Santrauka šia tema:
"Biocheminis paveldimumo pagrindas"
1.Baltymai – struktūra ir funkcijos
2. Nukleino rūgštys
H. Transkripcija ir vertimas
4.Genetinis kodas
5. Baltymų biosintezė ląstelėje
6.Genas – funkcinis paveldimumo vienetas, jo savybės.
7. Praktinis molekulinės genetikos taikymas
Tai polimerai, susidedantys iš monomerų – aminorūgščių. Baltymuose yra iki 20 skirtingų aminorūgščių. Kelių aminorūgščių junginiai vadinami peptidais. Priklausomai nuo jų kiekio, E baltymas gali būti dipeptidai, tri-, tetra-, penta- arba polipeptidai (nuo 6-10 iki 300-500 aminorūgščių). Baltymų molekulinė masė svyruoja nuo 5000 iki kelių milijonų. Baltymai vienas nuo kito skiriasi ne tik aminorūgščių sudėtimi ir skaičiumi, bet ir jų kaitos polipeptidinėje grandinėje seka.
Baltymų molekulių organizavimas:
1) pirminė struktūra yra polipeptidinė grandinė, t.y. aminorūgštys, sujungtos kovalentiniais peptidiniais ryšiais grandinės pavidalu;
2) antrinė struktūra – baltyminis siūlas susuktas spiralės pavidalu, paremtas vandeniliniais ryšiais;
4) ketvirtinė struktūra – susideda iš kelių rutuliukų; pavyzdžiui, hemoglobinas susideda iš 4 rutuliukų.
Baltymų funkcijos yra įvairios:
1) katalizinis: fermentiniai baltymai pagreitina organizmo biochemines reakcijas;
2) konstrukcija: baltymai dalyvauja visų ląstelių membranų ir organelių formavime;
3) motorika: baltymai užtikrina raumenų susitraukimą, blakstienų mirgėjimą, histono baltymai, susitraukimą, formuoja chromosomas iš chromatino;
4) apsauginiai: gama-gluulino antikūnai – atpažįsta organizmui svetimas medžiagas ir prisideda prie jų naikinimo;
5) transportavimas: baltymai perneša įvairius junginius (hemoglobinas – deguonis, plazmos baltymai – hormonai, vaistai ir kt.);
6) reguliuojantys: baltymai dalyvauja reguliuojant medžiagų apykaitą (augimo hormonai, insulino hormonai, lytiniai hormonai, adrenalinas ir kt.);
7) energija - suskaidžius 1 g baltymų iki galutinių produktų, išsiskiria 17,6 kJ. Energija.
2. Nukleino rūgštys
Tai apima DNR ir RNR.
1953 metais D. Watsonas ir F. Crickas atrado DNR struktūrą, susidedančią iš dviejų grandinių, spirališkai susisukusių viena kitos atžvilgiu. Kiekviena grandinė yra polimeras, kurio monomerai yra nukleotidai. Kiekvienas nukleotidas susideda iš cukraus dezoksiribozės, fosforo rūgšties liekanos ir vienos iš 4 azoto bazių (adenino, guanino, timino, citozino).
Cukrus yra prijungtas prie fosforo grupės kovalentiniu ryšiu, o su azotinėmis bazėmis - vandenilio ryšiu.
Abi grandinės yra sujungtos silpnais vandeniliniais ryšiais tarp azotinių bazių pagal komplementarumo principą; adeniną papildo timinas, guaniną – citazinas.
Ilgiausia molekulė organizme yra DNR (108 nukleotidai), kurios molekulinė masė labai didelė.
Prieš ląstelių dalijimąsi DNR padvigubėja ir vyksta DNR replikacija. Pirmiausia fermento DNR polimerazės pagalba nutrūksta silpni vandenilio ryšiai tarp dviejų DNR grandinių, o po to į kiekvieną atskirą grandinę pagal komplementarumo principą pridedami nukleotidai (A-T, C-G) ir susidaro 2 DNR grandinės, kurios yra absoliučiai panašūs vienas į kitą. DNR replikacija užtikrina tikslų genetinės informacijos atkūrimą iš kartos ląstelių ir organizmų kaip visumos.
DNR funkcijos:
1) saugo genetinę informaciją, įrašytą kaip nukleotidų seka;
2) perduoda paveldimą informaciją iš branduolio į citoplazmą.
Norėdami tai padaryti, iš DNR padaro mRNR kopiją ir perduoda informaciją į ribosomas – baltymų sintezės vietą;
3) perduoda paveldimą informaciją iš motininės ląstelės dukterinėms ląstelėms, tam prieš ląstelei dalijantis, DNR replikuojasi, o dalijimosi metu histono baltymo pagalba virsta superspirale (į chromosomą);
Be DNR, ląstelėje yra RNR – ribonukleino rūgšties, kuri taip pat yra polimeras, kurio monomerai yra nukleotidai.
