons) et de créer de nouveaux micro-organismes.
Méthodes modernes d'analyse génétique moléculaire de la structure de l'ADN.
Les informations héréditaires sont stockées et mises en œuvre dans la molécule d'ADN. Tout l'ADN nucléaire d'une cellule humaine est contenu sous la forme de 23 paires de molécules correspondant aux chromosomes. L'ADN humain contient plus de 3 milliards de paires de nucléotides. L'ADN mitochondrial ne pénètre pas dans l'ovule lors de la fécondation ; par conséquent, la séquence nucléotidique de l'ADN mitochondrial est identique chez les individus descendant d'un ancêtre commun de la lignée maternelle. L'ADN nucléaire et l'ADN mitochondrial ont conservé des régions qui sont les mêmes chez tous les individus, mais elles alternent avec des régions variables, dont la séquence nucléotidique change à la suite de mutations. L'une des régions variables, appelée boucle D, est le plus souvent étudiée lors de l'établissement de la parenté, l'ADN - certification des humains et des animaux d'élite, pour l'ADN - diagnostic des maladies congénitales héréditaires, pour le diagnostic en laboratoire de haute précision des maladies sexuellement transmissibles (chlamydia, uréeplasmose, mycoplasmose, infection à cytomégalovirus et SIDA).
Avancement de l'étude. Pour la recherche, il suffit d'avoir une molécule d'ADN (pour établir une parenté, une certification ADN ou une maladie congénitale) ou au moins une bactérie (pour le diagnostic en laboratoire). Grâce à une réaction en chaîne par polymérase (PCR), un grand nombre de fragments identiques, suffisants pour la recherche, sont reproduits sur la matrice du fragment d'ADN étudié. Par électrophorèse sur gel, les fragments d’ADN sont séparés en fonction de leur taille.
Ensuite, à l’aide d’un analyseur de nucléotides, la séquence de nucléotides dans les régions variables de l’ADN nucléaire est examinée. Ces définitions nous permettent d'établir le degré de relation. Les études de la séquence nucléotidique dans la boucle D de l'ADN mitochondrial permettent de déterminer le degré de parenté maternelle.
En Russie, des recherches dans ce domaine sont menées dans le cadre du programme scientifique et technique « Génome humain ». La recherche nécessite des spécialistes hautement spécialisés, des réactifs et des équipements complexes, concentrés dans des instituts de recherche spéciaux. Moscou, Saint-Pétersbourg, Rostov-sur-le-Don, Novossibirsk. Aujourd'hui, des bases de données informatiques ont été créées dans le monde qui permettent d'identifier des combinaisons de nucléotides d'ADN mitochondrial non seulement chez les enfants et les parents, mais aussi chez des parents éloignés. Bien sûr, plus la relation est longue, plus il est difficile de l'identifier : par exemple, un individu transmet 50 % des nucléotides à ses enfants, et 25 % à ses petits-enfants. L'analyse de la structure génétique moléculaire de l'ADN est actuellement l'une des plus coûteuses, mais absolument précise.
Questions pour l'auto-apprentissage.
1. Comment appelle-t-on les acides nucléiques ? Comment sont-ils classés ?
2. Similitudes et différences dans la composition chimique de l'ADN et de l'ARN. Structures 1 et 2.
3. Fonctions de l'ADN et de l'ARN dans le corps humain.
4. Quelles sont les fonctions des mononucléotides libres dans le corps humain ?
5. Qu'appelle-t-on biosynthèse matricielle ?
6. Comment s’appelle la réplication ? Localisation, étapes, enzymes du processus.
7. Comment s’appelle la transcription ? Localisation, étapes, enzymes du processus.
8. Qu'est-ce qui est diffusé ? Localisation, étapes, enzymes du processus.
9. Mécanismes biochimiques de l'hérédité.
10. Mécanismes biochimiques de variabilité.
11. Quelles sont les conséquences biologiques des mutations dans le corps humain ?
Littérature V. K. Kukhta pp. 75 – 86.
Développé par le professeur de biochimie clinique S. M. Novikova
