Zašto je genetski kod kontinuiran? Šta je genetski kod: opšte informacije

Genetske funkcije DNK su da osigurava skladištenje, prijenos i implementaciju nasljednih informacija, a to su informacije o primarnoj strukturi proteina (tj. njihovom aminokiselinskom sastavu). Vezu između DNK i sinteze proteina predvidjeli su biohemičari J. Beadle i E. Tatum još 1944. godine proučavajući mehanizam mutacija u plesni Neurospora. Informacija se bilježi kao specifičan niz azotnih baza u molekulu DNK pomoću genetskog koda. Dešifrovanje genetskog koda smatra se jednim od najvećih otkrića prirodne nauke dvadesetog veka. a po važnosti je izjednačen sa otkrićem nuklearne energije u fizici. Uspjeh u ovoj oblasti vezuje se za ime američkog naučnika M. Nirenberga, u čijoj je laboratoriji dešifrovan prvi kodon YYY. Međutim, cijeli proces dekodiranja trajao je više od 10 godina, u njemu su učestvovali brojni poznati naučnici iz različitih zemalja, i to ne samo biolozi, već i fizičari, matematičari, kibernetičari. Odlučan doprinos razvoju mehanizma za beleženje genetskih informacija dao je G. Gamow, koji je prvi sugerisao da se kodon sastoji od tri nukleotida. Zajedničkim naporima naučnika dat je kompletan opis genetskog koda.

Slova u unutrašnjem krugu su baze na 1. poziciji u kodonu, slova u drugom krugu su
baze su na 2. poziciji, a slova izvan drugog kruga su baze na 3. poziciji.
U zadnjem krugu su skraćeni nazivi aminokiselina. NP - nepolarni,
P - polarni aminokiselinski ostaci.

Glavna svojstva genetskog koda su: trostrukost, degeneracija I nepreklapanje. Trostrukost znači da sekvenca od tri baze određuje uključivanje određene aminokiseline u proteinski molekul (na primjer, AUG - metionin). Degeneracija koda je u tome što ista aminokiselina može biti kodirana sa dva ili više kodona. Nepreklapanje znači da se ista baza ne može pojaviti u dva susjedna kodona.

Utvrđeno je da je kod univerzalni, tj. Princip snimanja genetskih informacija isti je kod svih organizama.

Trojke koje kodiraju istu aminokiselinu nazivaju se sinonimnim kodonima. Obično imaju iste baze na 1. i 2. poziciji i razlikuju se samo u trećoj bazi. Na primjer, uključivanje aminokiseline alanina u proteinski molekul je kodirano sinonimnim kodonima u molekuli RNK - GCA, GCC, GCG, GCY. Genetski kod sadrži tri nekodirajuća tripleta (nonsense kodoni - UAG, UGA, UAA), koji igraju ulogu stop signala u procesu čitanja informacija.

Utvrđeno je da univerzalnost genetskog koda nije apsolutna. Zadržavajući princip kodiranja koji je zajednički za sve organizme i karakteristike koda, u velikom broju slučajeva se uočava promjena semantičkog opterećenja pojedinih kodnih riječi. Ovaj fenomen nazvan je dvosmislenost genetskog koda, a sam kod je nazvan kvazi-univerzalna.

Pročitajte i druge članke Tema 6 "Molekularne osnove nasljeđa":

Nastavite čitati druge teme u knjizi "Genetika i selekcija. Teorija. Zadaci. Odgovori".

Gene- strukturna i funkcionalna jedinica nasljeđa koja kontrolira razvoj određene osobine ili svojstva. Roditelji prenose niz gena na svoje potomstvo tokom reprodukcije Ruski naučnici su dali veliki doprinos proučavanju gena: Simashkevich E.A., Gavrilova Yu.A., Bogomazova O.V.

Trenutno je u molekularnoj biologiji utvrđeno da su geni dijelovi DNK koji nose bilo koju integralnu informaciju - o strukturi jednog proteinskog molekula ili jednog molekula RNK. Ove i druge funkcionalne molekule određuju razvoj, rast i funkcioniranje tijela.

Istovremeno, svaki gen karakterizira niz specifičnih regulatornih DNK sekvenci, kao što su promotori, koji su direktno uključeni u regulaciju ekspresije gena. Regulatorne sekvence mogu biti locirane ili u neposrednoj blizini otvorenog okvira za čitanje koji kodira protein, ili na početku RNA sekvence, kao što je slučaj sa promotorima (tzv. cis cis-regulatorni elementi), i na udaljenosti od mnogo miliona parova baza (nukleotida), kao u slučaju pojačivača, izolatora i supresora (ponekad klasifikovanih kao trans-regulatorni elementi, engleski. transregulatorni elementi). Dakle, koncept gena nije ograničen samo na kodirajuću regiju DNK, već je širi koncept koji uključuje i regulatorne sekvence.

Izvorno termin gen pojavio se kao teorijska jedinica za prijenos diskretnih nasljednih informacija. Istorija biologije pamti sporove oko toga koji molekuli mogu biti nosioci nasljednih informacija. Većina istraživača je vjerovala da samo proteini mogu biti takvi nosioci, jer njihova struktura (20 aminokiselina) omogućava stvaranje više varijanti od strukture DNK, koja se sastoji od samo četiri vrste nukleotida. Kasnije je eksperimentalno dokazano da upravo DNK uključuje nasljedne informacije, što je izraženo kao središnja dogma molekularne biologije.

Geni mogu biti podvrgnuti mutacijama - nasumičnim ili ciljanim promjenama u slijedu nukleotida u lancu DNK. Mutacije mogu dovesti do promjene u sekvenci, a samim tim i do promjene bioloških karakteristika proteina ili RNK, što zauzvrat može rezultirati općim ili lokalnim izmijenjenim ili abnormalnim funkcioniranjem tijela. Takve su mutacije u nekim slučajevima patogene, jer dovode do bolesti, ili smrtonosne na embrionalnom nivou. Međutim, ne dovode sve promjene u sekvenci nukleotida do promjena u strukturi proteina (zbog efekta degeneracije genetskog koda) ili do značajne promjene sekvence i nisu patogene. Posebno, ljudski genom karakteriziraju polimorfizmi jednog nukleotida i varijacije broja kopija. varijacije broja kopija), kao što su delecije i duplikacije, koje čine oko 1% cjelokupne ljudske nukleotidne sekvence. Pojedinačni nukleotidni polimorfizmi, posebno, definiraju različite alele jednog gena.

Monomeri koji čine svaki od DNK lanaca su složena organska jedinjenja koja uključuju azotne baze: adenin (A) ili timin (T) ili citozin (C) ili guanin (G), pentaatomski šećer pentozu deoksiribozu, koji je dobio ime po i sama DNK, kao i ostatak fosforne kiseline, nazivaju se nukleotidi.

Svojstva gena

1. diskretnost - nemešljivost gena;
2. stabilnost - sposobnost održavanja strukture;
3. labilnost - sposobnost višestruke mutacije;
4. multipli alelizam - mnogi geni postoje u populaciji u više molekularnih oblika;
5. alelnost - u genotipu diploidnih organizama postoje samo dva oblika gena;
6. specifičnost - svaki gen kodira svoju vlastitu osobinu;
7. pleiotropija - višestruki efekat gena;
8. ekspresivnost - stepen ekspresije gena u osobini;
9. penetrantnost - učestalost ispoljavanja gena u fenotipu;
10. amplifikacija - povećanje broja kopija gena.

Klasifikacija

1. Strukturni geni su jedinstvene komponente genoma, koje predstavljaju jednu sekvencu koja kodira određeni protein ili određene vrste RNK. (Vidi i članak geni za održavanje kućanstva).
2. Funkcionalni geni – regulišu funkcionisanje strukturnih gena.

Genetski kod- metoda karakteristična za sve žive organizme kodiranja aminokiselinske sekvence proteina pomoću sekvence nukleotida.

DNK koristi četiri nukleotida - adenin (A), guanin (G), citozin (C), timin (T), koji se u ruskoj literaturi označavaju slovima A, G, C i T. Ova slova čine abecedu genetski kod. RNK koristi iste nukleotide, s izuzetkom timina, koji je zamijenjen sličnim nukleotidom - uracilom, koji je označen slovom U (U u ruskoj literaturi). U molekulima DNK i RNK nukleotidi su raspoređeni u lance i tako se dobijaju sekvence genetskih slova.

Genetski kod

Za izgradnju proteina u prirodi koristi se 20 različitih aminokiselina. Svaki protein je lanac ili nekoliko lanaca aminokiselina u strogo definiranom nizu. Ova sekvenca određuje strukturu proteina, a time i sva njegova biološka svojstva. Skup aminokiselina je također univerzalan za gotovo sve žive organizme.

Implementacija genetskih informacija u živim stanicama (tj. sinteza proteina kodiranog genom) provodi se pomoću dva matrična procesa: transkripcije (tj. sinteze mRNA na DNK matrici) i translacije genetskog koda. u sekvencu aminokiselina (sinteza polipeptidnog lanca na mRNA). Tri uzastopna nukleotida su dovoljna za kodiranje 20 aminokiselina, kao i stop signal koji ukazuje na kraj sekvence proteina. Skup od tri nukleotida naziva se triplet. Prihvaćene skraćenice koje odgovaraju aminokiselinama i kodonima prikazane su na slici.

Svojstva

1. Trostruko- značajna jedinica koda je kombinacija tri nukleotida (triplet ili kodon).
2. Kontinuitet- između trojki nema znakova interpunkcije, odnosno informacije se čitaju neprekidno.
3. Bez preklapanja- isti nukleotid ne može istovremeno biti dio dva ili više tripleta (nije uočeno za neke preklapajuće gene virusa, mitohondrija i bakterija, koji kodiraju nekoliko proteina pomaka okvira).
4. Jedinstvenost (specifičnost)- određeni kodon odgovara samo jednoj aminokiselini (međutim, UGA kodon ima Euplotes crassus kodira dvije aminokiseline - cistein i selenocistein)
5. degeneracija (višak)- nekoliko kodona može odgovarati istoj aminokiselini.
6. Svestranost- genetski kod radi isto u organizmima različitog nivoa složenosti - od virusa do ljudi (metode genetskog inženjeringa se zasnivaju na tome; postoji niz izuzetaka, prikazanih u tabeli u odeljku "Varijacije standardnog genetskog koda" ispod).
7. Otpornost na buku- mutacije nukleotidnih supstitucija koje ne dovode do promjene klase kodirane aminokiseline nazivaju se konzervativan; nukleotidne supstitucijske mutacije koje dovode do promjene klase kodirane aminokiseline nazivaju se radikalan.

Biosinteza proteina i njene faze

Biosinteza proteina- složeni višestepeni proces sinteze polipeptidnog lanca iz aminokiselinskih ostataka, koji se odvija na ribosomima ćelija živih organizama uz učešće mRNA i tRNA molekula.

