1 Лекция 2 Цитохимические основы наследственности Преподаватель: кмн Сизова Валентина Владимировна Дисциплина: Генетика человека с основами медицинской генетики

2 Учебник: Генетика человека с основами медицинской генетики: учеб. для студ.учреждений сред.проф.учеб.заведений/ В.Н.Горбунова. - М.: Изд.центр "Академия", 2012 стр , Медицинская генетика: учебник для медицинских колледжей / Под ред. Н.П.Бочкова. - М.:ГЭОТАР-Медиа, 2008 стр

3 КАРИОТИП – характеристика вида, в которой учтены число, величина и морфологические особенности хромосом Геном – вся совокупность наследственного материала, заключенного в гаплоидном (одинарном) наборе хромосом клеток данного организма. Идиограмма (видео- + греч. gramma запись, изображение; сын. кариограмма) графическое изображение отдельных хромосом со всеми их структурными характеристикамивидео- Генотип – это генетическая конституция организма, представляющая собой совокупность всех наследственных задатков его клеток, заключенных в хромосомном наборе – кариотипе. ПОВТОРИМ

4 ИДИОГРАММА КАРИОТИПА ЧЕЛОВЕКА

5 Хромосомный набор совокупность всех хромосом в клетке. Различают два основных типа наборов хромосом: одиночный, или гаплоидный (в половых клетках животных), обозначаемый n, двойной, или диплоидный (в соматических клетках, содержащий пары сходных, гомологичных хромосом от матери и отца), обозначаемый 2n.

6 Организация генетического материала Хромосомы ядра диплоидной клетки парные. Каждая пара образована хромосомами, имеющими одинаковый размер, форму, положение первичной и вторичной перетяжек. Такие хромосомы называют гомологичными. У человека 22 пары гомологичных хромосом и 1 пара половых.

7 кариотип

8 Нормальный хромосомный набор женщины (в правом нижнем углу две X-хромосомы) 46,ХХ. Нормальный хромосомный набор мужчины (в правом нижнем углу последовательно Х- и Y-хромосомы). 46,ХY

9 ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ Клеточный цикл – время существования клетки как таковой – от одного деления до другого, и строго определенная последовательность событий, происходящих в это время В организме взрослого человека ежесекундно образуется несколько миллионов новых клеток ( )

10 КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ В клетках эукариотов средняя продолжительность S-фазы – 8 часов G 2 -фазы – 4 часа М-фазы – около 1 часа G 1 -фазы – вариабельна по длительности Все фазы клеточного цикла регулируются специфическими белками, кодируемыми генами клеточного цикла (cdc-генами) деление интерфаза М R S G1G1 G0G0 G2G2 Точка рестрикции

11

12 Деление клеток Жизненный (клеточный цикл) и митотический цикл. Период существования клетки от момента ее образования путем деления материнской клетки (включая само деление) до собственного деления или смерти называют жизненным (клеточным) циклом. Митотический цикл наблюдается у клеток, которые постоянно делятся, в этом случает цикл состоит из интерфазы и митоза.

13 МИТОЗ Митоз (mitosis), кариокинез, или непрямое деление, универсальный, широко распространенный способ деления клеток. При этом конденсированные и уже редуплицированные хромосомы переходят в компактную форму митотических хромосом, образуется веретено деления, участвующее в сегрегации и переносе хромосом (ахроматиновый митотический аппарат), происходит расхождение хромосом к противоположным полюсам клетки и деление тела клетки (цитокинез, цитотомия).

14 В митозе выделяют следующие стадии: Профаза Телофаза Метафаза Анафаза

15 Митоз

16 Митотический цикл Митотический цикл состоит из деления – митоза и интерфазы – времени до следующего деления. Наиболее распространены митотические циклы длительностью ч. Встречаются циклы продолжительностью несколько суток.

17 Митотический цикл Продолжительность интерфазы, как правило, составляет до 90% всего клеточного цикла. Состоит из трех периодов: пресынтетического (G 1 ), сынтетического (S), постсынтетического (G 2 ). Пресынтетический период. Набор хромосом – 2n, диплоидный, количество ДНК – 2c, в каждой хромосоме по одной молекуле ДНК. Период роста, начинающийся непосредственно после митоза. Самый длинный период интерфазы, продолжительность которого в клетках составляет от 10 часов до нескольких суток.

18 Митотический цикл Синтетический период. Продолжительность сынтетического периода различна: от нескольких минут у бактерий до 6-12 часов в клетках млекопитающих. Во время сынтетического периода происходит самое главное событие интерфазы удвоение молекул ДНК. Каждая хромосома становится двухроматидной, а число хромосом не изменяется (2n4c).