Skirtingai nuo DNR, RNR yra: viengrandė molekulė; Tik virusai turi dvigrandę RNR; vietoj cukraus dezoksiribozės, RNR turi cukraus ribozę, o ne timiną, o uracilą;
4) susideda iš mažiau nukleotidų nei DNR.
Priklausomai nuo atliekamų funkcijų, RNR gali būti kelių tipų:
· i-RNR – informacinė arba pasiuntinio RNR – neša informaciją apie baltymo struktūrą iš DNR į ribosomas, ji sudaro ~ 1% viso RNR kiekio.
· t-RNR (transportas) perneša aminorūgštis iš citoplazmos į ribosomas t-RIC sudaro apie 10% viso RIC kiekio ląstelėje;
r-RNR (ribosominė) – sudaro vieną iš ribosomos subvienetų, sudaro apie 90% visos ląstelėje esančios RNR.
3. Transkripcija ir vertimas
DNR yra genetinės informacijos nešėjas. Geno sąvoką 1941 metais pirmą kartą suformulavo D. Beadle ir E. Tatum. Šiuo metu genomas yra DNR molekulės dalis, koduojanti pirminę polipeptido struktūrą. DNR tiesiogiai nedalyvauja baltymų sintezėje. Žmogaus ląstelėse DNR molekulės yra branduolyje ir yra atskirtos branduolio membrana nuo citoplazmos, kurioje vyksta baltymų sintezė. Informaciją neša tarpininkas – i-RNR, kuri pagal komplementarumo principą nuskaito (kopijuoja) informaciją iš DNR dalyvaujant fermentui RIC polimerazei. Nukleotidų sekos arba genetinės informacijos perrašymas vyksta iš vienos DNR grandinės ir vadinamas transkripcija (lot. transcriptio – perrašymas). Jei kopijuojamoje DNR grandinėje yra nukleotido guanino (G), tai fermentas RNR polimerazė į mRNR įtraukia komplementarų citoziną (C); jei yra adenino (A), fermentas apima uracilą (U). Kiekvienos mRNR molekulės ilgis yra šimtus kartų trumpesnis nei DNR. Messenger RNR yra ne visos DNR molekulės kopija, o tik dalis jos – vienas genas, kuris neša informaciją apie baltymo struktūrą. Paruošta mRNR palieka DNR ir patenka į baltymų sintezės vietą. Yra DNR grandinės pasirinkimo transkripcijai „atpažinimo“ mechanizmas - tai „operono“ sistema.
Jį sudaro genai:
1) aktyvatoriaus genas, prie kurio prisijungia RNR polimerazės fermentas;
2) geno promotorius, nurodo transkripcijos vietą, jo pagalba parenkama DNR dalis, kuri veikiant fermentui išsivynioja;
H) genų sintezės pradžia – TAC;
4) genų operatorius – kontroliuoja genų veikimą, mRNR grandinės išplėtimą, RNR polimerazės fermento skatinimą išilgai DNR grandinės;
5) terminatorius genas – DNR dalis, stabdanti transkripciją – ATC, ATT, ACT.
Dėl transkripcijos proceso ląstelėje informacija iš DNR į baltymą perduodama grandinėje: DNR - mRNR - baltymas
Informacijos vertimas iš mRNR į aminorūgščių seką vadinamas vertimu (iš lot. translatio – pernešimas), kuris vyksta ribosomose.
4. Genetinis kodas
Genetinis kodas yra sistema, skirta įrašyti informaciją apie aminorūgščių seką baltymuose, naudojant GRIEŽTAI apibrėžtą nukleotidų seką DNR ir mRNR. Molekulės dalis, susidedanti iš 3 nukleotidų, vadinama tripletu arba kodonu.
Kiekvienas tripletas atitinka tam tikrą aminorūgštį. Iš 4 nukleotidų (adenino, guanino, timino, citozino) galima sukurti 64 skirtingus po 3 nukleotidų derinius. Šie 64 tripletai koduoja 20 aminorūgščių. Todėl aminorūgštį koduoja keli tripletai, tik metioniną koduoja vienas tripletas – AUG ir triptofanas UGG. Ši kodų įvairovė reikalinga patikimam informacijos saugojimui.
Genetinio kodo savybės:
1. Specifiškumas – kiekvienas kodonas koduoja TIK vieną specifinę aminorūgštį;
2. Universalumas – vienas tripletas koduoja tą pačią aminorūgštį visuose gyvuose organizmuose. Tai kalba apie visos gyvybės Žemėje vienybę;
3. Kodas yra nenutrūkstamas – kiekvienas tripletas paveldimas kaip visuma, neskaidant į nukleotidus, o informacijos perrašymas vyksta griežtai tripletu;
4. Triletai UAA, UAG, UGA rodo sintezės pabaigą, nes su jais nėra susijusių aminorūgščių. Jie randami kiekvieno geno gale.