Biosinteza proteina se može podijeliti na faze transkripcije, procesiranja i translacije. Tokom transkripcije čitaju se genetske informacije šifrirane u molekulima DNK i te informacije se upisuju u molekule mRNA. Tokom niza uzastopnih faza obrade, neki fragmenti koji su nepotrebni u narednim fazama uklanjaju se iz mRNA, a nukleotidne sekvence se uređuju. Nakon transporta koda od jezgre do ribozoma, dolazi do stvarne sinteze proteinskih molekula vezivanjem pojedinačnih aminokiselinskih ostataka na rastući polipeptidni lanac.

Između transkripcije i translacije, molekul mRNA prolazi kroz niz uzastopnih promjena koje osiguravaju sazrijevanje funkcionalnog matriksa za sintezu polipeptidnog lanca. Kapa je pričvršćena na 5΄-kraj, a poli-A rep je pričvršćen za 3΄-kraj, što produžava životni vijek mRNA. Pojavom obrade u eukariotskoj ćeliji, postalo je moguće kombinirati egzone gena kako bi se dobio veći izbor proteina kodiranih jednom sekvencom nukleotida DNK - alternativno spajanje.

Translacija se sastoji od sinteze polipeptidnog lanca u skladu sa informacijama kodiranim u RNK glasniku. Aminokiselinska sekvenca je uređena pomoću transport RNK (tRNA), koja formira komplekse sa aminokiselinama - aminoacil-tRNA. Svaka aminokiselina ima svoju tRNA, koja ima odgovarajući antikodon koji se "poklapa" sa kodonom mRNA. Tokom translacije, ribosom se kreće duž mRNA, a kako to čini, raste polipeptidni lanac. Energiju za biosintezu proteina osigurava ATP.

Gotovi proteinski molekuli se zatim odvajaju od ribozoma i transportuju do željene lokacije u ćeliji. Da bi postigli svoje aktivno stanje, nekim proteinima je potrebna dodatna post-translaciona modifikacija.

Genetski kod, koji se naziva i kod aminokiselina, je sistem za snimanje informacija o sekvenci aminokiselina u proteinu koristeći sekvencu nukleotidnih ostataka u DNK koji sadrže jednu od 4 azotne baze: adenin (A), gvanin (G ), citozin (C) i timin (T). Međutim, budući da dvolančana spirala DNK nije direktno uključena u sintezu proteina koji je kodiran jednim od ovih lanaca (tj. RNA), kod je napisan na RNA jeziku, koji umjesto toga sadrži uracil (U). timina. Iz istog razloga, uobičajeno je reći da je kod niz nukleotida, a ne par nukleotida.

Genetski kod je predstavljen određenim kodnim riječima, koje se nazivaju kodoni.

Prvu kodnu riječ dešifrovali su Nirenberg i Mattei 1961. godine. Dobili su ekstrakt iz E. coli koji sadrži ribozome i druge faktore neophodne za sintezu proteina. Rezultat je bio sistem za sintezu proteina bez ćelija, koji je mogao sastaviti proteine ​​iz aminokiselina ako se u medijum doda potrebna mRNA. Dodavanjem sintetičke RNK koja se sastoji samo od uracila u mediju, otkrili su da se formira protein koji se sastoji samo od fenilalanina (polifenilalanin). Tako je ustanovljeno da triplet nukleotida UUU (kodon) odgovara fenilalaninu. U narednih 5-6 godina određivani su svi kodoni genetskog koda.

Genetski kod je svojevrsni rečnik koji prevodi tekst napisan sa četiri nukleotida u proteinski tekst napisan sa 20 aminokiselina. Preostale aminokiseline koje se nalaze u proteinima su modifikacije jedne od 20 aminokiselina.

Osobine genetskog koda

Genetski kod ima sljedeća svojstva.

1. Trostruko- Svaka aminokiselina odgovara trojci nukleotida. Lako je izračunati da postoji 4 3 = 64 kodona. Od toga je 61 semantičko, a 3 besmislica (terminacija, stop kodoni).
2. Kontinuitet(bez znakova za razdvajanje nukleotida) - odsustvo intragenskih znakova interpunkcije;

   Unutar gena, svaki nukleotid je dio značajnog kodona. Godine 1961 Seymour Benzer i Francis Crick eksperimentalno su dokazali tripletnu prirodu koda i njegov kontinuitet (kompaktnost) [prikaži]

   

   Suština eksperimenta: “+” mutacija - umetanje jednog nukleotida. "-" mutacija - gubitak jednog nukleotida.

   Jedna mutacija ("+" ili "-") na početku gena ili dvostruka mutacija ("+" ili "-") kvari cijeli gen.

   Trostruka mutacija ("+" ili "-") na početku gena kvari samo dio gena.

   Četvorostruka mutacija “+” ili “-” opet kvari cijeli gen.

   Eksperiment je izveden na dva susedna gena faga i to je pokazao

   1. kod je triplet i unutar gena nema interpunkcije
   2. postoje znakovi interpunkcije između gena
3. Prisustvo intergenskih znakova interpunkcije- prisustvo među tripletima inicirajućih kodona (oni počinju biosintezu proteina) i terminatorskih kodona (što ukazuje na kraj biosinteze proteina);

   Konvencionalno, AUG kodon, prvi nakon vodeće sekvence, takođe pripada znacima interpunkcije. Funkcioniše kao veliko slovo. U ovoj poziciji kodira formilmetionin (kod prokariota).

   Na kraju svakog gena koji kodira polipeptid nalazi se najmanje jedan od 3 stop kodona, ili stop signala: UAA, UAG, UGA. Prekidaju emitovanje.

4. Kolinearnost- korespondencija linearne sekvence kodona mRNA i aminokiselina u proteinu.
5. Specifičnost- svaka aminokiselina odgovara samo određenim kodonima koji se ne mogu koristiti za drugu aminokiselinu.
6. Jednosmjernost- kodoni se čitaju u jednom smjeru - od prvog nukleotida ka sljedećim
7. Degeneracija ili redundantnost, - jedna aminokiselina može biti kodirana s nekoliko tripleta (aminokiseline - 20, mogući tripleti - 64, 61 od njih su semantičke, tj. u prosjeku svaka aminokiselina odgovara oko 3 kodona); izuzeci su metionin (Met) i triptofan (Trp).

   Razlog degeneracije koda je što glavno semantičko opterećenje nose prva dva nukleotida u tripletu, a treći nije toliko važan. Odavde pravilo degeneracije koda : Ako dva kodona imaju ista prva dva nukleotida i njihovi treći nukleotidi pripadaju istoj klasi (purin ili pirimidin), onda kodiraju istu aminokiselinu.

   Međutim, postoje dva izuzetka od ovog idealnog pravila. Ovo je kodon AUA, koji ne bi trebao odgovarati izoleucinu, već metioninu, i UGA kodon, koji je stop kodon, dok bi trebao odgovarati triptofanu. Degeneracija koda očigledno ima adaptivni značaj.

8. Svestranost- sva navedena svojstva genetskog koda karakteristična su za sve žive organizme.

   Codon	Univerzalni kod	Mitohondrijski kodovi
   		Kičmenjaci	Beskičmenjaci	Kvasac	Biljke
   U.G.A.	STOP	Trp	Trp	Trp	STOP
   AUA	Ile	Met	Met	Met	Ile
   CUA	Leu	Leu	Leu	Thr	Leu
   A.G.A.	Arg	STOP	Ser	Arg	Arg
   AGG	Arg	STOP	Ser	Arg	Arg

   Nedavno je princip univerzalnosti koda poljuljan u vezi s Berrelovim otkrićem 1979. idealnog koda ljudskih mitohondrija, u kojem je zadovoljeno pravilo degeneracije koda. U mitohondrijskom kodu, UGA kodon odgovara triptofanu, a AUA metioninu, kako to zahtijeva pravilo degeneracije koda.

   Možda su na početku evolucije svi jednostavni organizmi imali isti kod kao i mitohondrije, a onda je pretrpio neznatna odstupanja.

9. Bez preklapanja- svaki od tripleta genetskog teksta je nezavisan jedan od drugog, jedan nukleotid je uključen u samo jedan triplet; Na sl. pokazuje razliku između koda koji se preklapa i koji se ne preklapa.

   Godine 1976 DNK faga φX174 je sekvencioniran. Ima jednolančanu kružnu DNK koja se sastoji od 5375 nukleotida. Poznato je da fag kodira 9 proteina. Za njih 6 identifikovani su geni koji se nalaze jedan iza drugog.

   Ispostavilo se da postoji preklapanje. Gen E se nalazi u potpunosti unutar gena D. Njegov startni kodon pojavljuje se kao rezultat pomaka okvira jednog nukleotida. Gen J počinje tamo gdje završava gen D. Početni kodon gena J se preklapa sa stop kodonom gena D kao rezultat pomaka od dva nukleotida. Konstrukcija se naziva "pomeranjem okvira čitanja" za broj nukleotida koji nije višekratnik od tri. Do danas je preklapanje pokazano samo za nekoliko faga.

10. Otpornost na buku- omjer broja konzervativnih zamjena prema broju radikalnih zamjena.

    Mutacije nukleotidne supstitucije koje ne dovode do promjene klase kodirane aminokiseline nazivaju se konzervativne. Mutacije nukleotidne supstitucije koje dovode do promjene klase kodirane aminokiseline nazivaju se radikalne.

    Budući da ista aminokiselina može biti kodirana različitim tripletima, neke zamjene u tripletima ne dovode do promjene kodirane aminokiseline (na primjer, UUU -> UUC ostavlja fenilalanin). Neke zamjene mijenjaju aminokiselinu u drugu iz iste klase (nepolarne, polarne, bazične, kisele), druge zamjene također mijenjaju klasu aminokiseline.

    U svakom tripletu može se napraviti 9 pojedinačnih supstitucija, tj. Postoje tri načina da odaberete koji položaj želite promijeniti (1. ili 2. ili 3.), a odabrano slovo (nukleotid) se može promijeniti u 4-1=3 druga slova (nukleotid). Ukupan broj mogućih supstitucija nukleotida je 61 sa 9 = 549.

    Direktnim proračunom koristeći tablicu genetskih kodova, možete provjeriti sljedeće: 23 nukleotidne zamjene dovode do pojave kodona - terminatora translacije. 134 zamjene ne mijenjaju kodiranu aminokiselinu. 230 supstitucija ne mijenja klasu kodirane aminokiseline. 162 zamjene dovode do promjene klase aminokiselina, tj. su radikalni. Od 183 supstitucije 3. nukleotida, 7 dovodi do pojave terminatora translacije, a 176 su konzervativne. Od 183 supstitucije prvog nukleotida, 9 dovodi do pojave terminatora, 114 je konzervativnih, a 60 radikalnih. Od 183 supstitucije 2. nukleotida, 7 dovodi do pojave terminatora, 74 su konzervativne, 102 su radikalne.

Genetski kod je sistem za beleženje naslednih informacija u molekulima nukleinske kiseline, zasnovan na određenoj alternaciji nukleotidnih sekvenci u DNK ili RNK, formirajući kodone koji odgovaraju aminokiselinama u proteinu.

Osobine genetskog koda.

Genetski kod ima nekoliko svojstava.

Trojstvo.

Degeneracija ili redundantnost.

