GENENETİĞİN MOLEKÜLER TEMELLERİ
DNA yapısı
Bir özelliğin gelişimini belirleyen kalıtımın temel işlevsel birimi gendir. Araştırmalar, kalıtımın ve değişkenliğin maddi substratının, 1869'da Miescher tarafından irin hücrelerinin çekirdeğinde keşfedilen nükleik asitler olduğunu göstermiştir.
DNA – deoksiribonükleik asit monomeri bir nükleotid olan bir polimer. Nükleotid bir şeker pentoz, bir azotlu baz ve bir fosforik asit kalıntısından oluşur. Azot bazları iki gruba aittir: purin (adenin, guanin), pirimidin (sitozin, timin). Birinci karbon atomu C1'e nitrojenli bir baz eklenir, C3'e bir hidroksil grubu OH eklenir, C4, C5'e bağlanır ve buna bir fosforik asit kalıntısı eklenir.
1953'te J. Watson ve F. Crick, DNA'nın yapısal formülünü önerdiler.
DNA'nın birincil yapısı - Bunlar, bir nükleotid zinciri oluşturan sırayla bağlanan nükleotidlerdir. Sonraki her nükleotid, bir nükleotidin fosfatını diğerinin hidroksili ile reaksiyona sokarak bir öncekine bağlanır, böylece aralarında bir fosfodiester bağı oluşur. Bir polinükleotid zincirinin birleşmesi, polimeraz enziminin 5 – 3 yönünde katılımıyla gerçekleşir. Zincirin başlangıcı her zaman 5. pozisyonda bir fosfat grubu, alt ucu ise 3. pozisyonda bir hidroksil grubu taşır.
DNA'nın ikincil yapısı – bunlar A-T, C-G ve hidrojen bağları tamamlayıcılık ilkesine göre azotlu bazlar aracılığıyla birbirine bağlanan iki polinükleotid zinciridir. A ile T arasında 2, C ile G arasında 3 bağlantı vardır. Polinükleotid zincirleri antiparaleldir, yani. bir zincirin yönü 5-3, diğerinin yönü 3-5'tir.
DNA'nın üçüncül yapısı – iki zincir kendi ekseni etrafında bükülmüş bir spiral oluşturur. Temel olarak DNA sarmalı soldan sağa doğru bükülür. Sağ-elli DNA'nın çeşitli formları vardır: Her turda 11 nükleotid çifti içeren A-formu; B-formu – 10 nükleotid çifti; C-formu – 9 nükleotid çifti. DNA'nın sağdan sola doğru büküldüğü alanlar vardır - Z şeklinde - 12 nükleotid çifti.
Şu anda, uzaysal üç boyutlu DNA sarmalının incelenmesi devam etmektedir.
DNA kopyalama
Kalıtsal materyalin ana özelliklerinden biri, DNA'nın kendi kendini kopyalama, yani replikasyon yeteneğidir. Çoğaltma, interfazın sentetik periyodu sırasında meydana gelir. Çoğaltma işlemi sırasında, ana DNA molekülünün her polinükleotid zincirinde ona tamamlayıcı bir yavru iplik sentezlenir. Sonuç olarak, bir DNA çift sarmalından iki özdeş çift sarmal oluşur. Bu çoğaltma yöntemine yarı korunumlu denir çünkü Ortaya çıkan DNA moleküllerinde bir iplikçik ana iplikçik, diğeri ise yavru iplikçiktir.
Çoğaltma için anne DNA iplikçiklerinin bir şablon oluşturacak şekilde birbirinden ayrılması gerekir. Bunun için DNA enzimi - helikaz DNA zincirlerinin azotlu bazları arasındaki hidrojen bağlarını yok eder. Ayrılan zincirler, bir replikasyon çatalı oluşturacak şekilde dengesizleştirici proteinlerin yardımıyla düzleştirilir. DNA yavru iplikçiklerinin sentezi kullanılarak gerçekleştirilir. DNA polimeraz enzimi . Ancak sentezi başlatmak için gerekli olan RNA astarı (kullanılarak sentezlendi RNA primazları ), bir OH grubu ile serbest bir C3 ucu elde etmek için 10 nükleotidden. Kız ipliğin 5-3 yönünde sentezi sürekli olarak yapılır ve bu ipliğe denir. önde gelen. Karşıt DNA ipliğinin antiparalel olması nedeniyle, DNA polimeraz enzimi nükleotidleri ters yönde ekleyemez, bu nedenle bölümler halinde başka bir kardeş iplikçik oluşturulur - Okazaki fragmanları. Her fragmanda sentez yönü 5-3 olup sentez de RNA primeri ile başlar. Daha sonra bir enzim yardımıyla DNA ligazları RNA primeri çıkarılır ve Okazaki parçaları birbirine dikilir, böylece bu iplik, öndeki ipliğin biraz gerisinde kalır ve buna - denir. gecikme(iplik yönü 3-5).
Prokaryotlarda Okazaki fragmanları 1000 ila 2000 nükleotid içerir, ökaryotlarda ise daha kısadır - 100 ila 200 nükleotid. Prokaryotlarda protein sentezi hızı saniyede 1000 nükleotid, ökaryotlarda ise saniyede 100 nükleotiddir. Replikasyonun başlangıç noktasından bitiş noktasına kadar olan DNA fragmanı, replikon replikasyon birimini oluşturur. Prokaryotlarda tüm DNA tek bir replikondur; ökaryotlarda DNA çok sayıda replikon içerir (insanlarda 50.000 replikon vardır).
DNA sıkıştırma seviyeleri
Bilinen 5 DNA sıkıştırma seviyesi vardır:
1 – nükleozomal
2 – nükleomerik
3 – kromomerik
4 – kromonemik
5 – kromozomal.
1 - Nükleozom seviyesi DNA sıkışması, bir DNA ipliği ve histon proteinleri ile temsil edilir ve bir boncuk zincirine benzer. Histonlar beş fraksiyon halinde sunulur: H1, H2A, H2B, H3, H4. Pozitif yüklü temel proteinler olan histonlar, DNA molekülüne oldukça sıkı bağlanarak içerdiği biyolojik bilgilerin okunmasını engeller. Bu onların düzenleyici işlevidir.
H1 - lizin açısından zengin histon
H2A, H2B – orta derecede lizin açısından zengin histon
H3, H4 - arginin açısından zengin histon
Nükleozomlar, histon proteinlerinin dört fraksiyonundan oluşan 8 molekül içerir: H2A, H2B. Bir oktamer oluşturan H3 ve H4. Bir DNA ipliği, histon H1 tarafından yerinde tutulan oktomerin etrafına 1,7 kez sarılır. DNA ipliğine sahip bir oktomer bir nükleozomdur. Nükleozomlar arasındaki DNA ipliğine bağlayıcı iplik adı verilir. Nükleozom ve bağlayıcıdaki nükleotid çiftlerinin sayısı 200-240'tır. DNA zincirinin birinci nükleozomal düzeyde azalması 7 kattır.
2 - Nükleomerik seviye – 8-12 nükleozomdan oluşan küreciklerle temsil edilir.
3 - Kromomerik seviye – tabanında ekstranükleozomal DNA'nın spesifik nükleotid dizilerini tanıyabilen asidik histon olmayan proteinlerin bulunduğu ilmeklerle temsil edilir. Bu proteinler bu bölgeleri bir araya getirerek ilmekler oluşturur. DNA zincirini 30 kat azaltmak.
4 - Kromonemik seviye – Kromomerik ilmeklerin, kromonemeral bir iplik oluşumu ile doğrusal bir sırayla yakınlaşması nedeniyle ortaya çıkar.
5 – Kromozomal seviye – kromonemanın (veya kromatidin) sarmal katlanması sonucu oluşur. Kromozomal seviye, DNA sıkışmasının maksimum derecesidir ve mitozun (mayoz) metafazında elde edilir.
Farklı kromozom bölgelerinin eşit olmayan derecede sıkışması büyük fonksiyonel öneme sahiptir. Kromatinin durumuna bağlı olarak ayırt edilirler ökromatik Aktif genlerin yer aldığı ve protein sentezi için hızlı parçalanma ve transkripsiyon yapabilen, daha düşük bir sıkıştırma yoğunluğu ile karakterize edilen kromozom bölgeleri.