Visa paveldima informacija yra užprogramuota į DNR iRNR perrašo informaciją iš DNR dalies (geno) ir perkelia ją į citoplazmą į ribosomą. Eukariotuose mRNR vis dar nėra subrendusi. Todėl branduolyje ir jam išeinant vyksta jo apdorojimas – brendimas (išpjaunamos neaktyvios dalys ir kiti procesai), todėl iRNR trumpėja.
Subrendusi mRNR perduoda informaciją apie baltymų sintezę į ribosomą. Informacija koduojama tripletų pavidalu VIENAS tripletas (kodonas) koduoja vieną aminorūgštį, o tripletų seka mRNR koduoja aminorūgščių seką baltymo molekulėje.
Kiekvieno organizmo genetinis kodas gali būti identiškas tik identiškiems dvyniams.
5. Baltymų biosintezė
Jis praeina pro ribosomą, prie kurios priartėja mRNR, ir prisitvirtina prie ribosomos funkcinės zonos. Tuo pačiu metu į ribosomą dedami 2 mRNR tripletai.
Ląstelės citoplazmoje visada yra mažiausiai 20 skirtingų tipų aminorūgščių ir jas atitinkančių t-RNR. SU specifinių fermentų PAGALBA aminorūgštys atpažįstamos, aktyvuojamos ir prijungiamos prie t-RNR, kuri jas perkelia į baltymų sintezės vietą ribosomoje. Ribosomoje (i-RNR) yra kodonas, o t-RNR turi antikodoną, papildantį griežtai apibrėžtą i-RNR tripletą.
Jei mRNR ribosomoje yra AUG tripletas, tai tRNR su papildomu antikodonu UAC artės prie jo; jei YGG – tada t-RNR SU antikodonu CCC. Kiekvienas antikodonas turi savo aminorūgštį.
Aminorūgštys viena po kitos pagal kodoną stumiamos į ribosomos funkcinę zoną ir yra viena prie kitos prijungtos peptidiniu ryšiu. Ši reakcija vyksta dideliame ribosomos subvienete.
T-RNR yra išstumtos ir „eina“ į citoplazmą, kad gautų kitą aminorūgštį, o ribosoma pereina į kitą i-RNR tripletą. Taip skaitoma informacija. Kai ribosoma atsiduria ant galutinio tripleto (terminatoriaus geno), baltymų sintezė baigiasi. Sintezė
Hibridas, vadinamas biochemine arba molekuline genetika, pasirodė esąs neįprastai produktyvus ir suteikė daugiau informacijos, nei buvo galima gauti iš genetikos ir biochemijos atskirai (Robert Woods, 1982). Biocheminė genetika – mokslas apie paveldimus biocheminių procesų modelius, kurie yra organizmo gyvybinės veiklos pagrindas normaliomis ir patologinėmis sąlygomis; nukleorūgščių, kurios sudaro materialinį paveldimumo pagrindą, struktūra, funkcija ir sintezė; baltymų biosintezės biosintezė ir genetinis reguliavimas; genetinė reikšmė ir šių procesų pokyčių vaidmuo patologijoje. Pirmasis šios hibridinės disciplinos potencialo požymis buvo 1909 m., kai Garrodas parodė, kad fenilketonurija sukelia aromatinių aminorūgščių fenilalanino ir tirozino metabolizmo sutrikimą. Jis pavadino šią ligą „įgimta medžiagų apykaitos klaida“. Tai biocheminės pleiotropijos pavyzdys, kurį sukelia genų, atsakingų už fermentų sintezę, mutacija. Genotipo nesugebėjimas gaminti šių fermentų lemia tai, kad su maistu gaunama aminorūgštis fenilalaninas kaupiasi kraujo plazmoje, o vėliau – smegenyse. Jo perteklius lemia pleiotropinį poveikį: sergantiems vaikams išsivysto protinis atsilikimas, prarandama kalba, sutrinka judesių koordinacija. Audiniuose kaupiasi tarpiniai keto rūgščių skilimo produktai (fenilacetatas, fenillaktatas), kurie yra toksinai centrinei nervų sistemai. Tai veda į kvailumą ar idiotizmą. Ši liga diagnozuojama naudojant Fehlingo reagentą, kuris įpilamas į mėgintuvėlį su šviežiu šlapimu. Teigiama reakcija yra mėlynai žalios spalvos buvimas. Fenilketonurija yra autosominė recesyvinė liga. Pacientai buvo homozigotiniai dėl recesyvinio alelio (a/a), o heterozigotai (A/a) ir dominuojantys homozigotai (A/A) neturėjo jokių ligos požymių. Specialios dietos pagalba galima išvengti šios ligos.