Nedvosmislenost.

Polaritet.

Bez preklapanja.

Kompaktnost.

Svestranost.

Treba napomenuti da neki autori predlažu i druga svojstva koda vezana za hemijske karakteristike nukleotida uključenih u kod ili učestalost pojavljivanja pojedinih aminokiselina u proteinima organizma itd. Međutim, ova svojstva proizlaze iz gore navedenih, pa ćemo ih tamo razmotriti.

A. Trojstvo. Genetski kod, kao i mnogi složeno organizirani sistemi, ima najmanju strukturnu i najmanju funkcionalnu jedinicu. Triplet je najmanja strukturna jedinica genetskog koda. Sastoji se od tri nukleotida. Kodon je najmanja funkcionalna jedinica genetskog koda. Tipično, tripleti mRNA se nazivaju kodoni. U genetskom kodu, kodon obavlja nekoliko funkcija. Prvo, njegova glavna funkcija je da kodira jednu aminokiselinu. Drugo, kodon možda ne kodira aminokiselinu, ali u ovom slučaju obavlja drugu funkciju (vidi dolje). Kao što se može vidjeti iz definicije, trojka je koncept koji karakterizira osnovno strukturna jedinica genetski kod (tri nukleotida). Kodon – karakteriše elementarna semantička jedinica genom - tri nukleotida određuju vezanje jedne aminokiseline za polipeptidni lanac.

Elementarna strukturna jedinica je prvo teorijski dešifrovana, a zatim je eksperimentalno potvrđeno njeno postojanje. Zaista, 20 aminokiselina ne može biti kodirano sa jednim ili dva nukleotida jer postoje samo 4 od ovih potonjih. Tri od četiri nukleotida daju 4 3 = 64 varijante, što više nego pokriva broj dostupnih aminokiselina u živim organizmima (vidi tabelu 1).

Kombinacije 64 nukleotida predstavljene u tabeli imaju dvije karakteristike. Prvo, od 64 tripletne varijante, samo 61 su kodoni i kodiraju bilo koju aminokiselinu koju nazivaju čulni kodoni. Tri trojke ne kodiraju

aminokiseline a su stop signali koji ukazuju na kraj translacije. Postoje tri takve trojke - UAA, UAG, UGA, nazivaju se i “besmislenim” (besmisleni kodoni). Kao rezultat mutacije, koja je povezana sa zamjenom jednog nukleotida u tripletu drugim, besmisleni kodon može nastati iz osjetilnog kodona. Ova vrsta mutacije se zove besmislica mutacija. Ako se takav stop signal formira unutar gena (u njegovom informacijskom dijelu), tada će se tokom sinteze proteina na ovom mjestu proces stalno prekidati - sintetizirat će se samo prvi (prije stop signala) dio proteina. Osoba s ovom patologijom osjetit će nedostatak proteina i osjetit će simptome povezane s ovim nedostatkom. Na primjer, ova vrsta mutacije je identificirana u genu koji kodira beta lanac hemoglobina. Sintetizira se skraćeni neaktivni lanac hemoglobina koji se brzo uništava. Kao rezultat, formira se molekul hemoglobina bez beta lanca. Jasno je da takav molekul vjerovatno neće u potpunosti ispuniti svoje dužnosti. Javlja se ozbiljna bolest koja se razvija kao hemolitička anemija (beta-nula talasemija, od grčke riječi “Thalas” – Sredozemno more, gdje je ova bolest prvi put otkrivena).

Mehanizam djelovanja stop kodona razlikuje se od mehanizma djelovanja čulnih kodona. Ovo proizilazi iz činjenice da su za sve kodone koji kodiraju aminokiseline pronađene odgovarajuće tRNA. Nisu pronađene tRNA za besmislene kodone. Shodno tome, tRNA ne učestvuje u procesu zaustavljanja sinteze proteina.

CodonAUG (ponekad GUG u bakterijama) ne samo da kodiraju aminokiseline metionin i valin, već su iinicijator emitovanja .

b. Degeneracija ili redundantnost.

61 od 64 tripleta kodira 20 aminokiselina. Ovaj trostruki višak broja tripleta u odnosu na broj aminokiselina sugerira da se u prijenosu informacija mogu koristiti dvije opcije kodiranja. Prvo, ne mogu sva 64 kodona biti uključena u kodiranje 20 aminokiselina, ali samo 20 i, drugo, aminokiseline mogu biti kodirane s nekoliko kodona. Istraživanja su pokazala da je priroda koristila potonju opciju.

Njegove preferencije su očigledne. Ako bi od 64 varijante tripleta samo 20 bilo uključeno u kodiranje aminokiselina, onda bi 44 tripleta (od 64) ostala nekodirajuća, tj. besmisleni (besmisleni kodoni). Prethodno smo ukazali na to koliko je opasno za život ćelije transformirati kodirajući triplet kao rezultat mutacije u besmisleni kodon - to značajno remeti normalno funkcioniranje RNA polimeraze, što u konačnici dovodi do razvoja bolesti. Trenutno su tri kodona u našem genomu besmislica, ali sada zamislite šta bi se dogodilo kada bi se broj besmislenih kodona povećao za oko 15 puta. Jasno je da će u takvoj situaciji prijelaz normalnih kodona u nonsens kodone biti nemjerljivo veći.

Kod u kojem je jedna aminokiselina kodirana s nekoliko tripleta naziva se degeneriranim ili redundantnim. Gotovo svaka aminokiselina ima nekoliko kodona. Dakle, aminokiselina leucin može biti kodirana sa šest tripleta - UUA, UUG, TSUU, TsUC, TsUA, TsUG. Valin je kodiran sa četiri tripleta, fenilalanin sa dva i samo triptofan i metionin kodiran jednim kodonom. Svojstvo koje je povezano sa snimanjem istih informacija sa različitim simbolima se zove degeneracija.

Broj kodona određenih za jednu aminokiselinu dobro korelira sa učestalošću pojavljivanja aminokiseline u proteinima.

I to najvjerovatnije nije slučajno. Što je veća učestalost pojavljivanja aminokiseline u proteinu, to je kodon ove aminokiseline češće zastupljen u genomu, veća je vjerovatnoća da će se ona oštetiti mutagenim faktorima. Stoga je jasno da mutirani kodon ima veće šanse da kodira istu aminokiselinu ako je visoko degenerisan. Iz ove perspektive, degeneracija genetskog koda je mehanizam koji štiti ljudski genom od oštećenja.

Treba napomenuti da se termin degeneracija u molekularnoj genetici koristi u drugom smislu. Dakle, većina informacija u kodonu je sadržana u prva dva nukleotida, ispostavilo se da je baza na trećem mjestu kodona od male važnosti. Ovaj fenomen se naziva "degeneracija treće baze". Posljednja karakteristika minimizira učinak mutacija. Na primjer, poznato je da je glavna funkcija crvenih krvnih stanica transport kisika iz pluća u tkiva i ugljični dioksid iz tkiva u pluća. Ovu funkciju obavlja respiratorni pigment - hemoglobin, koji ispunjava cijelu citoplazmu eritrocita. Sastoji se od proteinskog dijela - globina, koji je kodiran odgovarajućim genom. Osim proteina, molekula hemoglobina sadrži hem, koji sadrži željezo. Mutacije globinskih gena dovode do pojave različitih varijanti hemoglobina. Najčešće su mutacije povezane sa zamjena jednog nukleotida drugim i pojava novog kodona u genu, koji može kodirati novu aminokiselinu u polipeptidnom lancu hemoglobina. U tripletu, kao rezultat mutacije, može se zamijeniti bilo koji nukleotid - prvi, drugi ili treći. Poznato je nekoliko stotina mutacija koje utiču na integritet globinskih gena. Near 400 od kojih su povezani sa zamjenom pojedinačnih nukleotida u genu i odgovarajućom zamjenom aminokiselina u polipeptidu. Samo od ovih 100 zamjene dovode do nestabilnosti hemoglobina i raznih vrsta bolesti od blagih do veoma teških. 300 (približno 64%) supstitucijskih mutacija ne utječu na funkciju hemoglobina i ne dovode do patologije. Jedan od razloga za to je i gore spomenuta “degeneracija treće baze”, kada zamjena trećeg nukleotida u tripletu koji kodira serin, leucin, prolin, arginin i neke druge aminokiseline dovodi do pojave sinonimnog kodona. koji kodiraju istu aminokiselinu. Takva mutacija se neće manifestirati fenotipski. Nasuprot tome, svaka zamjena prvog ili drugog nukleotida u tripletu u 100% slučajeva dovodi do pojave nove varijante hemoglobina. Ali čak iu ovom slučaju možda neće biti teških fenotipskih poremećaja. Razlog tome je zamjena aminokiseline u hemoglobinu drugom sličnom prvoj po fizičko-hemijskim svojstvima. Na primjer, ako je aminokiselina s hidrofilnim svojstvima zamijenjena drugom aminokiselinom, ali sa istim svojstvima.

Hemoglobin se sastoji od željezne porfirinske grupe hema (za nju su vezani molekuli kisika i ugljičnog dioksida) i proteina - globina. Hemoglobin odraslih (HbA) sadrži dva identična -lanci i dva -lanci. Molekula -lanac sadrži 141 aminokiselinski ostatak, -lanac - 146, - I -lanci se razlikuju po mnogim ostacima aminokiselina. Aminokiselinska sekvenca svakog globinskog lanca je kodirana vlastitim genom. Gensko kodiranje -lanac se nalazi u kratkom kraku hromozoma 16, -gen - u kratkom kraku hromozoma 11. Zamjena u kodiranju gena -lanac hemoglobina prvog ili drugog nukleotida gotovo uvijek dovodi do pojave novih aminokiselina u proteinu, narušavanja funkcija hemoglobina i ozbiljnih posljedica za pacijenta. Na primjer, zamjena "C" u jednom od tripleta CAU (histidin) sa "Y" će dovesti do pojave novog tripleta UAU, koji kodira drugu aminokiselinu - tirozin, fenotipski će se to manifestirati u teškoj bolesti.. A slična zamjena na poziciji 63 -lanac histidinskog polipeptida do tirozina dovešće do destabilizacije hemoglobina. Razvija se bolest methemoglobinemija. Zamjena, kao rezultat mutacije, glutaminske kiseline valinom na 6. poziciji -lanac je uzročnik najteže bolesti - anemije srpastih ćelija. Hajde da ne nastavljamo tužnu listu. Napomenimo samo da se prilikom zamjene prva dva nukleotida može pojaviti aminokiselina s fizičko-hemijskim svojstvima sličnim prethodnoj. Dakle, zamjena 2. nukleotida u jednom od tripleta koji kodiraju glutaminsku kiselinu (GAA) u -lanac sa “U” dovodi do pojave novog tripleta (GUA), koji kodira valin, a zamjenom prvog nukleotida sa “A” formira se triplet AAA, koji kodira aminokiselinu lizin. Glutaminska kiselina i lizin su slični po fizičko-hemijskim svojstvima - obje su hidrofilne. Valin je hidrofobna aminokiselina. Stoga se zamjenom hidrofilne glutaminske kiseline hidrofobnim valinom značajno mijenjaju svojstva hemoglobina, što u konačnici dovodi do razvoja anemije srpastih stanica, dok zamjenom hidrofilne glutaminske kiseline hidrofilnim lizinom u manjoj mjeri mijenja funkciju hemoglobina – kod pacijenata se razvija blagi oblik. od anemije. Kao rezultat zamjene treće baze, novi triplet može kodirati iste aminokiseline kao i prethodni. Na primjer, ako je u CAC tripletu uracil zamijenjen citozinom i pojavio se CAC triplet, tada se kod ljudi neće otkriti praktički nikakve fenotipske promjene. To je razumljivo, jer oba tripleta kodiraju istu aminokiselinu – histidin.

