MOLEKULJARNO-GENETICHESKII_UROVEN

Рис. 5. ДНК-отпечатки матери, ребенка и двух предполагаемых отцов.

Задача 2. Супруги К. обратились к судебным экспертам с просьбой подтвердить родство с ними воспитываемого ими ребенка.

Обращение было вызвано тем, что семья К. заподозрила подмену детей в роддоме, где К. родила мальчика в одно время с женщиной С., родившей тоже сына. Младенец, очутившийся в семье К., родился с тяжелыми заболеваниями, сходными с теми, от которых умер

30

первый ребенок в семье С.

Результаты молекулярного анализа показали, что в спектре полосок (специфические зоны ДНК) ребенка нет ни одной общей с отцовскими и материнскими линиями, но обнаружено шесть совершенно особых полосок, которых нет ни у отца, ни у матери К.

Можно ли исключить родство ребенка с родителями К.?

Имеются ли различия в ДНК моно-и дизиготных близнецов?

31

ГЕН – СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ЕДИНИЦА

НАСЛЕДСТВЕННОСТИ.

ЭКСПРЕССИЯ ГЕНА (РЕАЛИЗАЦИЯ ГЕНА В ПРИЗНАК)

Цель занятия

З н а т ь :

Структуру гена про- и эукариот.

Классификацию генов.

Характеристику этапов экспрессии гена про- и эукариот.

У м е т ь пользоваться знаниями при решении задач по молекулярной

генетике.

О з н а к о м и т ь с я с основными ферментами, работающими на этапах экспрессии гена.

В н е а у д и т о р н а я р а б о т а

Задание 1. Ген, геном, генотип, протеом, эпигеном, фенотип

Ген – структурно-функциональная единица наследственности;

участок молекулы ДНК (РНК – у вирусов), в котором в виде последовательности нуклеотидов заложена информация о первичной структуре белка, тРНК, рРНК.

Геном – совокупность наследственного материала гаплоидного набора хромосом данного вида. Геном человека содержит более 3,2

млрд. п.н. и включает более 20 тыс. генов. При половом размножении геномы двух родительских половых клеток объединяются, образуя генотип.

32

Генотип – это совокупность определѐнных аллелей генов.

В ходе реализации наследственной информации генотипа формируются видовые и индивидуальные признаки. Признаками на молекулярном уровне являются продукты генов – молекулы белков,

тРНК, рРНК. Протеом – совокупность индивидуальных белков человека – изучает протеомика. Признаками на организменном уровне является любой показатель или свойство организма биохимического, физиологического или морфологического характера. С 1999 года осуществляется проект «Эпигеном человека»,

в котором изучается роль метилирования ДНК в работе генов, в ходе которого изменяется активность генов. Процесс метилирования ДНК происходит в организме постоянно, количество метилированной ДНК с возрастом и под действием среды возрастает, что сказывается на активности генов. Признаки формируются в онтогенезе в результате взаимодействия генов (их продуктов) со средой, в результате все признаки человека, в том числе и здоровье, примерно на 70% зависят от среды, а на 30% – от генотипа.

Фенотип – это совокупность всех признаков организма.

О т в е т ь т е н а в о п р о с ы :

Как называется структурно-функциональная единица наследственности?

Совпадают ли понятия геном и генотип? Ответ поясните.

Молекулы каких веществ являются непосредственным продуктом работы генов?

Что такое протеом? Изменяется ли протеом человека с возрастом? Вследствие болезни?

33

Что является признаком на молекулярном и организменном

уровнях?

Задание 2. Свойства гена. Изучите свойства гена (табл. 1).

						Таблица 1
		Свойства гена
Свойства				Сущность
Дискретность	Ген	неделим	в	функциональном		отношении
	(несмешиваемость генов)
Специфичность	Каждый ген кодирует свой молекулярный продукт
Стабильность	Способность		сохранять свою		нуклеотидную
	последовательность (молекулярную форму)
Лабильность	Способность		к	изменению	нуклеотидной
	последовательности (мутированию)
Множественный	Ген может иметь несколько молекулярных форм
аллелизм	(множество аллелей), но из них в генотипе
	диплоидного организма может быть только два
	аллеля
Амплификация	Способность к увеличению количества своих
	копий в геноме
Плейотропия	Множественный			фенотипический		эффект
	действия одного гена, образующий поле действия
	гена
Экспрессивность	Степень выраженности гена в признаке
Пенетрантность	Частота проявления гена в фенотипе
Определите,	какое	из свойств		проявляет ген	в	каждом из

следующих примеров:

34

а) Рецессивная мутация гена фермента галактозы, необходимого для усвоения клетками молочного сахара, вызывает заболевание галактоземию.

б) Арахнодактилия – заболевание, которое проявляется при работе одного гена изменениями пальцев рук и ног, но наблюдаются также вывихи хрусталика глаза и врожденные пороки сердца.

в) Ген эритроцитарных антигенов (белков) групп крови системы АВО представлен в популяции тремя молекулярными формами – А,

В и О.

г) Генный комплекс HLA контролирует синтез лейкоцитарных антигенов (белков). Один из генов этого комплекса имеет 50

молекулярных форм.

д) Ген ретинобластомы (опухоли глаза) имеет частоту проявления в фенотипе 80%.

e) Синдром Марфана – генное наследственное заболевание,

характеризующееся поражением соединительной ткани, у разных людей может проявляться по-разному, – у некоторых наблюдаются легкие проявления болезни, в то время как у других – тяжелые.