1914 m. buvo įrodyta, kad pacientams, sergantiems alkaptonurija, trūksta fermento homogentizino rūgšties oksidazės, kuri homogentizino rūgštį paverčia maleilacetoacto rūgštimi, aktyvumo. Liga pasireiškia sulaukus 40 metų ir vyresni, jai būdingi patologiniai galūnių, stuburo sąnarių pakitimai, šlapimo patamsėjimas, širdies ir kraujagyslių ligos, aterosklerozė. Gydoma didelėmis vitamino C dozėmis.
Tirozinozė yra liga, kurią sukelia aminorūgšties tirozino apykaitos sutrikimai. Šios aminorūgšties ir jos metabolitų perteklius organizme sukelia kūdikio vystymosi vėlavimą, kretinizmą, demenciją, inkstų ir kepenų patologijas.
Albinizmas yra liga, kurią sukelia fermento tirozinazės, skatinančios melanino sintezę iš tirozino, nebuvimas. Sergant albinizmu, melanino nėra odoje, plaukuose ir akies rainelėje, o tai sukelia fotofobiją, neryškų matymą, kurtumą su nebyliu, epilepsiją ir odos uždegimą dėl saulės poveikio. Albinizmas gali būti vietinis arba bendras. Vietinis albinizmas niekada nepažeidžia akių, o tik odą ir plaukus – jis paveldimas dominuojančiai. Bendrasis albinizmas paveldimas autosominiu recesyviniu būdu. Gydymo nėra.
Porfirija – tai galvijų liga, atsirandanti dėl medžiagų apykaitos sutrikimų, kai per daug susidaro raudonojo pigmento – porfirino ir jo kaupiasi kraujyje, kauluose, dantyse ir kitose kūno dalyse. Porfirinas yra būtinas hemoglobino komponentas. Per didelis kaupimasis ir pašalinimas yra fermentų metabolizmo blokados pasekmė, kai susidaro hemas iš jo pirmtako, propobilinogeno. Sergantys gyvūnai turi juodai rudą šlapimą ir rausvus dantis. Gyvūnai yra labai jautrūs saulės šviesai ir dėl to nudegimai bei pažeidimai, o vėliau atsiranda odos randų (aplink akis, šnerves, išilgai nugaros, be plaukų). Jei gyvūnas nepaleistas į saulę, liga nepasireikš. Anomalija stebima šorthornų, holšteinų fryzų – pagal autosominį recesyvinį tipą, o kiaulėms – pagal dominuojantį paveldėjimo tipą. Avių porfirija atsiranda dėl per didelio filoeritrino kaupimosi. Sautauno avių ėriukams liga pasireiškia 5–7 savaites. Ėriukų kepenys nesintetina filoeritrino, kuris susidaro irstant chlorofilui bei veikiant saulės spinduliuotei. Kaukolės priekinėje dalyje ir ausyse susidaro egzema, po 2-3 savaičių gyvūnai nugaišta. Paveldimas autosominiu recesyviniu būdu.
Struma – tai jodo trūkumas gyvūnų organizme dėl paveldimų medžiagų apykaitos sutrikimų. Ožkoms struma paveldima dominuojančiai, avims – autosominiu recesyviniu būdu, o kiaulėms – miksedemos (hipertiroidizmo) forma. Sergant šia liga, padaugėja negyvai gimusių veršelių su patinimu ant kaklo arba hidropso fetalis pavidalu.
Išvardintos ligos priskiriamos fermentopatijoms.
1950 metais paaiškėjo, kad genai koduoja fermentus (Mitchell ir Lane).
Genetinis kodas.
Paveldimumo kodas arba genetinis kodas yra DNR molekulės nukleotidų tripletinės sekos pavertimo baltymo molekulėje aminorūgščių seka procesas. Viena iš svarbiausių genetinio kodo savybių yra jo kolineariškumas – aiškus atitikimas tarp nukleorūgščių kodonų sekų ir polipeptidinių grandinių aminorūgščių (lentelė). Genetinio kodo atskleidimui buvo svarbūs M. Nirenbergo ir J. Mattei, o vėliau S. Ochao ir jų bendradarbių tyrimai, kuriuos jie pradėjo 1961 metais JAV.
Genetinio kodo kolineariškumas
Darbo pabaiga -
Ši tema priklauso skyriui:
Tema – veterinarinė genetika ir jos uždaviniai. Populiacijos genetika
Eukariotinė ląstelė, augalų ir gyvūnų grybų ląstelė, yra pagrindinė... citoplazma yra citoplazminės membranos viduje, bet už branduolio ribų ir yra hialoplazma, skystoji dalis ir...