U zaključku, prikladno je naglasiti da su degeneracija genetskog koda i degeneracija treće baze sa opšte biološke tačke gledišta zaštitni mehanizmi koji su inherentni evoluciji u jedinstvenoj strukturi DNK i RNK.

V. Nedvosmislenost.

Svaki triplet (osim besmislica) kodira samo jednu aminokiselinu. Dakle, u pravcu kodon - aminokiselina genetski kod je nedvosmislen, u pravcu amino kiselina - kodon je dvosmislen (degenerisan).

Nedvosmisleno

Kodon aminokiselina

Degenerisan

I u ovom slučaju, potreba za nedvosmislenošću u genetskom kodu je očigledna. U drugoj opciji, prilikom prevođenja istog kodona, različite aminokiseline bi se ubacile u proteinski lanac i kao rezultat bi se formirali proteini s različitim primarnim strukturama i različitim funkcijama. Ćelijski metabolizam bi se prebacio na način rada “jedan gen – nekoliko polipeptida”. Jasno je da bi u takvoj situaciji regulatorna funkcija gena bila potpuno izgubljena.

g

Čitanje informacija iz DNK i mRNA događa se samo u jednom smjeru. Polaritet je važan za definisanje struktura višeg reda (sekundarne, tercijarne, itd.). Ranije smo govorili o tome kako strukture nižeg reda određuju strukture višeg reda. Tercijarna struktura i strukture višeg reda u proteinima se formiraju čim sintetizirani lanac RNK napusti molekulu DNK ili polipeptidni lanac napusti ribozom. Dok slobodni kraj RNK ili polipeptida dobija tercijarnu strukturu, drugi kraj lanca nastavlja da se sintetiše na DNK (ako je RNK transkribovana) ili ribosomu (ako je polipeptid prepisan).

Stoga je jednosmjerni proces čitanja informacija (tokom sinteze RNK i proteina) neophodan ne samo za određivanje redoslijeda nukleotida ili aminokiselina u sintetiziranoj supstanci, već i za striktno određivanje sekundarnih, tercijalnih itd. strukture.

d.

Kod se može preklapati ili ne preklapati. Kod većine organizama kod se ne preklapa. Kod nekih faga nalazi se preklapajući kod.

Suština koda koji se ne preklapa je da nukleotid jednog kodona ne može istovremeno biti nukleotid drugog kodona. Ako bi se kod preklapao, tada bi sekvenca od sedam nukleotida (GCUGCUG) mogla kodirati ne dvije aminokiseline (alanin-alanin) (slika 33, A) kao što je slučaj sa kodom koji se ne preklapa, već tri (ako postoji jedan zajednički nukleotid) (slika 33, B) ili pet (ako su dva zajednička nukleotida) (vidi sliku 33, C). U posljednja dva slučaja, mutacija bilo kojeg nukleotida bi dovela do kršenja u nizu dva, tri, itd. amino kiseline.

Međutim, utvrđeno je da mutacija jednog nukleotida uvijek remeti uključivanje jedne aminokiseline u polipeptid. Ovo je značajan argument da se kod ne preklapa.

Objasnimo ovo na slici 34. Podebljane linije pokazuju triplete koji kodiraju aminokiseline u slučaju nepreklapanja i preklapanja koda. Eksperimenti su jasno pokazali da se genetski kod ne preklapa. Ne ulazeći u detalje eksperimenta, napominjemo da ako zamijenite treći nukleotid u nizu nukleotida (vidi sliku 34)U (označeno zvjezdicom) na neku drugu stvar:

1. Sa kodom koji se ne preklapa, protein kontrolisan ovom sekvencom bi imao supstituciju jedne (prve) aminokiseline (označene zvjezdicama).

2. Sa preklapajućim kodom u opciji A, supstitucija bi se dogodila u dvije (prve i druge) aminokiseline (označene zvjezdicama). Pod opcijom B, zamjena bi uticala na tri aminokiseline (označene zvjezdicama).

Međutim, brojni eksperimenti su pokazali da kada je jedan nukleotid u DNK poremećen, poremećaj u proteinu uvijek pogađa samo jednu aminokiselinu, što je tipično za kod koji se ne preklapa.

GZUGZUG GZUGZUG GZUGZUG

GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU UGC GCU GCU GCU

*** *** *** *** *** ***

Alanin - Alanin Ala - Cis - Ley Ala - Ley - Ley - Ala - Ley

A B C

Nepreklapajući kod Preklapajući kod

Rice. 34. Dijagram koji objašnjava prisustvo koda koji se ne preklapa u genomu (objašnjenje u tekstu).

Nepreklapanje genetskog koda povezano je sa drugim svojstvom - čitanje informacija počinje od određene tačke - signala inicijacije. Takav inicijacijski signal u mRNA je kodon koji kodira metionin AUG.

Treba napomenuti da osoba još uvijek ima mali broj gena koji odstupaju od općeg pravila i preklapaju se.

e.

Ne postoji interpunkcija između kodona. Drugim riječima, trojke nisu odvojene jedna od druge, na primjer, jednim besmislenim nukleotidom. Eksperimentima je dokazano odsustvo "interpunkcijskih znakova" u genetskom kodu.

i. Svestranost.

Šifra je ista za sve organizme koji žive na Zemlji. Direktan dokaz univerzalnosti genetskog koda dobijen je poređenjem sekvenci DNK sa odgovarajućim sekvencama proteina. Pokazalo se da svi genomi bakterija i eukariota koriste iste skupove vrijednosti koda. Ima izuzetaka, ali ne mnogo.

Prvi izuzeci od univerzalnosti genetskog koda pronađeni su u mitohondrijima nekih životinjskih vrsta. Ovo se odnosilo na terminator kodon UGA, koji se čita isto kao i kodon UGG, koji kodira aminokiselinu triptofan. Nađena su i druga rjeđa odstupanja od univerzalnosti.

DNK kodni sistem.

Genetski kod DNK sastoji se od 64 nukleotidna tripleta. Ove trojke se nazivaju kodoni. Svaki kodon kodira jednu od 20 aminokiselina koje se koriste u sintezi proteina. Ovo daje određenu redundanciju u kodu: većinu aminokiselina kodira više od jednog kodona.
Jedan kodon obavlja dvije međusobno povezane funkcije: signalizira početak translacije i kodira uključivanje aminokiseline metionin (Met) u rastući polipeptidni lanac. Sistem kodiranja DNK je dizajniran tako da genetski kod može biti izražen ili kao RNK kodoni ili DNK kodoni. RNK kodoni se nalaze u RNK (mRNA) i ovi kodoni su u stanju da čitaju informacije tokom sinteze polipeptida (proces koji se zove translacija). Ali svaki molekul mRNA dobija nukleotidnu sekvencu u transkripciji iz odgovarajućeg gena.

Sve osim dvije aminokiseline (Met i Trp) mogu biti kodirane sa 2 do 6 različitih kodona. Međutim, genom većine organizama pokazuje da su određeni kodoni favorizirani u odnosu na druge. Kod ljudi, na primjer, alanin kodira GCC četiri puta češće nego GCG. Ovo vjerovatno ukazuje na veću efikasnost translacije translacionog aparata (na primjer, ribozoma) za neke kodone.

Genetski kod je gotovo univerzalan. Isti kodoni su dodijeljeni istom dijelu aminokiselina, a isti signali početka i zaustavljanja su uglavnom isti kod životinja, biljaka i mikroorganizama. Međutim, pronađeni su neki izuzeci. Većina uključuje dodjelu jednog ili dva od tri stop kodona aminokiselini.

Genetski kod– jedinstveni sistem za snimanje naslednih informacija u molekulima nukleinske kiseline u obliku nukleotidne sekvence. Genetski kod se zasniva na upotrebi abecede koja se sastoji od samo četiri slova A, T, C, G, koja odgovaraju nukleotidima DNK. Postoji samo 20 vrsta aminokiselina. Od 64 kodona, tri - UAA, UAG, UGA - ne kodiraju aminokiseline, nazvane su besmislenim kodonima i služe kao znaci interpunkcije. Kodon (kodirajući trinukleotid) je jedinica genetskog koda, trio nukleotidnih ostataka (triplet) u DNK ili RNK, koji kodira uključivanje jedne aminokiseline. Sami geni ne učestvuju u sintezi proteina. Posrednik između gena i proteina je mRNA. Strukturu genetskog koda karakteriše činjenica da je triplet, odnosno da se sastoji od tripleta (trojki) azotnih DNK baza, nazvanih kodoni. Od 64

Osobine gena. kod
1) Trostrukost: jedna aminokiselina je kodirana sa tri nukleotida. Ova 3 nukleotida u DNK
nazivaju se triplet, u mRNA - kodon, u tRNK - antikodon.
2) Redundancija (degeneracija): postoji samo 20 aminokiselina, a postoji 61 triplet koji kodira aminokiseline, tako da je svaka aminokiselina kodirana sa nekoliko tripleta.
3) Jedinstvenost: svaki triplet (kodon) kodira samo jednu aminokiselinu.
4) Univerzalnost: genetski kod je isti za sve žive organizme na Zemlji.
5.) kontinuitet i neospornost kodona tokom čitanja. To znači da se nukleotidna sekvenca čita triplet po triplet bez praznina, a susjedni tripleti se ne preklapaju jedan s drugim.