Heterokromatik alanlar aktif genlerin yokluğu ve daha yüksek yoğunlukta DNA sıkışması ile karakterize edilir. Yapısal (kurucu) ve fakültatif heterokromatin vardır.
Yapısal, kopyalanmamış (uydu) DNA tarafından oluşturulur. Telomerik ve perisentromerik bölgelerde bulunur.
Fakültatif heterokromatinin bir örneği, bir kadındaki iki X kromozomundan biri olan Bar gövdesidir.
DNA fraksiyonları:
1 – benzersiz tekrarların fraksiyonu – genom başına 1-3-5 kez. DNA'nın bu bölümleri yapısal genler içerir.
2 – orta tekrarların kesri 10 2 -10 5 tekrar. Bu alanlar rRNA, tRNA ve histon proteinleri hakkında bilgi içerir.
3 – 10 6'ya kadar çoklu tekrarların kesri. DNA'nın bu bölümlerine uydu DNA denir. Bu alanlar bilgi verici değildir ve telomerik bölgelerde ve sentromerlerin yakınında bulunur. Gen aktivitesinin düzenlenmesine, iki değerliklilerin oluşumu sırasında kromozomların konjugasyonuna katılırlar ve DNA'nın bilgilendirici bölgeleri arasındaki aralayıcı bölgelerdir (ayırıcı).
BİYOKİMYASAL GENETİK- Biyokimyasal süreçlerin genetik kontrol mekanizmalarını inceleyen bir genetik dalı, genetik araştırmanın moleküler düzeye geçişiyle bağımsız bir yön olarak ortaya çıkmıştır. B. çalışmalar: genin kimyasal yapısı; genetik bilginin kaydedilmesinin moleküler “anlamı”; gen düzeyinde mutasyonların ve rekombinasyonların moleküler “anlamı”; protein sentezi sürecinde genetik bilginin aktarım mekanizmaları ve bu sürecin düzenlenmesi; kalıtsal bir özelliğin oluşumunun moleküler doğası. B.'nin araştırmasının amacı virüslerden insanlara kadar tüm canlı organizmalardır. B.'nin metodolojisi, bir dizi genetik ve biyokimyasal araştırma ilkesine dayanmaktadır [genetik analiz yöntemleri (bkz.), özelliklerin ifadesini incelerken moleküler biyoloji yöntemleri, içlerindeki amino asit dizisini incelemek için protein kimyası yöntemleri. ve kalıtsal patoloji vb. durumlarda proteinlere verilen hasarın doğasını açıklığa kavuşturmak.
Bireyler arasındaki biyokimyasal farklılığı kanıtlayan ilk veriler, insan kan gruplarının biyokimyasal özgüllüğü örneğini kullanarak K. Landsteiner (1900) tarafından elde edildi. Bir süre sonra, 1909'da Garrod (A. Garrod), “Doğuştan metabolizma hataları” monografisini yayınladı ve böylece insan hastalıklarının biyopsisinin başlangıcı oldu. Garrod, alkaptonürinin kimyasal doğasını ortaya çıkardı (bkz.), bu hastalığı olan hastaların idrarında alkaptonun (homogentisinik asit) salgılandığını gösterdi. Bu hastalığı olan hastalar, homogentisin oksidaz enziminin eksikliğini belirleyen bir çift mutant resesif genin (Mendel yasalarına bakınız) homozigot taşıyıcılarıdır.
Biyogazın geliştirilmesindeki dönüm noktası, mikroorganizmaların araştırma nesneleri olarak kullanılmasıydı. Mikroorganizmaların genetik araştırmalara yönelik avantajı aşağıdaki koşullarla belirlenir: a) tek hücreli yapı; b) düşük frekansta meydana gelen genetik olayların (rekombinasyon, dönüşüm) incelenmesini mümkün kılan nesillerin değişim hızı; c) çok sayıda kişiyi aynı anda analiz etme yeteneği; d) yapay besin ortamlarında olağanüstü yetiştirme ve seçim kolaylığı ve ayrıca haploid bir kromozom setinin varlığı. Bakteriyel mutantların doğasını incelemeye yönelik temel ilkeler Beadle ve Tatum (G.W. Beadle, E.L. Tatum, 1941) tarafından önerilmiştir. Araştırmalarının amacı - Neurospora küfü - minimal bir ortamda, yani yalnızca su, bazı tuzlar ve glikozdan oluşan bir ortamda, yalnızca herhangi bir mutasyon değişikliğinin sonucu olarak metabolik yollarından hiçbirinin tıkanmaması durumunda büyüyebilir. . Böyle bir mutasyon meydana gelirse, minimal ortama sentezi bloke edilen bir maddenin eklenmesi şartıyla büyüme mümkündür. Minimal ortama eklenen maddeleri değiştirerek, belirli bir mutantta biyosentez zincirindeki hangi bağlantının kusurlu olduğunu belirlemek mümkündür.
Beadle ve Tatem, 68.000 Neurospora türünden 380 mutant izole etti; bunların çoğu, büyümeleri için ya farklı amino asitlere ve vitaminlere ya da nükleik asit biyosentezi için öncülere ihtiyaç duyuyordu. Bu mutantların biyokimyasal tanımlanması, amino asitlerin, şekerlerin, nükleik asitlerin vb. sentezinin ana aşamalarının aydınlatılmasını mümkün kılmıştır. Bir örnek, arginin biyosentez zincirinin incelenmesidir. Memelilerde arginin biyosentezinin öncüllerinin ornitin ve sitrülin olduğu bilinmektedir. Çeşitli arginin bağımlı nörospora mutantları ile yapılan deneylerde, bazılarının ornitin ve sitrülin içeren bir ortamda büyüdüğü, diğerlerinin ise yalnızca sitrülin ile büyüdüğü bulunmuştur. Bu nedenle arginin sentez sırası şu şekilde olmalıdır: ornitin - sitrülin - arginin.
Benzer deneylere dayanarak Beadle ve Tatem, biyojeokimyanın temel ilkelerinden birini formüle etti: "bir gen - bir enzim", yani bir organizmanın her biyokimyasal özelliği genetik olarak belirlenir ve her enzimin (protein) sentezi, bir protein tarafından kontrol edilir. spesifik gen. Daha sonra bu formülasyon açıklığa kavuşturuldu: "bir gen - bir polipeptit zinciri", çünkü birkaç polipeptit alt biriminden oluşan enzimlerin ve enzimatik olmayan proteinlerin (hemoglobin) sentezi birkaç gen tarafından kodlanır. Bu çalışmaları nedeniyle Beadle ve Tatem Nobel Ödülü'ne layık görüldü.
Biyolojik olarak önemli bazı bileşiklerin, özellikle vitaminlerin ve pigmentlerin metabolizmasını incelemek için oksotrofik mutantlar yaygın olarak kullanılır (bkz. Oksotrofik mikroorganizmalar). Escherichia coli'nin oksotrofik mutantları, birçok ülkede insanlarda bir dizi kalıtsal hastalığın tanımlanmasında kullanım alanı bulmuştur. D. M. Goldfarb (1968), yeni doğanların kanlarında belirli amino asitlerin aşırı varlığının tespit edilmesi için tam test için oksotrofik mutantların kullanılmasına yönelik bir yöntem önerdi. Kesiğin yüzeyine bir damla test malzemesinin uygulandığı minimal bir ortamda, bazı amino asitlere bağlı mutantlarda bir artış varsa, bu durum malzemede bir amino asidin varlığını gösterir ve sonuç olarak yenidoğanlarda amino asit metabolizmasının ihlali. Mutantların amino asit bağımlılığının farklı seviyeleri, malzemedeki amino asit miktarının kabaca değerlendirilmesini mümkün kılar. Gerekirse çocuk daha detaylı bir muayeneye tabi tutulur (bkz. Guthrie yöntemi).