Jei jums reikia papildomos medžiagos šia tema arba neradote to, ko ieškojote, rekomenduojame pasinaudoti paieška mūsų darbų duomenų bazėje:
Ką darysime su gauta medžiaga:
Jei ši medžiaga jums buvo naudinga, galite ją išsaugoti savo puslapyje socialiniuose tinkluose:
Nepaisant to, kad DNR (dezoksiribonukleino rūgštis) žinoma nuo 1869 m. (Atrado Johanas Friedrichas Miescheris) ir jos buvimas chromosomose buvo gerai įrodytas, ši molekulė buvo laikoma per paprasta perduoti paveldimą informaciją. Tik po atidarymo V 1953 m. fizinę ir cheminę DNR struktūrą, J. Watson ir F. Crick galiausiai tapo aišku, kad paveldimos informacijos perdavimas vykdomas naudojant DNR. Nukleorūgštis yra milžiniška molekulė, ilga dviguba spiralė, sudaryta iš daugybės pasikartojančių vienetų, vadinamų nukleotidais.
Nukleotidassusideda iš azoto bazės, cukraus ir fosforo rūgšties liekanų. Azoto bazes sudaro du purino dariniai – adeninas (A) ir guaninas (G) ir trys pirimidino dariniai – citozinas (C), timinas (T) ir uracilas (U).
DNR sudėtis apima A, T, G, C; RNR - A, G, C. O timiną čia pakeičia uracilas. Cukraus, kuris yra nukleotido dalis, yra penki anglies atomai, t.y. yra pentozė. Priklausomai nuo nukleotide esančios pentozės tipo Yra dviejų tipų nukleino rūgštys: dezoksiribonukleino rūgštis (DNR) ir ribonukleorūgštis (RNR). Nukleotiduose prie dezoksiribozės (arba ribozės) molekulės vienoje pusėje yra prijungta azoto bazė, o kitoje – fosforo rūgšties liekana. Pagal J. Watson ir F. Crick pasiūlytą modelį DNR molekulė susideda iš dviejų lygiagrečių polinukleotidų grandinių, susuktų į dvigubą spiralę. Erdvinę DNR struktūrą laiko kartu daug vandenilio jungčių, atsirandančių tarp vienos grandinės purino bazės ir kitos grandinės pirimidino bazės. Nukleotidų struktūra yra tokia, kad jie gali būti vienas priešais kitą tik pagal griežtai apibrėžtą taisyklę: A yra priešais T, G yra priešais C - tai yra bazės komplementarumo principas ( sudaryti papildomas poras: A=T, G=C). Skirtingai nuo DNR, RNR molekulės dažniausiai yra vienos grandinės. Jie yra sukonstruoti panašiai kaip DNR grandinės, tik jų molekulių cukraus-fosfato pagrinde yra ribozės, o ne dezoksiribozės, o vietoj timino (T) juose yra uracilas (U).
IN priklausomai nuo funkcijų, visas RNR galima suskirstyti į kelias klases:
informacinė (i-RNR) arba matrica (m-RNR) apie 5%;
transportavimas (t-RNR) apie 15%;
ribosomų (r-RNR) apie 80 proc.
Kiekviena RNR molekulė atlieka savo specifinę funkciją:
m-RNR neša informaciją apie baltymų struktūrą iš DNR į ribosomas, t.y. tarnauja kaip baltymų sintezės matrica;
tRNR perneša aminorūgštis į ribosomas;
r-RNR kartu su baltymais sudaro ribosomą, sudėtingą organelę, kurioje vyksta baltymų sintezė.
Nukleino rūgščių funkcijos. Nukleino rūgštys atlieka esmines biologines funkcijas. DNR saugo paveldimą informaciją apie visas ląstelės ir viso organizmo savybes. Įvairios RNR rūšys dalyvauja įgyvendinant paveldimą informaciją baltymų sintezės būdu.
Elementarus paveldimumo vienetas yra genas.
Geneyra DNR molekulės dalis, kuriai būdinga jai būdinga nukleotidų seka, kuri gali pasikeisti dėl mutacijos. DNR molekulėje gali būti daug genų. Žmogus turi apie 30-40 tūkstančių genų, kurių kiekvienas atlieka tam tikrą funkciją – koduoja tam tikrą polipeptidą. Kiekviena originali DNR molekulė sukuria daugybę naujų DNR molekulių. Tai vyksta replikacijos proceso metu, kai pagrindinėje DNR užkoduota informacija maksimaliai tiksliai perduodama dukterinei DNR. . Replikacija- vienintelis galimas būdas padidinti DNR molekulių skaičių naudojant fermentą DNR polimerazę, nutrūksta silpni vandenilio ryšiai tarp dviejų DNR grandžių, susidaro viengrandžiai. Tada į kiekvieną grandinę pagal komplementarumo principą pridedami nukleotidai (AT, G-C), sudarydami dvi dvigrandės DNR molekules. Nukleino rūgščių replikacijos procesas visiškai priklauso nuo daugelio fermentų: DNR polimerazės, RNR polimerazės, endonukleazės ir DNR ligazės. Be mechanizmo, užtikrinančio genetinės informacijos (replikacijos) ir materialaus paveldimumo vieneto (geno) išsaugojimą, yra ir paveldimos informacijos įgyvendinimo mechanizmas.