88. Nasljednost i varijabilnost su osnovna svojstva živih bića. Darwinovo razumijevanje fenomena naslijeđa i varijabilnosti.
Nasljednost nazivaju općim svojstvom svih organizama da čuvaju i prenose karakteristike s roditelja na potomstvo. Nasljednost- ovo je svojstvo organizama da generacijama reprodukuju sličan tip metabolizma koji se razvio tokom istorijskog razvoja vrste i manifestuje se u određenim uslovima životne sredine.
Varijabilnost je proces nastanka kvalitativnih razlika između jedinki iste vrste, koji se izražava ili u promjeni pod utjecajem vanjskog okruženja samo jednog fenotipa, ili u genetski određenim nasljednim varijacijama koje su rezultat kombinacija, rekombinacija i mutacija koje uzimaju mjesto u nizu uzastopnih generacija i populacija.
Darwinovo razumijevanje naslijeđa i varijabilnosti.
Pod nasledstvom Darwin je shvatio sposobnost organizama da sačuvaju svoje vrste, sortne i individualne karakteristike u svom potomstvu. Ova karakteristika je bila dobro poznata i predstavljala je naslednu varijaciju. Darwin je detaljno analizirao važnost nasljeđa u evolucijskom procesu. Skrenuo je pažnju na slučajeve hibrida istog odijela prve generacije i cijepanja karaktera u drugoj generaciji bio je svjestan naslijeđa vezanog za spol, hibridnih atavizama i niza drugih fenomena naslijeđa.
Varijabilnost. Uspoređujući mnoge rase životinja i varijeteta biljaka, Darwin je primijetio da unutar bilo koje vrste životinja i biljaka, au kulturi, unutar bilo koje sorte i pasmine, nema identičnih jedinki. Darwin je zaključio da je varijabilnost svojstvena svim životinjama i biljkama.
Analizirajući materijal o varijabilnosti životinja, naučnik je primijetio da je svaka promjena životnih uslova dovoljna da izazove varijabilnost. Dakle, Darwin je varijabilnost shvatio kao sposobnost organizama da steknu nove karakteristike pod uticajem uslova okoline. On je razlikovao sljedeće oblike varijabilnosti:
Specifična (grupna) varijabilnost(sada se zove modifikacija) - slična promjena kod svih jedinki potomstva u jednom smjeru zbog utjecaja određenih uvjeta. Određene promjene imaju tendenciju da budu nenasljedne.
Neizvjesna individualna varijabilnost(sada se zove genotipski) - pojava raznih manjih razlika kod jedinki iste vrste, sorte, pasmine, po kojima se, postojajući u sličnim uslovima, jedna jedinka razlikuje od drugih. Ovakva višesmjerna varijabilnost posljedica je neizvjesnog uticaja životnih uslova na svakog pojedinca.
Korelativno(ili relativna) varijabilnost. Darwin je organizam shvatio kao integralni sistem, čiji su pojedinačni dijelovi usko povezani. Stoga, promjena u strukturi ili funkciji jednog dijela često uzrokuje promjenu drugog ili drugih. Primjer takve varijabilnosti je odnos između razvoja funkcionalnog mišića i formiranja grebena na kosti za koju je pričvršćen. Mnoge ptice močvarice imaju korelaciju između dužine vrata i dužine udova: ptice s dugim vratom također imaju duge udove.
Kompenzatorna varijabilnost se sastoji u tome što je razvoj nekih organa ili funkcija često uzrok inhibicije drugih, odnosno postoji inverzna korelacija, na primjer, između proizvodnje mlijeka i mesnatosti stoke.

89. Promjenjivost modifikacije. Norma reakcije genetski određenih osobina. Fenokopije.
Fenotipski varijabilnost obuhvata promene u stanju samih karakteristika koje nastaju pod uticajem razvojnih uslova ili faktora sredine. Opseg varijabilnosti modifikacije ograničen je normom reakcije. Specifična modifikaciona promjena u osobini koja je nastala nije naslijeđena, ali raspon modifikacije određen je naslijeđem.
Brzina reakcije je granica modifikacione varijabilnosti osobine. Nasljeđuje se norma reakcije, a ne same modifikacije, tj. sposobnost razvoja osobine i oblik njenog ispoljavanja zavisi od uslova okoline. Brzina reakcije je specifična kvantitativna i kvalitativna karakteristika genotipa. Postoje znakovi sa širokom normom reakcije, uskom () i nedvosmislenom normom. Brzina reakcije ima granice ili granice za svaku biološku vrstu (donju i gornju) - na primjer, pojačano hranjenje će dovesti do povećanja težine životinje, ali će biti unutar normalnog raspona reakcije karakterističnog za datu vrstu ili rasu. Brzina reakcije je genetski određena i naslijeđena. Za različite osobine, granice norme reakcije uvelike variraju. Na primjer, široke granice norme reakcije su vrijednost prinosa mlijeka, produktivnost žitarica i mnoge druge kvantitativne karakteristike, uske granice su intenzitet boje većine životinja i mnoge druge kvalitativne karakteristike. Pod uticajem nekih štetnih faktora sa kojima se osoba ne susreće u procesu evolucije, isključena je mogućnost modifikacione varijabilnosti koja određuje norme reakcija.
Fenokopije- promjene fenotipa pod utjecajem nepovoljnih faktora okoline, slične po manifestaciji mutacijama. Rezultirajuće fenotipske modifikacije se ne nasljeđuju. Utvrđeno je da je pojava fenokopija povezana sa uticajem spoljašnjih uslova na određenu ograničenu fazu razvoja. Štaviše, isti agens, ovisno o tome na koju fazu djeluje, može kopirati različite mutacije, ili jedna faza reagira na jedno, drugo na drugo. Za izazivanje iste fenokopije mogu se koristiti različiti agensi, što ukazuje da ne postoji veza između rezultata promjene i faktora koji utječe. Najsloženije genetske razvojne poremećaje relativno je lako reproducirati, dok je kopiranje osobina mnogo teže.

90. Prilagodljiva priroda modifikacije. Uloga naslijeđa i okoliša u ljudskom razvoju, obuci i obrazovanju.
Varijabilnost modifikacije odgovara životnim uslovima i adaptivne je prirode. Karakteristike kao što su rast biljaka i životinja, njihova težina, boja itd. podliježu promjenjivosti. Pojava modifikacionih promjena posljedica je činjenice da uvjeti okoline utiču na enzimske reakcije koje se odvijaju u organizmu u razvoju i u određenoj mjeri mijenjaju njihov tok.
Budući da se fenotipska manifestacija nasljedne informacije može modificirati uvjetima okoline, genotip organizma je programiran samo uz mogućnost njihovog formiranja u određenim granicama, koje se nazivaju norma reakcije. Norma reakcije predstavlja granice modifikacione varijabilnosti osobine dozvoljene za dati genotip.
Stepen ekspresije osobine kada se genotip realizuje u različitim uslovima naziva se ekspresivnost. Povezan je sa varijabilnošću osobine unutar norme reakcije.
Ista osobina se može pojaviti u nekim organizmima, a izostati kod drugih koji imaju isti gen. Kvantitativna mjera fenotipske ekspresije gena naziva se penetrantnost.
Ekspresivnost i prodornost održavaju se prirodnom selekcijom. Oba obrasca se moraju imati na umu kada se proučava nasljedstvo kod ljudi. Promjenom uslova okoline može se utjecati na penetraciju i ekspresivnost. Činjenica da isti genotip može biti izvor razvoja različitih fenotipova od velikog je značaja za medicinu. To znači da se teret ne mora nužno manifestirati. Mnogo zavisi od uslova u kojima se čovek nalazi. U nekim slučajevima, bolesti kao fenotipska manifestacija nasljedne informacije mogu se spriječiti pridržavanjem dijete ili uzimanjem lijekova. Implementacija nasljednih informacija ovisi o okolišu Formirane na osnovu povijesno utvrđenog genotipa, modifikacije su obično adaptivne prirode, jer su uvijek rezultat odgovora organizma u razvoju na faktore sredine koji na njega utiču. Priroda mutacijskih promjena je drugačija: one su rezultat promjena u strukturi molekule DNK, što uzrokuje poremećaj u prethodno uspostavljenom procesu sinteze proteina. Kada se miševi drže na povišenim temperaturama, oni proizvode potomstvo s izduženim repovima i uvećanim ušima. Ova modifikacija je adaptivne prirode, jer izbočeni dijelovi (rep i uši) igraju termoregulacijsku ulogu u tijelu: povećanje njihove površine omogućava povećan prijenos topline.

Genetski potencijal osobe je vremenski ograničen, i to prilično strogo. Ako propustite rok za ranu socijalizaciju, on će izblijedjeti prije nego što dođe do realizacije. Upečatljiv primjer ove izjave su brojni slučajevi kada su dojenčad, silom prilika, završila u džungli i provela nekoliko godina među životinjama. Nakon povratka u ljudsku zajednicu, više nisu mogli u potpunosti sustići ono što su izgubili: ovladali govorom, stekli prilično složene vještine ljudske djelatnosti, njihove mentalne funkcije osobe su se slabo razvijale. To je dokaz da se karakteristične osobine ljudskog ponašanja i aktivnosti stiču samo društvenim naslijeđem, samo prenošenjem društvenog programa u procesu odgoja i obuke.

Identični genotipovi (kod identičnih blizanaca), kada se smjeste u različita okruženja, mogu proizvesti različite fenotipove. Uzimajući u obzir sve faktore koji utiču, ljudski fenotip se može predstaviti kao sastavljen od nekoliko elemenata.

To uključuje: biološke sklonosti kodirane u genima; okruženje (društveno i prirodno); individualna aktivnost; um (svest, mišljenje).

Interakcija naslijeđa i okoliša u ljudskom razvoju igra važnu ulogu tokom njegovog života. Ali on dobija posebnu važnost tokom perioda formiranja tela: embriona, dojke, detinjstva, adolescencije i mladosti. U to vrijeme se uočava intenzivan proces razvoja tijela i formiranja ličnosti.

Nasljednost određuje šta organizam može postati, ali se osoba razvija pod istovremenim utjecajem oba faktora – naslijeđa i okoline. Danas je opšteprihvaćeno da se ljudska adaptacija odvija pod uticajem dva programa nasljeđa: biološkog i socijalnog. Svi znakovi i svojstva svake individue rezultat su interakcije njegovog genotipa i okoline. Stoga je svaka osoba i dio prirode i proizvod društvenog razvoja.

91. Kombinativna varijabilnost. Značaj kombinovane varijabilnosti u obezbeđivanju genotipske raznolikosti ljudi: Bračni sistemi. Medicinski i genetski aspekti porodice.
Kombinativna varijabilnost povezan sa dobijanjem novih kombinacija gena u genotipu. Ovo se postiže kao rezultat tri procesa: a) nezavisne segregacije hromozoma tokom mejoze; b) njihova nasumična kombinacija tokom oplodnje; c) rekombinacija gena zbog Crossing Overa. Sami nasljedni faktori (geni) se ne mijenjaju, već nastaju njihove nove kombinacije, što dovodi do pojave organizama različitih genotipskih i fenotipskih svojstava. Zahvaljujući kombinovanoj varijabilnosti U potomstvu se stvara niz genotipova, što je od velike važnosti za evolucijski proces zbog činjenice da: 1) povećava se raznolikost materijala za evolucijski proces bez smanjenja održivosti pojedinaca; 2) proširuje se sposobnost organizama da se prilagode promjenjivim uvjetima okoline i time osigurava opstanak grupe organizama (populacija, vrsta) u cjelini

Sastav i učestalost alela u ljudima i populacijama uvelike zavise od vrste brakova. U tom smislu važno je proučavanje vrsta brakova i njihovih medicinskih i genetskih posljedica.

Brakovi mogu biti: selektivno, neselektivno.

Za neselektivne uključuju panmix brakove. Panmixia(grč. nixis - mešavina) - postepeni brakovi između ljudi sa različitim genotipovima.