Biyosentezin temelinde, ürünleri tek bir biyosentez zinciri oluşturan genlerin bağlantısı sorunu vardı. Amerikalı bilim adamı F. Hartman, histidinin biyosentezini kontrol eden genlerin, genetik harita üzerinde biyosentezinin aşamalarına yaklaşık olarak karşılık gelen bir sırayla yerleştirildiğini gösterdi. Bununla birlikte, genlerin bağlantısı ile biyosentez zincirindeki bağlantıların yakınlığı arasındaki benzerlik, hem mikroorganizmalar hem de insanlar dahil yüksek hayvanlar için kesin bir kural değildir. Gen gruplaması olgusu, vücuttaki genlerin uyumlu bir şekilde çalıştığı ve işleyişinin zaman içinde düzenlendiği sonucunun temelini oluşturdu.
Genlerin işlevi (yapısal olarak adlandırılır), düzenleyici adı verilen diğer genlerin ürünleri tarafından düzenlenir. Yapısal ve düzenleyici genlerin toplamı, operon adı verilen işlevsel bir birimi oluşturur (bkz.).
Bir polipeptit zincirinin sentezi iki ana aşamayı içerir - genetik bilginin transkripsiyonu (bkz.) ve çevirisi (bkz.). Genetik bilgi, DNA moleküllerinde dört nükleotidden oluşan spesifik bir dizi şeklinde kaydedilir. J. Watson ve F. Crick'in modeline göre DNA, sağ ve sol olarak adlandırılan iki antiparalel zincirden oluşur (bkz. Deoksiribonükleik asitler). Genetik bilginin kopyalandığı DNA zincirine kopyalanmış denir. Farklı genlerde DNA'nın hem sağ hem de sol iplikleri kopyalanabilir. Transkripsiyonun bir DNA zincirinden diğerine geçişi, genlerin hareketini düzenlemenin yollarından biridir. Böyle bir düzenlemenin varlığının temel olasılığı ilk olarak Sovyet bilim adamı R. B. Khesin (1962) tarafından kanıtlandı.
Biyojeolojideki büyük başarılar, insanlarda kalıtsal patolojinin moleküler temelinin aydınlatılmasıyla ilişkilidir. Örneğin, orak hücreli anemiye yol açan hemoglobin değişikliğinin, değiştirilmiş hemoglobinin β zincirindeki amino asit kalıntısı glutaminin valin amino asidi ile değiştirilmesinden kaynaklandığı gösterilmiştir (bkz. Hemoglobin, Hemoglobinopati). Hemoglobinlerin polipeptit zincirlerindeki 98 nokta mutasyonu, bireysel amino asit ikameleri düzeyinde zaten tanımlanmıştır.
Biyojeolojinin görevlerinden biri, bireysel genlerin izolasyonu ve incelenmesinin yanı sıra laboratuvar sentezleridir. Escherichia coli'nin laktoz operonunu saf haliyle izole etmek mümkün olmuştur [Beckwith ve ark. (I. Beckwith u. a.)]. Böyle bir izolasyonun olasılığı, iki farklı tamamlayıcı olmayan transdüksiyon fajının (bkz. Transdüksiyon), DNA'larında bakteri genomunun aynı bölümünü (bkz.), bu durumda laktoz sentezini kodlayan operonun yer alması gerçeğine dayanmaktadır. Bundan sonra, bu fajların DNA'sı tamamlayıcı hale geldi, ancak yalnızca dahil edilen bölgede (bkz. Mutasyon analizi). Bu durumu kullanarak tamamlayıcı olmayan malzemeden kurtulmak ve saf bir operonu izole etmek mümkün oldu. Daha sonraki çalışmalarda ribozomal RNA (r-RNA) ve transfer RNA'nın (t-RNA) sentezi için ayrı ayrı genlerin izole edilmesi mümkün oldu.
Yüksek organizmaların tek tek genlerini izole etmek daha zor bir iştir çünkü bu organizmaların DNA'sı çok sayıda gen içerir. Ancak spesifik proteinleri sentezleyen hücrelerde, belirli genleri tamamlayan haberci RNA'nın (i-RNA) izole edilmesinin mümkün olduğu ortaya çıktı. İlk kez saf mRNA, protein sentezinin %95'i hemoglobinden sorumlu olan olgunlaşmamış eritrositlerden izole edildi. Bazı virüslerin yapısında (örneğin kuş miyeloblastoz virüsünde), belirli koşullar altında tamamlayıcı RNA'sından DNA sentezleyebilen spesifik bir enzim keşfedildi. Bu başarılar, bir hemoglobin mRNA matrisi üzerinde RNA'ya bağımlı DNA polimeraz kullanılarak daha yüksek bir organizmanın bireysel bir geninin enzimatik sentezinin gerçekleştirilmesini (1972) mümkün kıldı [Baltimore ve Spiegelman (D. Baltimore, S. Spiegelman)].
Günümüzde, B. g.'ye dayanarak, modern biyolojinin yeni ve çok umut verici bir yönü gelişmeye başladı - görevi olarak kalıtsal hastalıkları tedavi etmenin yollarını aramayı "sağlıklı" sunarak belirleyen genetik mühendisliği (bkz.) ” genler (bkz. Gen terapisi).
SSCB'de biyokimya üzerine araştırma çalışmaları tıp enstitülerinin biyokimya ve pediatri bölümlerinde, üniversitelerin biyokimya bölümlerinde ve araştırma enstitülerinin biyokimyasal genetik laboratuvarlarında yürütülmektedir. B. ile ilgili en yaygın araştırma, SSCB Bilimler Akademisi Genel Genetik Enstitüsü, SSCB Tıp Bilimleri Akademisi Deneysel Tıp ve Tıbbi Genetik Enstitüleri ve Sibirya Şubesi Sitoloji ve Genetik Enstitüsü'nde yürütülmektedir. SSCB Bilimler Akademisi'nin. Biyolojiyle ilgili genel teorik sorular, bir dizi uzmanlaşmış biyol ve kimya alanında geliştirilmektedir. kurumlar.
B.G. hakkında yurt dışı araştırması. üniversitelerde ve hastanelerde uzmanlaşmış biyokimya ve klinik laboratuvarlarda faaliyet göstermektedir. Çekoslovakya'da - Organik Kimya ve Biyokimya Enstitüsü, Fransa'da - Ulusal Bilimsel Araştırma Merkezi, ABD'de - Moleküler Biyoloji Enstitüsü, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü ve diğer bazı bilimsel merkezler ve üniversiteler.
İngiltere'de biyogazla ilgili sorular uzmanlaşmış merkezlerde geliştirilmektedir (The Galton Laboratory, Londra; The London Hospital Medical College).
Kaynakça: Modern genetiğin güncel konuları, ed. S.İ. Alikhanyan, M., 1966; Wagner R.F. ve Mitchell X.K. Genetik ve metabolizma, çev. English'ten, M., 1958, bibliogr.; Hayes W. Bakteri ve bakteriyofajların genetiği, çev. İngilizce'den, M., 1965; G a go d A. E. Doğuştan metabolizma hataları, L., 1963; Harris H. İnsan biyokimyasal genetiğine giriş, Cambridge, 1953; o n e, İnsan biyokimyasal genetiğinin ilkeleri, Amsterdam - L., 1970, bibliogr.
Süreli Yayınlar- Genetik, M., 1965'ten beri; Modern genetikteki gelişmeler, M., 1967'den bu yana; Annals of Human Genetics, JI., 1956'dan beri (1940-1955 - Annals of Eugenics); Biochemical Genetics, N.Y., 1967'den beri; Klinik Genetik, Kopenhag, 1970'den beri; Genetik Araştırma, L., 1960'tan beri; Genetik, Baltimore, 1916'dan beri.
Yu.P. Vinetsky, S.I. Gorodetsky.
