4.3 Сцепление генов. Группы сцепления. Генетический анализ сцепления генов. Сцепление и перекрест в экспериментах Моргана с дрозофилой.

Число хромосом у разных видов невелико по сравнению с числом генов. У дрозофилы более тысячи генов на 4 пары хромосом. Если гены находятся в хромосомах, то каждая из них должна нести целую группу генов. Эти гены, объединенные в одной хромосоме, не могут подчиняться правилу о независимом наследовании. Морган показал, что гены, находящиеся в одной хромосоме, образуют единую группу сцепления.

На дрозофиле было поставлено дигибридное скрещивание, в котором исследовалось наследование следующих признаков:

Р серое тело х черное тело

зачаточн. кр. норм кр

F1 1) серое тело 2) черное тело

норм. крылья зачаточн. кр.

3) серое тело 4) черное тело

зачат. кр. норм. кр.

Анализирующее скрещивание показало, что гибрид образует только два типа гамет, в которых сочетание генов не изменилось и осталось таким же, как у родительских особей. Такое наследование было названо сцепленным.

Анализирующее скрещивание поставлено в двух направлениях. Для обратного скрещивания из числа гибридов отобран гибрид самки и скрещен с самцами – линии анализатора.

В скрещивании появилось помесь фетотипического класса, что указывает на образование 4 классов гамет у гибридной самки. Но вместо равенства классов, как при дигибридном скрещивании, появились потомки с комбинациями признаков, свойственных родительским формам – 83%, т.е. наблюдаться сцепление генов, в 17% случаев.

Морган предположил, что нарушение сцепления генов или рекомбинация произошли вследствие перекреста – кроссинговера у гибридных самок. У самцов дрозофилы и самок шелкопряда кроссинговера нет, у них абсолютное сцепление генов.

Гаметы с хромосомами, перетерпевшие кроссинговер, называются кроссоверными, особи с новыми сочетаниями признаков, возникшие в рез-те слияния кроссоверных гамет – кроссоверы или рекомбинанты. Кроссоверные классы – результат взаимного обмена участниками хромосом, поэтому они всегда возникают попарно и числено равны между собой. Частота кроссинговера определяется как отношение числа кроссоверов к общему числу потомков в анализирующем скрещивание и выражается в процентах. 1% перекреста является единицей расстояния между гаметами и называются морганидой. Эта частота различна. Сочетание генов постоянно. Это говорит о том, что гены занимают в хромосоме постоянное место, расположение генов в хромосоме линейно, частота кроссинговера отражает расстояния между генами: чем ближе расположены гены в хромосоме, тем меньше вероятность кроссинговера (выше силы сцепления генов). Чем дальше стоят гены друг от друга, тем вероятнее кроссинговер (меньше силы сцепления).

5.1 Макромолекулы как основа организации биологических структур. Принципы образования вторичной, троичной и четвертичной структуры биомакромолекул и надмолекулярных структур.

Основу структурной организации живого составляют макромолекулы, прежде всего важнейшие биополимеры – белки и нуклеиновые кислоты. В макромолекулах происходят сложные процессы трансформации энергии, включающие миграцию энергии электронного возбуждения и транспорт электронов. В основе функционирования макромолекул лежит электронно-конформационные взаимодействия, которые проявляются в самых различных процессах, где участвуют биологически активные макромолекулярные комплексы. Тепловые движения атомов, входящие в полипептидную цепь, их повороты и вращения вокруг связей приводят к созданию большого количества внутренних степеней свободы. Это приводит к свертыванию цепи и образованию клубков макромолекул – макроскопические системы, в которых проявляются статический характер параметров (размеры, формы, степень свертывания). Как физический объект их своеобразие проявляются в сочетании как статических так и механических особенностей поведения макромолекул. С одной стороны большое число взаимодействий атомов создают большое количества степеней свободы и возможны создания различных конформаций, с другой стороны наличие химической связи между атомами ограничено -возможно образование конформеров. Взаимодействия атомов химической ковалентной связи определяет:

1. цепное строение биополимеров.

2. соединения друг с другом мономеров.

Клетки и их органоиды – гетерогенные системы. Их существование и функционирование определяется межмолекулярными взаимодействиями нековалентного характера (взаимодействуют слабо, потому что сильные взаимодействия создали бы устойчивые жестские структуры, лишенные молекулярной подвижности, а молекулярная подвижность необходимо для выполнения различных задач (регуляция химических реакций, трансформация энергии).

Слабое взаимодействие в биологических системах:

1. Вандервальсовы силы

2. Ионные связи

3. Водородные связи

4. Гидрофобные взаимодействия

Первичная структура – линейная. Важную роль в конформации полипептидов играют вандевальсовые силы, гидрофбные взаимодействия, водородные связи.

Вторичная структура. Пептидная цепь в белках имеет спиральную конфигурацию ( -спираль). Каждый атом H₂ имеет избыточный положительный заряд, притягивающийся к отрицательно заряженному атому О₂ в следущем витке спирали. Внутри образуются пептидные связи, а боковые радикалы аминокислот обращены наружу и могут взаимодействовать с молекулами окружающей среды. Спиральная конфигурация – вторичная. Структура полипептидной цепи спирализована неполностью. Инсулин – 60%. Причиной нарушения спирали являются:

1. Образование дисульфидных связей, которые могут соединить несколько спиралей между собой. В местах образования их ослабляется водородная связь и нарушется спирализация.

2. Наличие радикалов некоторых аминокислот, которые не укладываются в спираль и образуют отдельные складки, скрещивания водородных связей.

Такие параллельно расположенные участки - - структура, - конфигурация представляет собой складчатую структуру, которая включает параллельные цепи, связанные водородной связью. Исследования показали, если в полипептидной цепи есть остатки Глу, Ала, Лей- образуются ά – спираль, а если Мет, Вал, Изолей, то - структура. В зависимости от характера вторичной структуры белки делятся на три группы:

1. Белки с преобладанием - структуры (гемоглобин, миоглобин)

2. Белки, упакованы по типу - структуры

3. Смешанная вторичная структура

Третичная структура – строго упорядоченная в пространстве укладка спирали и несколько участков цепи.

Каждый белок имеет свою конфигурацию. Это связано с тем, что свободные карбоксильные, гидроксильные, аминные и другие группы боковых радикалов, взаимодействующих между собой с образованием амидных сложных эфирных связей. Водородные связи соединяют остатки двух соседних цепей и образуются дусульфидные мостики. Это делает структуру полужесткой.

Четвертичная структура: Объединенные двух и более субъединиц.

Третичная структура приводит к созданию сложной активной белковой молекулы. Гемоглобин: 4 глобулы . В случае глобулы полипептидная цепь свернутая в клубок – третичная. Наличие нескольких сшивок S-S накладывает ограничение на конформацию.

Глобула формирует слабые взаимодействия (гидрофобные→ взаимодействия цепных молекул друг с другом). Собранные в пачки рассматриваются и образуются фибриллярные структуры, которые функционируют вне раствора и формируют надмолекулярные белковые структуры, которые состоят из большего количества макромолекул с невалентными взаимодействиями- это клеточные мембраны, хромосомы, глобулы, нити в молекулах.

Нуклеиновые кислоты.

Уотсон Крик – структура ДНК, которая представляет собой правовинтовую спираль, из двух полинуклеиновых цепей, при этом одна цепь обвита вокруг другой. Таким образом, пары гетероциклических оснований нах-ся внутри. Обе цепи соеденены между собой водородными связями, которые возникают между гетероциклическими основаниями.