Selektivni brakovi: 1. Outbreeding– brakovi između osoba koje nisu u srodstvu po ranije poznatom genotipu, 2. Inbreeding- brakovi između rođaka, 3.Pozitivno asortativan– brakovi između individua sličnih fenotipova (gluvonijemi, niski sa niskim, visoki sa visokim, slaboumni sa slaboumnima itd.). 4.Negativan asortativni-brakovi između osoba sa različitim fenotipovima (gluhonijemi - normalni; niski - visoki; normalni - sa pjegama itd.). 4.Incest– brakovi između bliskih rođaka (između brata i sestre).

Inbred i incestuozni brakovi su ilegalni u mnogim zemljama. Nažalost, postoje regioni sa visokom učestalošću brakova u inbred brakovima. Donedavno je učestalost brakova u inbred brakovima u nekim regionima Centralne Azije dostizala 13-15%.

Medicinski i genetski značaj inbred brakovi su veoma negativni. U takvim brakovima uočava se homozigotizacija, a učestalost autosomno recesivnih bolesti povećava se za 1,5-2 puta. Inbred populacije doživljavaju inbreeding depresiju, tj. učestalost nepovoljnih recesivnih alela naglo raste, a smrtnost djece raste. Pozitivno asortativni brakovi također dovode do sličnih pojava. Outbreeding ima pozitivne genetske prednosti. U takvim brakovima primećuje se heterozigotizacija.

92. Mutacijska varijabilnost, klasifikacija mutacija prema stepenu promjene oštećenja nasljednog materijala. Mutacije u zametnim i somatskim ćelijama.
Mutacija naziva promjena uzrokovana reorganizacijom reproduktivnih struktura, promjenom njenog genetskog aparata. Mutacije se javljaju grčevito i naslijeđuju se. U zavisnosti od stepena promene naslednog materijala, sve mutacije se dele na genetski, hromozomski I genomski.
Genske mutacije, ili transgenacije, utiču na strukturu samog gena. Mutacije mogu promijeniti dijelove molekula DNK različitih dužina. Najmanja regija, čija promjena dovodi do pojave mutacije, naziva se muton. Može se sastojati samo od para nukleotida. Promjena redoslijeda nukleotida u DNK uzrokuje promjenu slijeda tripleta i, na kraju, programa sinteze proteina. Treba imati na umu da poremećaji u strukturi DNK dovode do mutacija samo kada se popravka ne izvrši.
Hromozomske mutacije, hromozomska preuređivanja ili aberacije sastoje se od promjene količine ili preraspodjele nasljednog materijala hromozoma.
Perestrojke se dijele na intrahromozomski I interhromozomski. Intrahromozomska preuređivanja se sastoje od gubitka dijela hromozoma (delecija), udvostručavanja ili umnožavanja nekih njegovih sekcija (duplikacija) i rotacije hromozomskog fragmenta za 180° uz promjenu redoslijeda lokacije gena (inverzija).
Genomske mutacije povezan sa promenama u broju hromozoma. Genomske mutacije uključuju aneuploidiju, haploidiju i poliploidiju.
Aneuploidija naziva se promjena u broju pojedinačnih hromozoma - odsustvo (monosomija) ili prisustvo dodatnih (trisomija, tetrasomija, generalno polisomija) hromozoma, odnosno neuravnotežen hromozomski skup. Ćelije sa promijenjenim brojem hromozoma nastaju kao rezultat poremećaja u procesu mitoze ili mejoze, pa se stoga razlikuje mitotička i mejotička aneuploidija. Višestruko smanjenje broja hromozomskih setova somatskih ćelija u poređenju sa diploidnim naziva se haploidija. Višestruko povećanje broja hromozomskih setova somatskih ćelija u poređenju sa diploidnim naziva se poliploidija.
Navedene vrste mutacija javljaju se kako u zametnim stanicama tako i u somatskim stanicama. Mutacije koje se javljaju u zametnim ćelijama nazivaju se generativno. Prenose se na naredne generacije.
Mutacije koje se javljaju u tjelesnim stanicama u jednoj ili drugoj fazi individualnog razvoja organizma nazivaju se somatski. Takve mutacije nasljeđuju samo potomci ćelije u kojoj su se dogodile.

93. Genske mutacije, molekularni mehanizmi nastanka, učestalost mutacija u prirodi. Biološki antimutacijski mehanizmi.
Moderna genetika to naglašava mutacije gena sastoji se u promeni hemijske strukture gena. Konkretno, mutacije gena su zamjene, insercije, delecije i gubici nukleotidnih parova. Najmanji dio molekule DNK čija promjena dovodi do mutacije naziva se muton. Jednaka je jednom paru nukleotida.
Postoji nekoliko klasifikacija genskih mutacija . Spontano(spontana) je mutacija koja se javlja bez direktne veze sa bilo kojim fizičkim ili hemijskim faktorom okoline.
Ako su mutacije uzrokovane namjerno, djelovanjem na tijelo faktorima poznate prirode, one se nazivaju inducirano. Sredstvo koje izaziva mutacije se zove mutagen.
Priroda mutagena je raznolika- to su fizički faktori, hemijska jedinjenja. Utvrđeno je mutageno djelovanje nekih bioloških objekata - virusa, protozoa, helminta - kada prodiru u ljudski organizam.
Kao rezultat dominantnih i recesivnih mutacija, u fenotipu se pojavljuju dominantne i recesivno izmijenjene osobine. Dominantno mutacije se pojavljuju u fenotipu već u prvoj generaciji. Recesivan mutacije su skrivene kod heterozigota od djelovanja prirodne selekcije, pa se u velikom broju akumuliraju u genskim fondovima vrsta.
Indikator intenziteta procesa mutacije je učestalost mutacije, koja se izračunava u prosjeku po genomu ili posebno za određene lokuse. Prosječna učestalost mutacija je uporediva u širokom spektru živih bića (od bakterija do ljudi) i ne zavisi od nivoa i tipa morfofiziološke organizacije. To je jednako 10 -4 - 10 -6 mutacija po 1 lokusu po generaciji.
Antimutacijski mehanizmi.
Zaštitni faktor protiv štetnih posljedica genskih mutacija je uparivanje hromozoma u diploidnom kariotipu somatskih eukariotskih ćelija. Uparivanje alley gena sprječava fenotipsku manifestaciju mutacija ako su recesivne.
Fenomen ekstrakopiranja gena koji kodiraju vitalne makromolekule doprinosi smanjenju štetnih posljedica genskih mutacija. Na primjer, geni rRNA, tRNA, histonski proteini, bez kojih je život bilo koje stanice nemoguć.
Navedeni mehanizmi doprinose očuvanju gena odabranih tokom evolucije i istovremeno akumulaciji različitih alela u genskom fondu populacije, formirajući rezervu nasljedne varijabilnosti.

94. Genomske mutacije: poliploidija, haploidija, heteroploidija. Mehanizmi njihovog nastanka.
Genomske mutacije su povezane s promjenama u broju hromozoma. Genomske mutacije uključuju heteroploidija, haploidija I poliploidija.
Poliploidija– povećanje diploidnog broja hromozoma dodavanjem čitavih hromozomskih skupova kao rezultat poremećaja mejoze.
Kod poliploidnih oblika dolazi do povećanja broja hromozoma, višestrukog haploidnog skupa: 3n – triploid; 4n – tetraploid, 5n – pentaploid, itd.
Poliploidni oblici se fenotipski razlikuju od diploidnih: uz promjenu broja kromosoma mijenjaju se i nasljedna svojstva. U poliploidima, ćelije su obično velike; ponekad su biljke gigantske veličine.
Oblici koji nastaju umnožavanjem hromozoma jednog genoma nazivaju se autoploidni. Međutim, poznat je i drugi oblik poliploidije - aloploidija, u kojoj se umnožava broj hromozoma dva različita genoma.
Višestruko smanjenje broja hromozomskih setova somatskih ćelija u poređenju sa diploidnim naziva se haploidija. Haploidni organizmi u prirodnim staništima nalaze se uglavnom među biljkama, uključujući i više (datura, pšenica, kukuruz). Ćelije takvih organizama imaju po jedan hromozom od svakog homolognog para, pa se svi recesivni aleli manifestuju u fenotipu. Ovo objašnjava smanjenu održivost haploida.
Heteroploidy. Kao rezultat poremećaja u mitozi i mejozi, broj kromosoma se može promijeniti i ne postati višestruki od haploidnog skupa. Fenomen kada jedan od hromozoma, umjesto da bude par, završi u trostrukom broju, naziva se trisomija. Ako se trisomija uoči na jednom kromosomu, onda se takav organizam naziva trizomski i njegov kromosomski skup je 2n+1. Trisomija može biti na bilo kojem od kromosoma ili čak na nekoliko. Sa dvostrukom trizomijom, ima hromozomski set 2n+2, trostrukom trizomijom – 2n+3, itd.
Suprotan fenomen trisomija, tj. gubitak jednog hromozoma iz para u diploidnom skupu naziva se monosomija, organizam je monosoman; njegova genotipska formula je 2n-1. U nedostatku dva različita hromozoma, organizam je dvostruko monosoman sa genotipskom formulom 2n-2, itd.
Iz rečenog je jasno da aneuploidija, tj. kršenje normalnog broja kromosoma dovodi do promjena u strukturi i smanjenja vitalnosti organizma. Što je veći poremećaj, to je niža održivost. Kod ljudi, poremećaj uravnoteženog skupa hromozoma dovodi do bolnih stanja poznatih pod zajedničkim nazivom hromozomske bolesti.
Mehanizam nastanka genomske mutacije su povezane s patologijom poremećaja normalne segregacije hromozoma u mejozi, što rezultira stvaranjem abnormalnih gameta, što dovodi do mutacije. Promjene u tijelu povezane su s prisustvom genetski heterogenih ćelija.