Biyokimyasal veya moleküler genetik olarak adlandırılan melezin alışılmadık derecede verimli olduğu ve genetik ve biyokimyadan ayrı ayrı elde edilebilecek olandan daha fazla bilgi sağladığı ortaya çıktı (Robert Woods, 1982). Biyokimyasal genetik, normal ve patolojik durumlarda vücudun hayati aktivitesinin temelini oluşturan biyokimyasal süreçlerin kalıtsal kalıplarının bilimidir; kalıtımın maddi temelini oluşturan nükleik asitlerin yapısı, işlevi ve sentezi; protein biyosentezinin biyosentezi ve genetik düzenlenmesi; genetik önemi ve bu süreçlerdeki değişikliklerin patolojideki rolü. Bu melez disiplinin potansiyelinin ilk göstergesi 1909'da Garrod'un fenilketonüri hastalığına aromatik amino asitler fenilalanin ve tirozin metabolizmasındaki bir bozukluktan kaynaklandığını göstermesiyle geldi. Bu hastalığa "doğuştan gelen bir metabolizma hatası" adını verdi. Bu, enzimlerin sentezinden sorumlu genlerin mutasyonunun neden olduğu biyokimyasal pleiotropinin bir örneğidir. Genotipin bu enzimleri üretememesi, gıdayla sağlanan amino asit fenilalanin'in önce kan plazmasında, sonra da beyinde birikmesine neden olur. Fazlalığı pleiotropik etkiyi belirler: hasta çocuklarda zeka geriliği, konuşma kaybı, hareketlerin koordinasyonunda eksiklik gelişir. Merkezi sinir sistemi için toksinler olan keto asitlerin (fenilasetat, fenil laktat) parçalanmasının ara ürünleri dokularda birikir. Bu aptallığa veya aptallığa yol açar. Bu hastalık, taze idrarla birlikte bir test tüpüne eklenen Fehling reaktifi kullanılarak teşhis edilir. Olumlu bir reaksiyon, mavi-yeşil bir rengin varlığıdır. Fenilketonüri otozomal resesif geçişli bir hastalıktır. Hastalar resesif alel (a/a) açısından homozigot iken, heterozigotlar (A/a) ve dominant homozigotlar (A/A) hastalık belirtisi göstermedi. Özel bir diyet yardımıyla bu hastalığın önlenmesi mümkündür.
1914'te alkaptonüri hastalarında, homogentisik asidi maleilasetoasetik asite dönüştüren homogentisik asit oksidaz enziminin aktivitesinden yoksun olduğu gösterildi. Hastalık 40 yaş ve üzerinde ortaya çıkar ve uzuvların eklemlerindeki patolojik değişiklikler, omurga, idrarın koyulaşması, kalp ve damar hastalıkları, ateroskleroz ile karakterizedir. Yüksek dozda C vitamini ile tedavi edilir.
Tirozinoz, amino asit tirozinin metabolizmasındaki bozuklukların neden olduğu bir hastalıktır. Bu amino asidin ve metabolitlerinin vücutta aşırı birikmesi, bebeğin gelişiminde gecikmeye, kretenizm, demans, böbrek ve karaciğer patolojisine neden olur.
Albinizm, tirozinden melanin sentezini destekleyen tirozinaz enziminin eksikliğinden kaynaklanan bir hastalıktır. Albinizmde melanin ciltte, saçta ve göz irisinde bulunmaz; bu da fotofobi, bulanık görme, dilsizlikle birlikte sağırlık, epilepsi ve güneşe maruz kalma nedeniyle ciltte iltihaplanmaya yol açar. Albinizm yerel veya genel olabilir. Yerel albinizm hiçbir zaman gözleri etkilemez, yalnızca cildi ve saçları etkiler; baskın olarak kalıtsaldır. Genel albinizm otozomal resesif bir şekilde kalıtsaldır. Tedavi yok.
Porfiri, aşırı kırmızı pigment - porfirin oluşumu ve kanda, kemiklerde, dişlerde ve vücudun diğer kısımlarında birikmesiyle oluşan metabolik bozuklukların bir sonucu olarak ortaya çıkan bir sığır hastalığıdır. Porfirin hemoglobinin önemli bir bileşenidir. Aşırı birikim ve eliminasyon, öncüsü profobilinojenden hem oluşumu sırasında metabolizmanın enzim blokajının bir sonucudur. Hasta hayvanların siyah-kahverengi idrarı ve pembe dişleri vardır. Hayvanlar güneş ışığına karşı çok hassastır ve bunun sonucunda yanıklar ve hasarlar meydana gelir ve ardından ciltte yara izleri (göz çevresi, burun delikleri, sırt boyunca, tüysüz alanlar) meydana gelir. Hayvan güneşe bırakılmazsa hastalık kendini göstermez. Anomali, otozomal resesif tipe göre Shorthorn sığırlarında, Holstein Friesian'larda ve baskın kalıtım tipine göre domuzlarda görülür. Koyunlarda filoeritrin miktarının aşırı birikmesi nedeniyle bir tür porfiri ortaya çıkar. Hastalık Southdown koyun kuzularında 5-7 haftalıkken ortaya çıkar. Kuzu karaciğeri, klorofilin parçalanması sırasında ve güneş ışınımının etkisi altında oluşan filoeritrin sentezlemez. Kafatasının ön kısmında ve kulaklarda egzama oluşur ve 2-3 hafta sonra hayvanlar ölür. Otozomal resesif bir şekilde kalıtsaldır.
Guatr, kalıtsal metabolik bozukluklar nedeniyle hayvanların vücudunda iyot eksikliğidir. Keçilerde guatr baskın olarak, koyunlarda otozomal resesif olarak, domuzlarda ise miksödem (hipertiroidizm) şeklinde kalıtsaldır. Bu hastalıkla birlikte boyunda şişlik veya hidrops fetalis şeklinde ölü doğan buzağıların sayısı artar.
Listelenen hastalıklar fermentopatiler olarak sınıflandırılır.
1950'de genlerin enzimleri kodladığı anlaşıldı (Mitchell ve Lane).
Genetik Kod.
Kalıtım kodu veya genetik kod, bir DNA molekülünün üçlü nükleotid dizisini, bir protein molekülündeki amino asit dizisine çevirme işlemidir. Genetik kodun en önemli özelliklerinden biri eşdoğrusallığıdır - nükleik asitlerin kodon dizileri ile polipeptit zincirlerinin amino asitleri arasında açık bir yazışma (tablo). M. Nirenberg ve J. Mattei'nin, ardından S. Ochao ve meslektaşlarının 1961 yılında ABD'de başlattıkları çalışmalar, genetik kodun ortaya çıkarılması açısından önemliydi.
Genetik kodun eşdoğrusallığı
İş bitimi -
Bu konu şu bölüme aittir:
Konu veteriner genetiği ve görevleridir. Popülasyon genetiği
Ökaryotik hücre, bitki ve hayvan mantarlarının hücresi, ana hücredir... sitoplazma, sitoplazmik zarın içinde ancak çekirdeğin dışında bulunur ve hiyaloplazma, sıvı kısımdır ve...
Bu konuyla ilgili ek materyale ihtiyacınız varsa veya aradığınızı bulamadıysanız, eser veritabanımızdaki aramayı kullanmanızı öneririz:
Alınan materyalle ne yapacağız:
Bu materyal sizin için yararlı olduysa, onu sosyal ağlardaki sayfanıza kaydedebilirsiniz:
Mutasyonların sınıflandırılması
Mutasyonların özellikleri
1. Mutasyon değişiklikleri, üreme veya somatik hücrelerdeki kalıtsal yapılardaki değişikliklerden kaynaklanır ve nesiller boyunca çoğaltılabilir, yani kalıtsaldır;
2. Mutasyonlar tek bireylerde aniden ortaya çıkar, rastgeledir, doğası gereği yönsüzdür, resesif ve baskın olabilir;
3. Mutasyonlar farklı yönlere gidebilir, bir veya daha fazla özellik ve özelliği etkileyebilir, değerli, faydalı veya zararlı olabilir. Mutantların hayatta kalma oranını %10'dan fazla azaltan mutasyonlar doğal popülasyonlara zararlıdır (Rieger R., Michaelis A., 1967). Tarımsal uygulamada bir mutasyonun değeri onun seçilim değerine göre belirlenir;