Задание 3. Классификация генов

Известно, что у человека ~ 75% ДНК хромосом приходится на межгенные промежутки и только ~ 25% ДНК представляет собой собственно гены. Ознакомьтесь с классификацией генов.

1. СТРУКТУРНЫЕ ГЕНЫ а) Гены, кодирующие белки:

– уникальные гены (единичные копии в геноме). Это гены большинства ферментов, транспортных и структурных белков.

35

– гены-повторы (многочисленные копии в геноме). Это протоонкогены, гены рибосомальных белков, белков-гистонов,

апобелков.

б) Гены, кодирующие тРНК, рРНК (повторены в геноме 300-1600

раз).

2. РЕГУЛЯТОРНЫЕ ГЕНЫ Гены, белковые продукты которых регулируют функции структурных генов.

3. МИГРИРУЮЩИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ (МГЭ)

Генетические элементы, которые перемещаются по геному, влияют на активность соседних генов

4. ПСЕВДОГЕНЫ

«Молчащие» аналоги структурных генов

5. МИТОХОНДРИАЛЬНЫЕ ГЕНЫ Гены ДНК митохондрий

Напишите определение понятия «структурный ген».

Ответьте на следующие вопросы:

Вкаких хромосомах человека локализованы гены рРНК?

Вчем биологический смысл повторности генов белков-гистонов рибосомальных белков, тРНК, рРНК?

Изучите группы генов человека, активных в разные периоды онтогенеза и заполните табл. 2

а) гены «роскошных синтезов» – активны только в определенный период онтогенеза;

б) гены «домашнего хозяйства» – функционируют в любой клетке, в любой период онтогенеза;

36

в) гены продолжительности жизни – контролируют период

активности генов «домашнего хозяйства»;

г) гены «внешней среды» – отвечают за метаболизм,

деградацию и разрушение ксенобиотиков, в том числе лекарств;

д) стрессорные гены – активны в час «X» и обеспечивают

реакцию на неблагоприятные воздействия среды;

е) гены триггеры – разнородная группа генов,

обеспечивающая клеточный гомеостаз;

д) гены транскрипционных факторов – отвечают за синтез особых ядерных белков, обеспечивающих снижение или повышение

функциональной активности структурных генов;

е)	гены	малой ядерной РНК		(мяРНК), участвующей в
созревании иРНК;
ж)	гены	микроРНК (siPHK),		участвующей в регуляции
трансляции.
				Таблица 2
	Гены, активные в разные периоды онтогенеза
Классификация генов по степени				Примеры групп генов
их активности в онтогенезе
1. Гены, активные в течение всего
онтогенеза
2. Гены, активные в
определенный период онтогенеза
3. Гены, активируемые «по
потребности»
(индуцируемые гены)
		37

Задание 4. Основные этапы экспрессии гена

Экспрессия гена – это процесс реализации наследственной информации гена в признак. Основными этапами экспрессии гена,

кодирующего аминокислотную последовательность молекулы белка,

являются:

–Транскрипция - синтез иРНК на матрице кодогенной цепи ДНК

–Трансляция - синтез полипептидной цепи белка на матрице иРНК.

Изучите на схеме этапы экспрессии гена.

Кодоны фрагмента	3' ...ТАЦ ААА ГАГ... 5'
кодогенной цепи ДНК	транскрипция
Кодоны иРНК	5' ...АУГ УУУ ЦУЦ ... 3'
	трансляция
Антикодоны тРНК	УАЦ, ААА, ГАГ
Аминокислоты белка	...мет – фен – лей...
Р е ш и т е з а д а ч и :

Задача 1. Одна из цепей фрагмента ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:

3' ...АГТАЦЦГАТАЦТЦГА... 5'

Напишите цепь нуклеотидов иРНК, матрицей для которой

служит данный фрагмент ДНК. Как называется синтез иРНК на

матрице ДНК?

Задача 2. Кодирующая зона участка иРНК имеет следующую

последовательность нуклеотидов:

5' ...УЦААГГЦУААГЦУУУ... 3'

Используя таблицу генетического кода, напишите аминокислотную последовательность белка, закодированного в

данном фрагменте иРНК. Как называется синтез полипептидной цепи

белка на матрице иРНК?

38

А у д и т о р н а я р а б о т а

Задание 5. Структура гена эукариот В гене эукариот различают регуляторную и транскрибируемую

зону.

К регуляторной зоне гена относятся:

–промотор с ЦААТ- и ТАТАблоками – это точки "узнавания"

иприсоединения фермента транскрипции РНК-полимеразы,

–энхансеры - усилители транскрипции,

–сайленсеры - ослабители транскрипции.

В состав транскрибируемой зоны гена входят:

–экзоны - кодирующие участки,

–интроны - некодирующие участки,

–зона кэпирования и полиаденилирования – необходимы для формирования зрелой иРНК.

Изучите структурную организацию гена эукариот (рис. 1).

Обратите внимание на расположение в нѐм различных функциональных зон.

О т в е т ь т е н а в о п р о с ы :

Какие из функциональных зон:

а) транскрибируются, но не транслируются;

б) транскрибируются и транслируются;

в) выполняют только регуляторную функцию;

г) могут располагаться перед, после или внутри гена;

д) необходимы для формирования зрелой иРНК,

д) могут перемещаться по геному.

39