Genetinė informacija realizuojama taip etapai: transkripcija („perrašymas) – genetinės informacijos perkėlimas iš DNR į RNR.
Transkripcija slypi tame, kad vienoje iš DNR grandžių vyksta m-RNR grandinės šabloninė sintezė. Šią sintezę vykdo specialus fermentas – RNR polimerazė, kuri prisitvirtina prie DNR atkarpos pradžios, išvynioja dvigubą DNR spiralę ir, judant išilgai vienos iš sruogų, iš eilės stato šalia jos papildomą RNR grandinę. Susintetintoje RNR grandinėje yra informacija, tiksliai nukopijuota iš atitinkamos DNR dalies. Branduolyje ir iš jo išeinant vyksta apdorojimas – RNR brendimas (neinformatyvių atkarpų iškirpimas), dėl ko RNR sutrumpėja. Tada RNR molekulės palieka branduolį į citoplazmą ir susijungia su ribosomomis, kur vyksta vertimo procesas. Transliacija (vertimas)– RNR teksto vertimo procesas (dekodavimas, kurio metu informacija iš m-RNR kalbos verčiama į aminorūgščių kalbą). Ribosomos vaidina pagrindinį vaidmenį vertime. Ribosomą sudaro du subvienetai - didelis ir mažas, susidedantis iš r-RNR ir baltymų. Ląstelės susintetintos aminorūgštys pristatomos į baltymų surinkimo vietą, t.y. ribosomos per tRNR. Kiekviena m-RNR aminorūgštis atitinka specifinį nukleotidų tripletą, vadinamą šios aminorūgšties kodonu. m-RNR yra kodonai: inicijuojantys kodonai (AUG), kurie lemia baltymų sintezės pradžią; terminacijos kodonai (stop kodonas: UAG, UAA, UGA), baigiantis baltymų sintezei. Signalas užbaigti vertimą yra vienas iš trijų stop kodonų. Genetinė informacija, esanti DNR ir m-RNR, yra molekulių nukleotidų sekoje. Informacija iš nukleotidų kalbos į aminorūgščių kalbą perduodama naudojant genetinį kodą.
Genetinis kodas yra sistema, skirta įrašyti informaciją apie nukleotidų seką DNR ir mRNR. Kodonas– žodis DNR knygoje, t.y. Genetinis kodas yra trigubas.
Genetinio kodo savybės:
1. Kodas yra trigubas. Kiekvieną aminorūgštį koduoja trijų nukleotidų grupė (tirozinas – UAU)
2. Degeneracija (dviprasmiškumas) genetinis kodas. Vieną aminorūgštį gali koduoti ne vienas, o keli nukleotidų tripletai (valinas – GUU, GUC, GUA)
3. Genetikos unikalumas kodas (specifiškumas). Kiekvienas kodonas atitinka tik vieną aminorūgštį, tie. tripletas koduoja tik vieną aminorūgštį(triptofanas – UGG)
4. Nepersidengiantis genetinis kodas. Kiekvienas nukleotidas yra įtrauktas tik į vieną tripletą, o informacijos perrašymas vyksta griežtai tripletu.
5. Genetinio kodo universalumas. Genetinė informacija apie visus organizmus, turinčius skirtingą organizavimo lygį (nuo ramunėlių iki žmonių), užkoduota vienodai.
6. Genetinio kodo tiesiškumas. Kodonai skaitomi tiesiškai (nuosekliai) užkoduoto įrašo kryptimi.
Gene- DNR molekulės dalis, koduojanti arba aminorūgščių seką baltyme, arba skirtingų tipų RNR molekules, dalyvaujančias baltymų sintezėje.
Locus– Tai yra geno vieta chromosomoje.
Genomas yra bendras tam tikros rūšies DNR kiekis, esantis haploidiniame chromosomų rinkinyje.
Chromatinas- DNR kompleksas su specialiais baltymais.
Mitozė– pagrindinis somatinių ląstelių dalijimosi būdas.
Centromeras– pirminis chromosomos susiaurėjimas (nustato chromosomos formą).
Kariotipas– chromosomų rinkinys (žmogus turi 46 chromosomas).
Homoliškas– 22 poros yra vienodos. (23-iosios poros chromosomos yra dviejų tipų: X ir Y).
Lytinės chromosomos– nustatyti 23 poros lytį, Norm XX – moteris, XY – vyras.
Yra tam tikros kariotipo nustatymo taisyklės. Pirmiausia nurodykite bendrą chromosomų skaičių, o tada, kurios lytinės chromosomos įtrauktos į chromosomų rinkinį. Toliau išvardijami, kokie nukrypimai nuo normos atsiranda šiam individui (Taigi normalios moters kariotipas bus rašomas 46,XX, o normalaus vyro kariotipas – 46,XY). Jei vyro ląstelės turi papildomą chromosomą, pavyzdžiui, 21-ąją, kaip tai atsitinka su dažniausiai Dauno liga, kariotipas bus parašytas taip: 46,XY, +21.