4. Aynı mutasyonlar tekrar tekrar meydana gelebilir.
1. Genomik (poliploidi)
A) Haploidi
B) Öploidi
Otopoliploidi
Alloploidi
B) Heteroploidi
2. Kromozomal sapmalar
Silme
Tanım
İnversiyon
Çoğaltma
Parçalanma
Translokasyon
Transpozisyon
DNA'daki nükleotidlerin ikamesi
DNA'ya nükleotidlerin eklenmesi veya silinmesi
Poliploidi genomik mutasyon hücrelerdeki kromozom sayısındaki değişikliğin yanı sıra genomik mutantların (poliploidler) ortaya çıkması veya yaratılması sürecinden kaynaklanır. Poliploidi bitkilerde daha yaygındır ve vücudun koruyucu bir reaksiyonudur (dağlarda daha fazla poliploid bitki vardır). Poliploidler doğurganlık açısından diploidlerden farklıdır. Haploidler tek bir kromozom setine sahip organizmalardır. Haploid hücreler, belirli bir türün doğasında bulunan somatik kromozom setinin (n) yalnızca yarısını, yani normal germ hücrelerinde - gametlerle aynı sayıda kromozom içerir. Haploidler Sterildirler ancak partenogenetik olarak çoğalabilirler ve vejetatif çoğalma yoluyla varlıklarını sürdürebilirler.
Öploidler(gerçek poliploidler) - hücreleri aynı türden ikiden fazla haploid kromozom seti içeren veya farklı türlerin kromozom setlerinde bir bağlantı ve çoklu artış bulunan organizmalar. Otopoliploidler– hücreleri belirli bir türe özgü ikiden fazla haploid kromozom seti içeren organizmalar (triploidler (3 n kromozom sayısı), tetraploidler (4 n), pentaploidler (5 n), heksaploidler (6 n), vb.). Otopoliploidi, orijinal türlerin doğasında bulunan morfolojik karakterlerde ve özelliklerde değişikliklere neden olur. Poliploidlerde, çekirdeğin ve bir bütün olarak hücrenin büyüklüğünün yanı sıra sitoplazmik organellerin (plastidler, mitokondri, ribozomlar) sayısı da artar. Allopoliploidler, karyotipi farklı türlerden çift kromozom seti içeren türler arası poliploidlerdir. Allopoliploidler, genellikle türler arası ve türler arası hibridizasyonda olduğu gibi, çeşitli kombinasyonlarda orijinal diploid ebeveyn formlarının özelliklerine ve özelliklerine sahiptir. Poliploidizasyon, türler arası ve türler arası melezler genellikle kısır olduğundan doğurganlığın yeniden sağlanmasını mümkün kılar.
Heteroploidler – veya anöploidler, kromozom sayısı haploid sayısının (2n-1, 2n+1) katı olmayan organizmalardır. Heteroploidlerin ortaya çıkmasının nedeni, homolog kromozomların konjugasyonunun yokluğunda kromozomların kromatidlere ayrılmaması olabilir. İlave veya eksik kromozom sayısına bağlı olarak aşağıdaki terimler kullanılır: 2n-1 12 – monosomik, 2n-2 12 – nullizomik, 2n+1 5 – trizomik, 2n+2 5 – tetrasomik. Alt simge, kromozom sayısının değiştiği karyotipteki kromozom çiftinin sayısını gösterir.
Hayvanlarda poliploidi oldukça nadirdir. Örneğin, altın hamsterın karyotipinde 44 kromozom bulunurken, diğer gri ve sıradan hamster cinslerinin hayvanları 22 kromozoma sahiptir. Aksolotl'dan tetraploid dişiler elde edilmiştir. Diploid erkeklerle çaprazlandıklarında triploid, tamamen kısır yavrular elde edildi. Sığır hipogonadizmi cinsiyet X kromozomunun trizomisi ile karakterize edilir. Bu tür boğalar büyüme ve gelişmede geride kalıyor, ikincil cinsel özelliklerin az gelişmiş olması ve yokluğuna kadar sperm üretiminin azalması ile karakterize ediliyor.
İnsanlarda aşağıdaki hastalıklar (poliploidi sendromları) tanımlanmış ve tanımlanmıştır: Patau sendromu, 13. kromozomdaki trizomiden kaynaklanan ciddi bir hastalıktır. Oluşma sıklığı 1: 5000-7000 yenidoğandır. Polidaktili, iç organlardaki (kalp septumu) kusurlar, beyin ve yüksek erken ölüm oranıyla karakterizedir. Down sendromuna trizomi 21-1 neden olur. Görülme sıklığı 1:700-800 doğumdur. Zihinsel gerilik, gevşek eklemler ve baş ve yüz şeklindeki kusurlarla karakterizedir. X kromozomundaki monozomi Shershevsky-Turner sendromuna neden olur. Kısırlık (bu tür kadınların yumurtalıkları olmadığı için), cinsel özelliklerin az gelişmiş olması ve kısa boy ile karakterize edilir. Anöploid mutasyon sonucu Y kromozomunun bulunmadığı ve yalnızca bir X kromozomuyla doğan erkeklerin vakaları olmuştur. Tıpta bu sendroma Klinefelter sendromu denir. Testislerin ve hadım fiziğinin az gelişmiş olmasıyla karakterize edilir. Kromozom 8'deki trizomi bir dizi anormalliğe yol açar - şaşılık, tırnak yapısındaki kusurlar, burun ve kulakların genişlemesi ve zeka geriliği. Nullizomi (herhangi bir kromozomun tamamen yokluğu) insanlar için ölümcüldür. Bir kromozomdaki veya diğerindeki nullizomi ölüme yol açabilir ve fenotipik değişikliklerle ilişkilidir.
Vücudun genlerinin büyük çoğunluğu kesin olarak lokalizedir, her gen, kromozomlardan birinde belirli bir yerde bulunur. Genetik ve sitolojik yöntemler kullanılarak her kromozom için bir gen haritası derlenebilir. Yalnızca bazı hareketli genetik öğeler ("sıçrayan genler") kromozomlar üzerinde farklı yerlere dağılmış olabilir ve zaman zaman aynı veya başka bir kromozom üzerinde başka yerlere hareket etme yeteneğine sahiptir.
Kromozomal sapmaları (yeniden düzenlemeler) ele alalım.
Kromozomal yeniden düzenlemenin doğası büyük ölçüde mutajenik faktöre maruz kalma sırasındaki kromozomun durumuna bağlıdır. Kromozom tek iplikçik durumundaysa (G1 interfaz periyodu, anafaz ve mitozun telofazı), o zaman sonraki S interfaz periyodunda iki katına çıkar ve sapma her iki kromatidde kalır, yani kromozomal sapmalar meydana gelir. Bir mutajen, çift sarmallı bir durumdaki bir kromozom üzerinde etki gösteriyorsa (G2 veya S mitozun interfaz, profaz ve metafaz periyodu), yalnızca bir kromatidde sapma meydana gelebilir. Bu durumda, kromatid yeniden düzenlemeleri.
Kromozom içi ve kromozomlar arası anormallikler vardır.
Kromozom içi anormallikler.
Silme– genellikle bütün bir gen kompleksini içeren orta kısmındaki bir kromozom bölümünün kaybı. Terminal bölümünün kaybı durumunda terminal silinmesi meydana gelir - nispet. Silme ve eksiklik, bir kromozomun küçük bir parçasını içerdiğinde, Drosophila'da sarı gövde rengi ve beyaz gözler gibi özelliklerde bir değişikliğe neden olur. Büyük silinmeler organizmanın ölümüne neden olur. İnsanlardaki kronik miyeloz, büyük delesyonların zararlı etkilerini göstermektedir. Belirli beyaz kan hücresi türlerinin kontrolsüz çoğalması ile karakterize edilen bu şiddetli lösemi formu, 21. çift otozomlardan birinde çok büyük bir delesyondan kaynaklanır.