95. Metode proučavanja ljudskog naslijeđa. Genealoške i blizanačke metode, njihov značaj za medicinu.
Glavne metode za proučavanje ljudskog naslijeđa su genealošku, blizanac, populacijsko-statistički, dermatoglifska metoda, citogenetska, biohemijska, metoda genetike somatskih ćelija, metoda modeliranja
Genealoška metoda. Ova metoda se zasniva na kompilaciji i analizi rodovnika. Rodovnik je dijagram koji prikazuje veze između članova porodice. Analizom pedigrea proučavaju bilo koju normalnu ili (češće) patološku osobinu generacija ljudi koji su u srodstvu.
Genealoške metode se koriste za određivanje nasljedne ili nenasljedne prirode osobine, dominacije ili recesivnosti, mapiranja hromozoma, spolne veze i za proučavanje procesa mutacije. Po pravilu, genealoška metoda čini osnovu za zaključke u medicinsko-genetičkom savjetovanju.
Prilikom sastavljanja rodovnika koriste se standardne oznake. Osoba s kojom počinje studija je proband. Potomak bračnog para se naziva bratom ili sestrom, braća i sestre se nazivaju braća i sestre, rođaci se nazivaju prvi rođaci itd. Potomci koji imaju zajedničku majku (ali različite očeve) nazivaju se srodnicima, a potomci koji imaju zajedničkog oca (ali različite majke) nazivaju se polukrvnim; ako porodica ima djecu iz različitih brakova, a nemaju zajedničke pretke (na primjer, dijete iz prvog braka majke i dijete iz očevog prvog braka), onda se nazivaju pastorkom.
Genealoškom metodom može se utvrditi nasljedna priroda osobine koja se proučava, kao i vrsta njenog nasljeđivanja. Kada se analiziraju rodovnici za nekoliko karakteristika, može se otkriti povezana priroda njihovog nasljeđivanja, što se koristi u kompilaciji kromosomskih mapa. Ova metoda vam omogućava da proučavate intenzitet procesa mutacije, procijenite ekspresivnost i penetraciju alela.
Twin method. Sastoji se od proučavanja obrazaca nasljeđivanja osobina u parovima jednojajčanih i bratskih blizanaca. Blizanci su dvoje ili više djece koje je začela i rodila ista majka gotovo istovremeno. Postoje jednojajčani i bratski blizanci.
Identični (monozigotni, identični) blizanci se javljaju u najranijim fazama fragmentacije zigota, kada dva ili četiri blastomera zadržavaju sposobnost da se razviju u punopravni organizam kada se razdvoje. Budući da se zigota dijeli mitozom, genotipovi identičnih blizanaca su, barem u početku, potpuno identični. Jednojajčani blizanci su uvijek istog spola i dijele istu placentu tokom fetalnog razvoja.
Bratsko (dizigotno, neidentično) nastaje kada se oplode dva ili više istovremeno sazrelih jajnih ćelija. Dakle, oni dijele oko 50% svojih gena. Drugim riječima, slični su običnoj braći i sestrama po svojoj genetskoj konstituciji i mogu biti ili istog ili suprotnog spola.
Poređenjem jednojajčanih i dvojajčanih blizanaca odgajanih u istom okruženju, mogu se izvući zaključci o ulozi gena u razvoju osobina.
Metoda blizanaca vam omogućava da donesete utemeljene zaključke o nasljednosti osobina: ulozi naslijeđa, okoline i slučajnih faktora u određivanju određenih ljudskih osobina.
Prevencija i dijagnostika nasljedne patologije
Trenutno se prevencija nasljedne patologije provodi na četiri nivoa: 1) predigre; 2) prezigotski; 3) prenatalni; 4) novorođenčad.
1.) Pregametički nivo
Provedeno:
1. Sanitarna kontrola proizvodnje - eliminisanje uticaja mutagena na organizam.
2. Oslobađanje žena u fertilnoj dobi od rada u opasnim industrijama.
3.Izrada lista nasljednih bolesti koje su česte na određenom području
teritorije sa def. česte.
2.Prezigotski nivo
Najvažniji element ovog stepena prevencije je medicinsko genetičko savjetovanje (MGC) populacije, obavještavanje porodice o stepenu mogućeg rizika od rađanja djeteta sa nasljednom patologijom i pružanje pomoći u donošenju prave odluke o rađanju.
Prenatalni nivo
Sastoji se od provođenja prenatalne (antenatalne) dijagnostike.
Prenatalna dijagnoza– ovo je skup mjera koje se sprovode u cilju utvrđivanja nasljedne patologije u fetusu i prekida ove trudnoće. Metode prenatalne dijagnostike uključuju:
1. Ultrazvučno skeniranje (USS).
2. Fetoskopija– metoda vizuelnog posmatranja fetusa u šupljini materice putem elastične sonde opremljene optičkim sistemom.
3. Biopsija horionskih resica. Metoda se zasniva na uzimanju horionskih resica, kultivisanju ćelija i njihovom proučavanju citogenetskim, biohemijskim i molekularno genetskim metodama.
4. Amniocenteza- punkcija amnionske vrećice kroz trbušni zid i sakupljanje
amnionska tečnost. Sadrži fetalne ćelije koje se mogu pregledati
citogenetski ili biohemijski, ovisno o očekivanoj patologiji fetusa.
5. Kordocenteza- punkcija žila pupčane vrpce i sakupljanje fetalne krvi. Fetalni limfociti
kultivisan i podvrgnut istraživanju.
4.Neonatalni nivo
Na četvrtom nivou se vrši skrining novorođenčadi radi utvrđivanja autosomno recesivnih metaboličkih bolesti u pretkliničkoj fazi, kada se počinje pravovremenim liječenjem kako bi se osigurao normalan psihički i fizički razvoj djece.

Principi liječenja nasljednih bolesti
Dostupne su sljedeće vrste tretmana:.
1. Simptomatično(uticaj na simptome bolesti).
2. Patogenetski(uticaj na mehanizme razvoja bolesti).
Simptomatsko i patogenetsko liječenje ne otklanja uzroke bolesti, jer ne likvidira
genetski defekt.
Sljedeće tehnike se mogu koristiti u simptomatskom i patogenetskom liječenju.
· Ispravka razvojni defekti hirurškim metodama (sindaktilija, polidaktilija,
rascjep usne...
· Zamjenska terapija, čiji je smisao uvođenje u organizam
nedostajući ili nedovoljni biohemijski supstrati.
· Indukcija metabolizma– unošenje u organizam supstanci koje pojačavaju sintezu
neke enzime i samim tim ubrzavaju procese.
· Inhibicija metabolizma– unošenje u organizam lijekova koji vezuju i uklanjaju
abnormalnih metaboličkih proizvoda.
· Dijetoterapija ( terapeutska prehrana) - eliminacija iz prehrane tvari koje
tijelo ne može apsorbirati.
Izgledi: U bliskoj budućnosti genetika će se brzo razvijati, iako je još uvijek
veoma rasprostranjena u poljoprivrednim kulturama (oplemenjivanje, kloniranje),
medicina (medicinska genetika, genetika mikroorganizama). U budućnosti, nadaju se naučnici
koristiti genetiku za eliminaciju defektnih gena i iskorjenjivanje prenesenih bolesti
naslijeđem, kako bi mogli liječiti tako ozbiljne bolesti kao što su rak, virusne
infekcije.

Uz sve nedostatke savremene procjene radiogenetskog efekta, nema sumnje u ozbiljnost genetskih posljedica koje čekaju čovječanstvo u slučaju nekontrolisanog povećanja radioaktivne pozadine u okolišu. Opasnost daljeg testiranja atomskog i vodoničnog oružja je očigledna.
Istovremeno, korištenje atomske energije u genetici i selekciji omogućava stvaranje novih metoda za kontrolu naslijeđa biljaka, životinja i mikroorganizama, te bolje razumijevanje procesa genetske adaptacije organizama. U vezi sa ljudskim letovima u svemir, postoji potreba za proučavanjem uticaja kosmičke reakcije na žive organizme.

98. Citogenetska metoda za dijagnosticiranje hromozomskih poremećaja kod ljudi. Amniocenteza. Kariotip i idiogram ljudskih hromozoma. Biohemijska metoda.
Citogenetska metoda uključuje proučavanje hromozoma pomoću mikroskopa. Najčešće su predmet proučavanja mitotski (metafaza), rjeđe mejotski (profaza i metafaza) hromozomi. Citogenetske metode se koriste za proučavanje kariotipova pojedinih jedinki
Dobivanje materijala iz organizma koji se razvija in utero provodi se na različite načine. Jedan od njih je amniocenteza, uz pomoć koje se u 15-16 nedelji trudnoće dobija amnionska tečnost koja sadrži otpadne produkte fetusa i ćelije njegove kože i sluzokože
Materijal uzet tokom amniocenteze koristi se za biohemijske, citogenetske i molekularne hemijske studije. Citogenetske metode određuju spol fetusa i identificiraju kromosomske i genomske mutacije. Proučavanje amnionske tekućine i fetalnih stanica biokemijskim metodama omogućuje otkrivanje defekta u proteinskim proizvodima gena, ali ne omogućava određivanje lokalizacije mutacija u strukturnom ili regulatornom dijelu genoma. Upotreba DNK sondi igra važnu ulogu u identifikaciji nasljednih bolesti i preciznoj lokalizaciji oštećenja nasljednog materijala fetusa.
Trenutno se amniocenteza koristi za dijagnostiku svih hromozomskih abnormalnosti, preko 60 nasljednih metaboličkih bolesti, te nekompatibilnosti majke i fetusa sa antigenima eritrocita.
Diploidni skup hromozoma ćelije, koji karakteriše njihov broj, veličina i oblik, naziva se kariotip. Normalan ljudski kariotip uključuje 46 hromozoma ili 23 para: 22 para autosoma i jedan par polnih hromozoma
Kako bi se lakše razumio složeni kompleks hromozoma koji čini kariotip, oni su raspoređeni u obliku idiogrami. IN idiogram hromozomi su raspoređeni u parove prema opadajućoj veličini, sa izuzetkom polnih hromozoma. Najveći par je dodijeljen broj 1, najmanji - broj 22. Identifikacija hromozoma samo po veličini nailazi na velike poteškoće: određeni broj hromozoma ima slične veličine. Međutim, nedavno je korištenjem različitih vrsta boja uspostavljena jasna diferencijacija ljudskih hromozoma prema njihovoj dužini na trake koje se mogu bojati posebnim metodama i one koje se ne mogu bojati. Sposobnost preciznog razlikovanja hromozoma je od velike važnosti za medicinsku genetiku, jer omogućava da se precizno odredi priroda abnormalnosti u kariotipu osobe.
Biohemijska metoda

99. Ljudski kariotip i idiogram. Karakteristike normalnog ljudskog kariotipa
i patologija.
Kariotip- skup karakteristika (broj, veličina, oblik, itd.) kompletnog seta hromozoma,
svojstveno ćelijama date biološke vrste (kariotip vrste), datog organizma
(individualni kariotip) ili linija (klon) ćelija.
Za određivanje kariotipa koristi se mikrofotografija ili skica hromozoma tokom mikroskopije ćelija koje se dijele.
Svaka osoba ima 46 hromozoma, od kojih su dva polna. Žena ima dva X hromozoma
(kariotip: 46, XX), a muškarci imaju jedan X hromozom, a drugi Y (kariotip: 46, XY). Studija
Kariotipizacija se provodi metodom koja se zove citogenetika.
Idiogram- šematski prikaz haploidnog skupa hromozoma organizma, koji
raspoređeni u nizu u skladu sa njihovim veličinama, u parovima u opadajućem redoslijedu prema njihovim veličinama. Izuzetak su polni hromozomi, koji se posebno izdvajaju.
Primjeri najčešćih kromosomskih patologija.
Downov sindrom je trisomija 21. para hromozoma.
Edwardsov sindrom je trisomija na 18. paru hromozoma.
Patauov sindrom je trisomija 13. para hromozoma.
Klinefelterov sindrom je polisomija X hromozoma kod dječaka.