Kad atsirastų nauja gyvybė, būtina susilieti dvi pirminės ląstelės – kiaušinėlis ir spermatozoidas, vadinamos gametomis. Kiekvienas iš jų turi vieną iš 23 suporuotos chromosomos_ toks rinkinys vadinamas haploidas. Po susiliejimo susidaro zigota, kurioje yra visas ( diploidas) rinkinys iš 46 chromosomos.
Moters gametoje visada yra tik X chromosoma, kuri būtina bet kokios lyties vaikui. O spermatozoidai gali turėti bet kurią iš lyčių chromosomų – ir X, ir Y. Tai reiškia, kad vaiko lytis priklausys nuo to, kuris spermatozoidas dalyvaus formuojant zigotą. Tai reiškia, kad tėvai nustato, kas jiems gims – sūnus ar dukra.
Molekulinis paveldimumo pagrindas yra DNR. Paveldimų savybių perdavimas atliekamas kopijuojant, tiksliai atkuriant genotipą.
DNR molekulės kopijavimas (replikacija) – tai dukterinės DNR molekulės sintezė ant motininės DNR molekulės matricos, pagrįsta azoto bazių komplementarumo principu.
Baltymų diferenciacija organuose ir audiniuose atsiranda dėl to, kad skirtingų audinių ląstelėse yra transkribuotų ir netranskribuotų DNR dalių, dėl kurių atsiranda skirtingų mRNR ir vyksta įvairių baltymų biosintezė.
Baltymų biosintezės reguliavimas.
Vyksta trumpalaikis ir nuolatinis baltymų biosintezės reguliavimas.
Trumpalaikis reguliavimas atliekamas per represijas ir indukciją operono lygiu. Trumpalaikio reguliavimo tikslas – prisitaikymas prie aplinkos sąlygų.
Stabilus reguliavimas vykdomas veikiant baltymams – histonams, DNR azotinių bazių metilinimui, DNR sekcijų kondensacijai, DNR sekcijų superspiraliavimui.
Stabilaus reguliavimo tikslas yra audinių ląstelių diferenciacija, o tai lemia baltymų polimorfizmą žmogaus organizme.
MUTACIJOS.
Molekuliniai genetinio kintamumo mechanizmai apima mutacijas ir genų rekombinacijas.
Mutacijos atsiranda dėl klaidų replikacijos ar taisymo metu.
Klaidos susideda iš nukleotidų sudėties pasikeitimas arba DNR grandinės pertrauka.
Mutacijos sukelia:
1. egzogeniniai veiksniai (UV, radiacija, cheminiai veiksniai)
2. endogeniniai veiksniai (padidėjusi lipidų peroksidacija, laisvieji radikalai, aldehidai).
Pagal tipą mutacijos skirstomos į:
1. tiesioginiai (nukleotidų pakaitalai, intarpai, delecijos, inversijos);
2. atvirkštinis (reversijos).
Nukleotidų pakeitimas kodone gali nepakeisti kodono reikšmės (kodas išsigimęs) arba sukelti pakitusio baltymo susidarymą.
Įterpus 1 arba 2 nukleotidus viename kodone, vyksta baltymo su atsitiktine aminorūgščių seka biosintezė; 3, 6, 9 nukleotidų intarpai veda į baltymo su išplėsta grandine biosintezę.
Ištrynimas– 1 ar 2 nukleotidų praradimas – veda prie baltymų biosintezės su rėmelio poslinkiu (pasikeitus funkcijai);
3, 6, 9 nukleotidų praradimas – iki sutrumpintų baltymų atsiradimo (pasikeitus funkcijai arba be jos).
Inversija– baltymo molekulės C ir N galų pokyčiai.
Reversija– atvirkštinė mutacija, veda prie iš pradžių prarasto geno atstatymo.
Biologinė mutacijų reikšmė:
naudingos mutacijos padeda organizmui prisitaikyti prie aplinkos sąlygų,
žalingi – paveldimos ligos, vaistų netoleravimas, navikai, imunodeficitai.
Lytinėse ląstelėse atsirandančios mutacijos yra paveldimos, tačiau somatinėse ląstelėse jos nėra paveldimos, tačiau gali sukelti navikų vystymąsi.
Molekulinės ligos atsiranda dėl mutacijų, dėl kurių sumažėja baltymų kiekis (hipotranliacija) ir atsiranda defektinių baltymų, kurių funkcija sutrikusi (nemetabolinė ir metabolinė disfunkcija).