İnversiyon- Kromozomun aynı anda iki yerden kırılması sonucu, 180 o döndükten sonra aynı kromozomla tekrar birleşen iç kısmın korunmasıyla oluşur. İnversiyon bireyin fenotipini etkilemez. İnversiyon yoluyla heterozigotluk, mayozda normal konjugasyonu büyük ölçüde engeller ve anöploid germ hücreleri oluşur. Ters çevrilmiş kromozom için homozigot olan bireylerde mayozdaki konjugasyon normal şekilde ilerler. İnversiyonun sonucu heteroploid yavrular veya kısırlık olabilir. İnversiyonlar doğada yaygındır. Özellikle farklı sinek, sivrisinek ve tatarcık türlerinden oluşan popülasyonlarda inversiyonların dağılımı hakkında çok fazla veri elde edilmiştir; burada inversiyonlar, büyük boyutlarda oldukları ve açıkça tanımlanmış bir yapıya sahip oldukları tükürük bezlerinin kromozomlarında kolayca tespit edilir. yapı.
Çoğaltma– bir kromozom bölgesinin ikiye katlanması. Zayıf fenotipik belirtilerle karakterizedir. Evrimsel açıdan bakıldığında, kopyalamalar genotipleri yeni genlerle zenginleştirir (Bar geninin kopyalanmasıyla Drosophila'da şerit şeklindeki gözler).
Kromozomlar arası sapmalar.
Translokasyon- Homolog olmayan kromozomlar arasındaki bölgelerin değişimi. Translokasyon için heterozigot bireylerde, homolog kromozomların konjugasyonu bozulur ve yaşayamayan gametler oluşur (veya erken embriyonik ölüm). Bu tür bireyler, doğurganlığın azalmasıyla karakterize edilir veya heteroploid yavrular oluşur (erkeklerin yalnızca beyaz testislerden çıktığı ve ipekböcekçiliği için daha büyük kozalar oluşturduğu ipekböceği mutantları).
Aktarım (ekleme)- bu, aynı veya başka bir kromozom üzerinde başka bir yerden buraya aktarılan bir mobil genetik elementin (MGE) kromozomunun herhangi bir yerine eklenmesidir. Bir organizmanın genomu toplamda birkaç farklı MGE içerebilir; bunlar genomun %10-15'ini oluşturabilir. Transpozisyondan kaynaklanan mutasyonlar bazen kararsızdır (geri döndürülebilir). Bakteriler için, MGE transpozisyonlarının yakın ilişkili türler arasında ve ayrıca bakteri kromozomu ile onu enfekte eden virüsün genomu (faj) arasında meydana gelebileceği gösterilmiştir.
Parçalanma– Kromozom veya kromatidlerin aynı anda birden fazla yerde kırılması sonucu oluşur. Ölümcül mutantların ortaya çıkmasına neden olur.
Genetik, veya itme mutasyonları– bu, karşılık gelen protein molekülünün sentezini kodlayan spesifik bir gen alanındaki DNA molekülünün yapısındaki bir değişikliktir (veya bireysel genlerde kalıcı değişiklikler). Herhangi bir organizmada gen mutasyonları, çeşitli morfolojik, fizyolojik ve biyokimyasal özelliklerde son derece çeşitli değişikliklere yol açar. Bakterilerde gen mutasyonları kolonilerin rengini ve şeklini, hücre hareketliliğini, bölünme hızını, çeşitli şekerleri fermente etme yeteneğini, yüksek sıcaklıklara, ilaçlara karşı direnci, faj enfeksiyonuna duyarlılığı, düşük besin maddesiyle büyüme yeteneğini değiştirir. orta, toksisite vb. Drosophila'da gen mutasyonları sonucu gözlerin rengi, büyüklüğü ve yapısı, kanatların büyüklüğü, şekli ve damarlanması, karın, göğüs, bacak ve antenlerin yapısı, gözlerin sayısı, kalınlığı ve şekli değişir. kıllar, doğurganlık, yaşam beklentisi ve koşullu reflekslerin gelişim hızı değişir. Gen mutasyonlarının şekli genel anlamda tüm canlılar için evrenseldir.
Gen mutasyonları baskın, resesif veya yarı baskın olabilir. Bir örnek şöyle olabilir: baskın mutasyon Drosophila'da sineğin kanat damarlarında kılların gelişmesine neden olur. Scut geninin çoklu alelleri (sc 1,sc 2,sc 3), Drosophila'nın gövdesindeki kılların farklı şekilde azalmasına neden oldu. Birinci çoklu alelizm 1930 yılında A.S. Serebrovsky, N.P. Dubinin ve B.P. Çoklu allelizm, aynı özelliğin veya özelliğin farklı tezahürlerini belirleyen itme mutasyonlarının neden olduğu, aynı lokusun (gen) farklı bir durumudur. Tek bir genin itme mutasyonundan kaynaklanan alellerine çoklu aleller denir. Çoklu alelizmin çarpıcı bir örneği, kandaki karmaşık hemoglobin moleküllerinin oluşumu için gerekli bir protein olan globin sentezini kodlayan alellerdir. Bir dizi çoklu alel tarafından kontrol edilen bilinen 100 hemoglobin türü vardır. Homozigot durumda, hemoglobin ciddi bir kalıtsal hastalığa neden olur - orak hücreli anemi.
DNA molekülünün orijinal yapısına kavuşturulması ve hasarların onarılması işlemine denir. tazminat. En çok çalışılanlar fotoreaktivasyon ve koyu onarımdır. Fotoreaktivasyon, fotoreaktifleştirici bir enzim tarafından gerçekleştirilir. Işık, enzimi harekete geçirir ve ultraviyole ışınlardan zarar gören DNA molekülünün orijinal yapısını eski haline getirir. Karanlık onarım, sıralı eylemi DNA hasarını düzelten dört tip enzimin katılımıyla birkaç aşamada gerçekleşir (endonükleaz - inceler, endonükleaz - DNA'nın bir bölümünü genişletir, DNA polimeraz - sentezler, ligaz - sentezlenen DNA'yı sabitler).
DNA onarım enzimlerinin aktivitesindeki genetik farklılıklar, organizmaların mutajenlerin, özellikle iyonlaştırıcı radyasyonun ve ultraviyole ışınlarının etkisine karşı farklı direncinin ana nedenlerinden biridir. Bu tür farklılıklar yalnızca bir tür içindeki genotipik olarak farklı bireyler arasında değil, aynı zamanda eşit türler arasında da mevcuttur. Dolayısıyla insanlarda kseroderma pigmentosum adı verilen bilinen bir doğuştan hastalık vardır. Bu tür kişilerin cildi güneş ışığına karşı anormal derecede hassastır ve yoğun maruz kalma durumunda büyük pigment lekeleriyle, ülserlerle kaplanır ve bazen süreç kötü huylu hale gelir (cilt kanseri). Xeroderma pigmentosum, güneş ışığının ultraviyole kısmından cilt hücrelerinin DNA'sına verdiği hasarı onaran bir enzimin sentezinden sorumlu geni etkisiz hale getiren bir mutasyondan kaynaklanır.
Farklı mutasyon türleri ve bunların ortaya çıkma nedenleri hakkında bilgi sahibi olmak, mikroorganizmaların, kültür bitkilerinin ve evcil hayvanların pratik seçiminin yanı sıra, hayvan ve insanı teşhis etme, önleme ve tedavi etme yollarını bulma amacıyla veterinerlik ve tıp alanında da gereklidir. hastalıklar.
En çarpıcı başarılar, antibiyotik ve diğer biyolojik olarak aktif madde üreticileri olan bakteri ve mantarların seçiminde elde edilmiştir. B12 vitamini üreticisi radyant mantarın aktivitesi 6 kat artarken, lizin aminoasit üreticisi bakterinin aktivitesi 300-400 kat arttı. Bitki ıslahında mutasyonların yapay indüksiyonu kullanılır ve ekonomik olarak haklıdır. Buğday, çavdar, mısır, arpa ve diğer ürünler verim, protein içeriği, erken olgunlaşma, yatmaya dayanıklılık ve çeşitli hastalıklara dayanıklılık açısından orijinal hallerinden üstündür. Sovyet genetikçi V.A. İpekböceklerinden sadece erkek yavru elde etmek için pratik ipekböcekçiliğine uygun ve artık yaygın olarak uygulanan bir yöntem geliştirildi. Erkek kozaları dişi kozalarına göre %25-30 daha fazla ipek içerir.