100. Značaj genetike za medicinu. Citogenetske, biohemijske, populacijsko-statističke metode za proučavanje ljudskog naslijeđa.
Uloga genetike u ljudskom životu je veoma važna. Realizuje se uz pomoć medicinskog genetskog savjetovanja. Medicinsko genetičko savjetovanje je osmišljeno da spasi čovječanstvo od patnje povezane s nasljednim (genetskim) bolestima. Glavni ciljevi medicinskog genetičkog savjetovanja su utvrđivanje uloge genotipa u nastanku ove bolesti i predviđanje rizika od rađanja bolesnog potomstva. Preporuke date u medicinsko-genetičkim konsultacijama u vezi sa brakom ili prognozom genetske korisnosti potomstva imaju za cilj da ih konsultuju osobe koje se konsultuju i dobrovoljno donesu odgovarajuću odluku.
Citogenetska (kariotipska) metoda. Citogenetska metoda uključuje proučavanje hromozoma pomoću mikroskopa. Najčešće su predmet proučavanja mitotski (metafaza), rjeđe mejotski (profaza i metafaza) hromozomi. Ova metoda se također koristi za proučavanje spolnog hromatina ( Barrova tela) Citogenetske metode se koriste za proučavanje kariotipova pojedinih jedinki
Upotreba citogenetičke metode omogućava ne samo proučavanje normalne morfologije hromozoma i kariotipa u cjelini, određivanje genetskog spola organizma, već, što je najvažnije, dijagnosticiranje različitih kromosomskih bolesti povezanih s promjenama u broju kromosoma. ili narušavanje njihove strukture. Osim toga, ova metoda vam omogućava da proučavate procese mutageneze na nivou kromosoma i kariotipa. Njegova upotreba u medicinsko-genetičkom savjetovanju za potrebe prenatalne dijagnostike hromozomskih bolesti omogućava pravovremenim prekidom trudnoće spriječiti pojavu potomstva sa teškim smetnjama u razvoju.
Biohemijska metoda sastoji se od određivanja aktivnosti enzima ili sadržaja određenih metaboličkih produkata u krvi ili urinu. Ovom metodom identifikuju se metabolički poremećaji uzrokovani prisustvom u genotipu nepovoljne kombinacije alelnih gena, najčešće recesivnih alela u homozigotnom stanju. Uz pravovremenu dijagnozu takvih nasljednih bolesti, preventivne mjere omogućavaju izbjegavanje ozbiljnih poremećaja u razvoju.
Statistička metoda stanovništva. Ova metoda vam omogućava da procijenite vjerovatnoću rođenja pojedinaca sa određenim fenotipom u datoj populacijskoj grupi ili u srodničkim brakovima; izračunati učestalost prijenosa u heterozigotnom stanju recesivnih alela. Metoda je zasnovana na Hardy-Weinbergovom zakonu. Hardy-Weinbergov zakon- Ovo je zakon populacione genetike. Zakon kaže: “U idealnoj populaciji, frekvencije gena i genotipova ostaju konstantne iz generacije u generaciju.”
Glavne karakteristike ljudskih populacija su: zajednička teritorija i mogućnost slobodnog braka. Faktori izolacije, odnosno ograničavanja slobode izbora supružnika, mogu biti ne samo geografske, već i vjerske i društvene barijere.
Osim toga, ova metoda omogućava proučavanje procesa mutacije, uloge naslijeđa i okoliša u formiranju humanog fenotipskog polimorfizma prema normalnim karakteristikama, kao i u nastanku bolesti, posebno s nasljednom predispozicijom. Metoda populacijske statistike koristi se za određivanje značaja genetskih faktora u antropogenezi, posebno u formiranju rasa.

101. Strukturni poremećaji (aberacije) hromozoma. Klasifikacija ovisno o promjenama u genetskom materijalu. Implikacije za biologiju i medicinu.
Kromosomske aberacije su rezultat preuređivanja hromozoma. Posljedica su lomljenja hromozoma, što dovodi do stvaranja fragmenata koji se naknadno spajaju, ali se normalna struktura hromozoma ne obnavlja. Postoje 4 glavne vrste hromozomskih aberacija: nedostatak, udvostručavanja, inverzije, translokacije, brisanje- gubitak specifične regije hromozoma, koja se tada obično uništava
Nedostaci nastaju zbog gubitka hromozoma jedne ili druge regije. Nedostaci u srednjem dijelu hromozoma nazivaju se delecijama. Gubitak značajnog dijela hromozoma dovodi do smrti organizma, gubitak manjih dijelova uzrokuje promjenu nasljednih svojstava. Dakle. Kada kukuruzu nedostaje jedan od hromozoma, njegovim sadnicama nedostaje hlorofil.
Udvostručavanje povezan sa uključivanjem dodatnog, duplirajućeg dela hromozoma. To također dovodi do pojave novih simptoma. Tako je kod Drosophile gen za oči u obliku pruge uzrokovan udvostručavanjem dijela jednog od kromosoma.
Inverzije primećeno kada se hromozom pokvari i pocepani deo se okrene za 180 stepeni. Ako se lom dogodi na jednom mjestu, odvojeni fragment je pričvršćen za kromosom sa suprotnim krajem, ali ako na dva mjesta, onda je srednji fragment, prevrćući se, pričvršćen za mjesta loma, ali s različitim krajevima. Prema Darwinu, inverzije igraju važnu ulogu u evoluciji vrsta.
Translokacije nastaju u slučajevima kada je dio hromozoma iz jednog para vezan za nehomologni hromozom, tj. hromozoma iz drugog para. Translokacija dijelovi jednog od hromozoma poznati su kod ljudi; može biti uzrok Downovog sindroma. Većina translokacija koje utječu na velike dijelove hromozoma čine organizam neodrživim.
Hromozomske mutacije mijenjaju dozu nekih gena, uzrokuju preraspodjelu gena između grupa veza, mijenjaju njihovu lokalizaciju u grupi povezivanja. Na taj način narušavaju gensku ravnotežu tjelesnih ćelija, što rezultira devijacijama u somatskom razvoju pojedinca. Promjene se po pravilu protežu na nekoliko sistema organa.
Hromozomske aberacije su od velikog značaja u medicini. At hromozomske aberacije, dolazi do zastoja u općem fizičkom i mentalnom razvoju. Kromosomske bolesti karakterizira kombinacija mnogih urođenih mana. Ovaj defekt je manifestacija Downovog sindroma, koji se uočava u slučaju trisomije na malom segmentu dugog kraka hromozoma 21. Slika sindroma mačjeg krika se razvija gubitkom dijela kratkog kraka hromozoma 5. Kod ljudi se najčešće uočavaju malformacije mozga, mišićno-koštanog, kardiovaskularnog i genitourinarnog sistema.

102. Koncept vrste, savremeni pogledi na specijaciju. Kriterijumi tipa.
Pogled je skup jedinki koje su slične u pogledu kriterija vrste do te mjere da mogu
prirodno se ukrštaju i stvaraju plodno potomstvo.
Plodno potomstvo- nešto što može da se reprodukuje. Primjer neplodnog potomstva je mazga (hibrid magarca i konja), neplodna je.
Kriterijumi tipa- ovo su karakteristike po kojima se 2 organizma porede da bi se utvrdilo da li pripadaju istoj vrsti ili različitim.
· Morfološka – unutrašnja i vanjska struktura.
· Fiziološko-biohemijski – kako organi i ćelije rade.
· Ponašanje – ponašanje, posebno u vrijeme reprodukcije.
· Ekološki – skup faktora životne sredine neophodnih za život
vrsta (temperatura, vlažnost, hrana, takmičari, itd.)
· Geografsko – područje (područje rasprostranjenja), tj. teritorija na kojoj vrsta živi.
· Genetsko-reproduktivno – isti broj i struktura hromozoma, što omogućava organizmima da proizvode plodno potomstvo.
Kriterijumi tipa su relativni, tj. Vrsta se ne može suditi po jednom kriterijumu. Na primjer, postoje vrste blizanaca (kod malaričnog komaraca, kod pacova, itd.). Ne razlikuju se morfološki jedni od drugih, ali imaju različit broj hromozoma i stoga ne daju potomstvo.

103. Stanovništvo. Njegove ekološke i genetske karakteristike i uloga u specijaciji.
Populacija- minimalna samoreproducirajuća grupa jedinki iste vrste, manje ili više izolovanih od drugih sličnih grupa, koja nastanjuju određeno područje dugim nizom generacija, formiraju sopstveni genetski sistem i formiraju sopstvenu ekološku nišu.
Ekološki pokazatelji stanovništva.
Broj- ukupan broj jedinki u populaciji. Ovu vrijednost karakterizira širok raspon varijabilnosti, ali ne može biti ispod određenih granica.
Gustina- broj jedinki po jedinici površine ili zapremine. Kako se broj povećava, gustina naseljenosti ima tendenciju povećanja
Prostorna struktura Populaciju karakterišu posebnosti rasporeda jedinki na okupiranoj teritoriji. Određeno je svojstvima staništa i biološkim karakteristikama vrste.
Seksualna struktura odražava određeni odnos muškaraca i žena u populaciji.
Starosna struktura odražava omjer različitih starosnih grupa u populaciji, ovisno o očekivanom životnom vijeku, vremenu puberteta i broju potomaka.
Genetski pokazatelji populacije. Genetski, populaciju karakterizira njen genetski fond. Predstavljen je skupom alela koji formiraju genotipove organizama u datoj populaciji.
Prilikom opisivanja populacija ili njihovog međusobnog upoređivanja koristi se niz genetskih karakteristika. Polimorfizam. Populacija se naziva polimorfnom na datom lokusu ako se u njoj javljaju dva ili više alela. Ako je lokus predstavljen jednim alelom, govorimo o monomorfizmu. Ispitivanjem mnogih lokusa moguće je odrediti udio polimorfnih među njima, tj. procijeniti stepen polimorfizma, koji je pokazatelj genetske raznolikosti populacije.
Heterozigotnost. Važna genetska karakteristika populacije je heterozigotnost – učestalost heterozigotnih jedinki u populaciji. Takođe odražava genetsku raznolikost.
Koeficijent inbreedinga. Ovaj koeficijent se koristi za procjenu prevalencije inbreedinga u populaciji.
Genetska asocijacija. Frekvencije alela različitih gena mogu zavisiti jedna od druge, što se karakteriše koeficijentima asocijacije.
Genetske udaljenosti. Različite populacije se međusobno razlikuju po učestalosti alela. Da bi se kvantificirale ove razlike, predložene su metrike nazvane genetske udaljenosti.

Populacija– elementarna evoluciona struktura. U rasponu bilo koje vrste, jedinke su neravnomjerno raspoređene. Područja guste koncentracije jedinki izmjenjuju se s prostorima gdje ih ima malo ili ih nema. Kao rezultat toga, nastaju manje ili više izolovane populacije u kojima se sistematski javlja nasumično slobodno ukrštanje (panmiksija). Ukrštanje s drugim populacijama događa se vrlo rijetko i neredovno. Zahvaljujući panmiksiji, u svakoj populaciji stvara se karakteristični genski fond, različit od ostalih populacija. Populaciju treba prepoznati kao elementarnu jedinicu evolucijskog procesa

Uloga populacija je velika, jer se gotovo sve mutacije javljaju unutar njih. Ove mutacije su prvenstveno povezane sa izolovanim populacijama i genskim fondovima koji se razlikuju zbog njihove izolacije jedna od druge. Materijal za evoluciju je mutacijska varijabilnost, koja počinje u populaciji i završava se formiranjem vrste.