Molekulinės ligos skirstomos į fermentopatijas (sutrikusią fermentų biosintezę baltymų, lipidų, angliavandenių, NK metabolizme) ir patologijas, susijusias su nefermentinio pobūdžio baltymų (atskiri plazmos baltymai – albuminai, proteazės inhibitoriai, baltymai) nebuvimu arba trūkumu. lipoproteinų komponentai, kallikreino-kinino sistemos baltymai, imunoglobulinai, hemoglobino baltymai).
Genų inžinerija siekiama sukurti naujus fenotipus tiesiogiai persodinant genus į recipiento ląstelių DNR.
Genų inžinerijos tikslas – ištaisyti paveldimus defektus, sukurti naujus vaistus (insuliną, somatotropiną, interferonus), sukurti naujus mikroorganizmus.
Šiuolaikiniai molekulinės genetinės DNR struktūros analizės metodai.
Paveldima informacija yra saugoma ir įgyvendinama DNR molekulėje. Visa žmogaus ląstelės branduolinė DNR yra sudaryta iš 23 porų molekulių, atitinkančių chromosomas. Žmogaus DNR yra daugiau nei 3 milijardai nukleotidų porų. Mitochondrijų DNR nepatenka į kiaušialąstę apvaisinimo metu, todėl mitochondrijų DNR nukleotidų seka yra identiška asmenims, kilusiems iš bendro protėvio motinos linija. Tiek branduolinė, tiek mitochondrinė DNR turi konservuotų regionų, kurie yra vienodi visiems žmonėms, tačiau jie kaitaliojasi su kintamomis sritimis, kurių nukleotidų seka keičiasi dėl mutacijų. Viena iš kintamųjų sričių, vadinamoji D kilpa, dažniausiai tiriama nustatant giminystę, DNR – žmonių ir elitinių gyvūnų sertifikavimas, DNR – paveldimų įgimtų ligų diagnostikai, itin tiksliai laboratorinei lytiniu keliu plintančių ligų diagnostikai. (chlamidijos, ureaplazmozė, mikoplazmozė, citomegalovirusinė infekcija ir AIDS).
Tyrimo eiga. Tyrimui pakanka turėti vieną DNR molekulę (giminystei nustatyti, DNR sertifikatui ar įgimtai ligai nustatyti) arba bent vienos bakterijos (laboratorinei diagnostikai). Naudojant polimerazės grandininę reakciją (PGR), tiriamo DNR fragmento matricoje atkuriama daug identiškų fragmentų, kurių pakanka tyrimams. Naudojant gelio elektroforezę, DNR fragmentai atskiriami pagal fragmentų dydį.
Tada, naudojant nukleotidų analizatorių, tiriama nukleotidų seka kintamose branduolinės DNR srityse. Šie apibrėžimai leidžia mums nustatyti ryšio laipsnį. Nukleotidų sekos tyrimai mitochondrijų DNR D kilpoje leidžia nustatyti motinos giminystės laipsnį.
Rusijoje šios srities tyrimai atliekami pagal mokslinę ir techninę programą „Žmogaus genomas“. Tyrimams reikalingi labai specializuoti specialistai, reagentai ir sudėtinga įranga, kuri sutelkta specialiuose tyrimų institutuose. Maskva, Sankt Peterburgas, Rostovas prie Dono, Novosibirskas. Šiandien pasaulyje sukurtos kompiuterinės duomenų bazės, leidžiančios identifikuoti mitochondrijų DNR nukleotidų derinius ne tik vaikams ir tėvams, bet ir tolimiems giminaičiams. Žinoma, kuo toliau santykiai, tuo sunkiau jį identifikuoti, pavyzdžiui, individas 50 % nukleotidų perduoda savo vaikams, o 25 % – anūkams. DNR molekulinės genetinės struktūros analizė šiuo metu yra viena brangiausių, tačiau absoliučiai tiksli.
Klausimai savarankiškam mokymuisi.
1. Kaip vadinamos nukleino rūgštys? Kaip jie klasifikuojami?
2. DNR ir RNR cheminės sudėties panašumai ir skirtumai. 1 ir 2 konstrukcijos.
3. DNR ir RNR funkcijos žmogaus organizme.
4. Kokias funkcijas žmogaus organizme atlieka laisvieji mononukleotidai?
5. Kas vadinama matricos biosinteze?
6. Kaip vadinama replikacija? Proceso lokalizacija, stadijos, fermentai.
7. Kaip vadinama transkripcija? Proceso lokalizacija, stadijos, fermentai.
8. Kas yra transliacija? Proceso lokalizacija, stadijos, fermentai.
9. Biocheminiai paveldimumo mechanizmai.
10. Biocheminiai kintamumo mechanizmai.
11. Kokios yra mutacijų žmogaus organizme biologinės pasekmės?
Literatūra V. K. Kukhta 75 – 86 p.
Sukūrė klinikinės biochemijos mokytoja S. M. Novikova