Biyokimyasal veya moleküler genetik olarak adlandırılan melezin alışılmadık derecede verimli olduğu ve genetik ve biyokimyadan ayrı ayrı elde edilebilecek olandan daha fazla bilgi sağladığı ortaya çıktı (Robert Woods, 1982). Biyokimyasal genetik- normal ve patolojik durumlarda vücudun yaşamsal aktivitesinin temelini oluşturan biyokimyasal süreçlerin kalıtsal kalıplarının bilimidir; kalıtımın maddi temelini oluşturan nükleik asitlerin yapısı, işlevi ve sentezi; protein biyosentezinin biyosentezi ve genetik düzenlenmesi; genetik önemi ve bu süreçlerdeki değişikliklerin patolojideki rolü. Bu melez disiplinin potansiyelinin ilk göstergesi 1909'da Garrod'un şunu göstermesiyle geldi: fenilketonüri hastalığı aromatik amino asitler fenilalanin ve tirozin metabolizmasının ihlali nedeniyle. Bu hastalığa "doğuştan gelen bir metabolizma hatası" adını verdi. Bu, enzimlerin sentezinden sorumlu genlerin mutasyonunun neden olduğu biyokimyasal pleiotropinin bir örneğidir. Genotipin bu enzimleri üretememesi, gıdayla sağlanan amino asit fenilalanin'in önce kan plazmasında, sonra da beyinde birikmesine neden olur. Fazlalığı pleiotropik etkiyi belirler: hasta çocuklarda zeka geriliği, konuşma kaybı, hareketlerin koordinasyonunda eksiklik gelişir. Merkezi sinir sistemi için toksinler olan keto asitlerin (fenilasetat, fenil laktat) parçalanmasının ara ürünleri dokularda birikir. Bu aptallığa veya aptallığa yol açar. Bu hastalık, taze idrarla birlikte bir test tüpüne eklenen Fehling reaktifi kullanılarak teşhis edilir. Olumlu bir reaksiyon, mavi-yeşil bir rengin varlığıdır. Fenilketonüri otozomal resesif geçişli bir hastalıktır. Hastalar resesif alel (a/a) açısından homozigot iken, heterozigotlar (A/a) ve dominant homozigotlar (A/A) hastalık belirtisi göstermedi. Özel bir diyet yardımıyla bu hastalığın önlenmesi mümkündür.
1914'te hastaların alkaptonüri Homogentisik asidi maleilasetoasetik asite dönüştüren homogentisik asit oksidaz enziminin aktivitesi yoktur. Hastalık 40 yaş ve üzerinde ortaya çıkar ve uzuvların eklemlerindeki patolojik değişiklikler, omurga, idrarın koyulaşması, kalp ve damar hastalıkları, ateroskleroz ile karakterizedir. Yüksek dozda C vitamini ile tedavi edilir.
Tirozinoz– tirozin amino asidinin metabolizmasındaki bozuklukların neden olduğu bir hastalık. Bu amino asidin ve metabolitlerinin vücutta aşırı birikmesi, bebeğin gelişiminde gecikmeye, kretenizm, demans, böbrek ve karaciğer patolojisine neden olur.
Albinizm– Tirozinden melanin sentezini destekleyen tirozinaz enziminin yokluğundan kaynaklanan bir hastalık. Albinizmde melanin ciltte, saçta ve göz irisinde bulunmaz; bu da fotofobi, bulanık görme, dilsizlikle birlikte sağırlık, epilepsi ve güneşe maruz kalma nedeniyle ciltte iltihaplanmaya yol açar. Albinizm yerel veya genel olabilir. Yerel albinizm hiçbir zaman gözleri etkilemez, yalnızca cildi ve saçları etkiler; baskın olarak kalıtsaldır. Genel albinizm otozomal resesif bir şekilde kalıtsaldır. Tedavi yok.
Porfiri- aşırı kırmızı pigment oluşumu - porfirin ve kanda, kemiklerde, dişlerde ve vücudun diğer kısımlarında birikmesiyle oluşan metabolik bozuklukların bir sonucu olarak ortaya çıkan bir sığır hastalığı. Porfirin hemoglobinin önemli bir bileşenidir. Aşırı birikim ve eliminasyon, öncüsü profobilinojenden hem oluşumu sırasında metabolizmanın enzim blokajının bir sonucudur. Hasta hayvanların siyah-kahverengi idrarı ve pembe dişleri vardır. Hayvanlar güneş ışığına karşı çok hassastır ve bunun sonucunda yanıklar ve hasarlar meydana gelir ve ardından ciltte yara izleri (göz çevresi, burun delikleri, sırt boyunca, tüysüz alanlar) meydana gelir. Hayvan güneşe bırakılmazsa hastalık kendini göstermez. Anomali, otozomal resesif tipe göre Shorthorn sığırlarında, Holstein Friesian'larda ve baskın kalıtım tipine göre domuzlarda görülür. Koyunlarda filoeritrin miktarının aşırı birikmesi nedeniyle bir tür porfiri ortaya çıkar. Hastalık Southdown koyun kuzularında 5-7 haftalıkken ortaya çıkar. Kuzu karaciğeri, klorofilin parçalanması sırasında ve güneş ışınımının etkisi altında oluşan filoeritrin sentezlemez. Kafatasının ön kısmında ve kulaklarda egzama oluşur ve 2-3 hafta sonra hayvanlar ölür. Otozomal resesif bir şekilde kalıtsaldır.
Guatr– kalıtsal metabolik bozukluklar nedeniyle hayvanların vücudunda iyot eksikliği. Keçilerde guatr baskın olarak, koyunlarda otozomal resesif olarak, domuzlarda ise miksödem (hipertiroidizm) şeklinde kalıtsaldır. Bu hastalıkla birlikte boyunda şişlik veya hidrops fetalis şeklinde ölü doğan buzağıların sayısı artar.
Listelenen hastalıklar şunları içerir: fermentopatilere.
1950'de genlerin enzimleri kodladığı anlaşıldı (Mitchell ve Lane).
Genetik Kod.
Kalıtım kodu veya genetik kod, bir DNA molekülünün üçlü nükleotid dizisini, bir protein molekülündeki amino asit dizisine çevirme işlemidir. Genetik kodun en önemli özelliklerinden biri de eşdoğrusallık– nükleik asitlerin kodon dizileri ile polipeptit zincirlerinin amino asitleri arasında açık bir yazışma (tablo). M. Nirenberg ve J. Mattei'nin, ardından S. Ochao ve meslektaşlarının 1961 yılında ABD'de başlattıkları çalışmalar, genetik kodun ortaya çıkarılması açısından önemliydi.
Genetik kodun eşdoğrusallığı
Kalıtımın moleküler temeli DNA'dır. Kalıtsal özelliklerin aktarımı, genotipin kopyalanması, tam olarak çoğaltılması yoluyla gerçekleştirilir.
Bir DNA molekülünün kopyalanması (çoğaltma), azotlu bazların tamamlayıcılığı ilkesine dayanarak, ana DNA molekülünün şablonu üzerinde bir yavru DNA molekülünün sentezidir.
Organ ve dokulardaki proteinlerin farklılaşması, farklı doku hücrelerinde DNA'nın kopyalanmış ve kopyalanmamış bölümlerinin varlığından kaynaklanır, bu da farklı mRNA'ların ortaya çıkmasına ve çeşitli proteinlerin biyosentezine yol açar.
Protein biyosentezinin düzenlenmesi.
Protein biyosentezinin kısa süreli ve kalıcı bir düzenlemesi vardır.
Kısa vadeli düzenleme, operon seviyesinde baskı ve indüksiyon yoluyla gerçekleştirilir. Kısa vadeli düzenlemenin amacı çevre koşullarına uyum sağlamaktır.
Kararlı düzenleme, proteinlerin - histonların, DNA azotlu bazlarının metilasyonunun, DNA bölümlerinin yoğunlaşmasının, DNA bölümlerinin aşırı sarılmasının etkisiyle gerçekleştirilir.
İstikrarlı düzenlemenin amacı dır-dir doku hücresel farklılaşması Bu da insan vücudunda protein polimorfizmine yol açar.
MUTASYONLAR.
Genetik çeşitliliğin moleküler mekanizmaları mutasyonları ve gen rekombinasyonlarını içerir.
Mutasyonlar, çoğaltma veya onarım sırasındaki hatalar nedeniyle ortaya çıkar.
Hatalar oluşmaktadır nükleotit bileşiminde değişiklik veya DNA iplikçik kopması.
Mutasyonlar şunlara neden olur:
1. dış faktörler (UV, radyasyon, kimyasal faktörler)
2. endojen faktörler (artan lipit peroksidasyonu, serbest radikaller, aldehitler).
Türe göre mutasyonlar şu şekilde sınıflandırılır:
1. doğrudan (nükleotid ikameleri, eklemeler, silmeler, ters çevirmeler);
2. ters (geri dönüşler).
Bir kodondaki nükleotidlerin yer değiştirmesi, kodonun anlamını değiştirmeyebilir (kod dejeneredir) veya değiştirilmiş bir proteinin oluşumuna yol açmayabilir.
Kodon başına 1 veya 2 nükleotidin eklenmesi, rastgele bir amino asit dizisine sahip bir proteinin biyosentezine yol açar; 3, 6, 9 nükleotidin eklenmesi, uzatılmış zincirli bir proteinin biyosentezine yol açar.
Silme– 1 veya 2 nükleotid kaybı – çerçeve kaymasıyla (fonksiyon değişikliğiyle) protein biyosentezine yol açar;
3, 6, 9 nükleotidin kaybı, kesik proteinlerin ortaya çıkmasına neden olur (fonksiyonda değişiklik olsun veya olmasın).
İnversiyon– protein molekülünün C ve N terminallerindeki değişiklikler.
Geriye Dönme– ters mutasyon, orijinal olarak kaybedilen genin restorasyonuna yol açar.
Mutasyonların biyolojik önemi:
Yararlı mutasyonlar vücudun çevresel koşullara uyum sağlamasına yardımcı olur,
zararlı - kalıtsal hastalıklar, ilaç intoleransı, tümörler, bağışıklık yetmezlikleri.
Germ hücrelerinde meydana gelen mutasyonlar kalıtsaldır, ancak somatik hücrelerde kalıtsal değildir, ancak tümörlerin gelişmesine yol açabilir.
Moleküler hastalıklar, protein sayısında azalmaya (hipotranlasyon) ve fonksiyonu bozulmuş kusurlu proteinlerin ortaya çıkmasına (metabolik olmayan ve metabolik fonksiyon bozukluğu) yol açan mutasyonlardan kaynaklanır.
Moleküler hastalıklar, enzimopatiler (proteinlerin, lipitlerin, karbonhidratların, NK'nin metabolizması için enzimlerin bozulmuş biyosentezi) ve enzimatik olmayan nitelikteki proteinlerin yokluğu veya eksikliği ile ilişkili patolojiler (bireysel plazma proteinleri - albüminler, proteaz inhibitörleri, protein) olarak sınıflandırılır. lipoproteinlerin bileşenleri, kallikrein-kinin sisteminin proteinleri, immünoglobulinler, hemoglobin proteini).
Genetik mühendisliği, genleri doğrudan alıcı hücrelerin DNA'sına naklederek yeni fenotipler yaratmayı amaçlamaktadır.
Genetik mühendisliğinin amacı kalıtsal kusurları düzeltmek, yeni ilaçlar (insülin, somatotropin, interferonlar) oluşturmak ve yeni mikroorganizmalar yaratmaktır.
DNA yapısının moleküler genetik analizinin modern yöntemleri.
Kalıtsal bilgi DNA molekülünde depolanır ve uygulanır. Bir insan hücresindeki tüm nükleer DNA, kromozomlara karşılık gelen 23 çift molekül formunda bulunur. İnsan DNA'sı 3 milyardan fazla nükleotid çifti içerir. Mitokondriyal DNA döllenme sırasında yumurtaya girmez; dolayısıyla anne soyundan gelen ortak bir atadan gelen bireylerde mitokondriyal DNA'nın nükleotid dizisi aynıdır. Hem nükleer hem de mitokondriyal DNA, tüm insanlarda aynı olan korunmuş bölgelere sahiptir, ancak bunlar, mutasyonların bir sonucu olarak nükleotid dizisi değişen değişken bölgelerle dönüşümlüdür. D-döngüsü adı verilen değişken bölgelerden biri, çoğunlukla akrabalık kurarken, DNA - insanların ve elit hayvanların sertifikasyonu, DNA - kalıtsal konjenital hastalıkların teşhisi, cinsel yolla bulaşan hastalıkların yüksek hassasiyetli laboratuvar teşhisi için incelenir. (klamidya, ureaplasmosis, mikoplazmoz, sitomegalovirüs enfeksiyonu ve AIDS).
Çalışmanın ilerlemesi. Araştırma için bir DNA molekülüne (akrabalık, DNA sertifikası veya doğuştan bir hastalık kurmak için) veya en az bir bakteriye (laboratuvar teşhisi için) sahip olmak yeterlidir. Bir polimeraz zincir reaksiyonu (PCR) kullanılarak, incelenen DNA fragmanının matrisi üzerinde araştırma için yeterli olan çok sayıda özdeş fragman yeniden üretilir. Jel elektroforezi kullanılarak DNA fragmanları, fragmanların boyutuna göre ayrılır.
Daha sonra bir nükleotid analizörü kullanılarak nükleer DNA'nın değişken bölgelerindeki nükleotidlerin dizisi incelenir. Bu tanımlar ilişkinin derecesini belirlememize olanak sağlar. Mitokondriyal DNA'nın D döngüsündeki nükleotid dizisinin incelenmesi, annelik ilişkisinin derecesinin belirlenmesini mümkün kılar.
Rusya'da bu alandaki araştırmalar “İnsan Genomu” bilimsel ve teknik programı çerçevesinde yürütülmektedir. Araştırma, özel araştırma enstitülerinde yoğunlaşan son derece uzmanlaşmış uzmanlar, reaktifler ve karmaşık ekipmanlar gerektirir. Moskova, St. Petersburg, Rostov-na-Donu, Novosibirsk. Günümüzde dünyada sadece çocuklarda ve ebeveynlerde değil, uzak akrabalarda da mitokondriyal DNA nükleotid kombinasyonlarının tanımlanmasını mümkün kılan bilgisayar veri tabanları oluşturulmuştur. Elbette ilişki ne kadar ileri olursa, onu tanımlamak o kadar zor olur, örneğin bir birey nükleotidlerin %50'sini çocuklarına, %25'ini torunlarına aktarır. DNA'nın moleküler genetik yapısının analizi şu anda en pahalı, ancak kesinlikle doğru olanlardan biridir.
Bireysel çalışma için sorular.
1. Nükleik asitlere ne denir? Nasıl sınıflandırılırlar?
2. DNA ve RNA'nın kimyasal bileşimindeki benzerlikler ve farklılıklar. 1 ve 2 yapıları.
3. DNA ve RNA'nın insan vücudundaki görevleri.
4. Serbest mononükleotidlerin insan vücudundaki işlevleri nelerdir?
5. Matris biyosentezi ne denir?
6. Çoğaltma işlemine ne denir? Sürecin lokalizasyonu, aşamaları, enzimleri.
7. Transkripsiyona ne denir? Sürecin lokalizasyonu, aşamaları, enzimleri.
8. Yayın nedir? Sürecin lokalizasyonu, aşamaları, enzimleri.
9. Kalıtımın biyokimyasal mekanizmaları.
10. Değişkenliğin biyokimyasal mekanizmaları.
11. İnsan vücudundaki mutasyonların biyolojik sonuçları nelerdir?
Literatür V. K. Kukhta s. 75 – 86.
Klinik biyokimya öğretmeni S. M. Novikova tarafından geliştirildi