19 Митотический цикл Постсынтетический период (2n4c). Начинается после завершения сынтеза (репликации) ДНК. Если пресынтетический период осуществлял рост и подготовку к сынтезу ДНК, то постсынтетический обеспечивает подготовку клетки к делению и также характеризуется интенсивными процессами сынтеза и увеличения числа органоидов.

20 Митоз непрямое деление клеток, представляющее собой непрерывный процесс, в результате которого происходит равномерное распределение наследственного материала между дочерними клетками. В результате митоза образуется две клетки, каждая из которых содержит столько же хромосом, сколько их было в материнской. Дочерние клетки генетически идентичны родительской. Митотический цикл

21 Митотический цикл Для удобства изучения происходящих во время деления событий митоз искусственно разделяют на четыре стадии: профазу, метафазу, анафазу, телофазу. Профаза (2n4c). Первая фаза деления ядра. Происходит спирализация хромосом. В поздней профазе хорошо видно, что каждая хромосома состоит из двух хроматид, соединенных центромерой. Формируется веретено деления. Оно образуется либо с участием центриолей (в клетках животных и некоторых низших растений), либо без них (в клетках высших растений и некоторых простейших). Начинает растворяться ядерная оболочка.

22 Митотический цикл Метафаза (2n4c). Началом метафазы считают тот момент, когда ядерная оболочка полностью исчезла. В начале метафазы хромосомы выстраиваются в плоскости экватора, образуя так называемую метафазную пластинку. Причем центромеры хромосом лежат строго в плоскости экватора. Нити веретена прикрепляются к центромерам хромосом, некоторые нити проходят от полюса к полюсу клетки, не прикрепляясь к хромосомам.

23 Митотический цикл Анафаза (4n4c). Делятся центромеры хромосом и у каждой хроматиды появляется своя центромера. Затем нити веретена растаскивают за центромеры дочерние хромосомы к полюсам клетки. Во время движения к полюсам они обычно принимают V-образную форму. Расхождение хромосом к полюсам происходит за счет укорачивания нитей веретена.

24 Митотический цикл Телофаза (2n2c). В телофазе хромосомы деспирализуются. Веретено деления разрушается. Вокруг хромосом формируется оболочка ядер дочерних клеток. На этом завершается деление ядра (кариокинез), затем происходит деление цитоплазмы клетки (или цитокинез). При делении животных клеток в плоскости экватора появляется борозда, которая, постепенно углубляясь, разделяет материнскую клетку на две дочерние. У растений деление происходит путем образования так называемой клеточной пластинки, разделяющей цитоплазму.

25 Повторение В профазу происходят процессы: Происходит спирализация хромосом. Формируется веретено деления. Начинает растворяться ядерная оболочка. (2n4c) В метафазу происходят процессы: Хромосомы выстраиваются в плоскости экватора. Нити веретена прикрепляются к центромерам хромосом. (2n4c) В анафазу происходят процессы: Делятся центромеры хромосом. Нити веретена растаскивают за центромеры дочерние хромосомы к полюсам клетки. (4n4c)

26 Повторение В телофазу происходят процессы: Хромосомы деспирализуются; Образуется ядерная оболочка; У растений формируется клеточная стенка между дочерними клетками, у животных – перетяжка, которая углубляется и делит материнскую клетку.

27 Повторение 1. Что происходит в различные периоды интерфазы митоза? Каков набор хромосом и ДНК в разные периоды интерфазы?

28 Строение хромосомы Хромосома в световом микроскопе (А) и ее схематическое изображение (Б); хромосома при дифференциальной окраске (В) и ее схематическое изображение (Г); Д хромосома в сканирующем электронном микроскопе; Е хромосома в трансмиссионном мегавольтном электронном микроскопе; 1 теломеры; 2 центромеры; 3 плечи хромосомы. p – малое плечо q – длинное плечо

29 Молекулярная структура хромосом Функция этой структуры заключается в такой упаковке ДНК, чтобы она поместилась в хромосоме. Если бы геномная ДНК была представлена в виде обычной двунитевой спирали, то она протянулась бы на 2 метра. При упаковке ДНК используется все тот же принцип спирали, но он представлен несколькими уровнями. Сначала ДНК обвивается вокруг гистонового стержня, образуя нуклеосомы. Каждая нуклеосома включает 140 – 150 нуклеотидов, обвитых вокруг гистонового стержня. Затем следует «голая» ДНК из 20 – 60 нуклеотидов, которая разделяет соседние нуклеосомы. Нуклеосомы формируют спирально закрученный соленоид. Каждый виток соленоида включает 6 нуклеосом. В свою очередь, соленоиды организованы в хроматиновые петли, которые прикрепляются к белковому каркасу. Из хроматиновых петель, каждая из которых содержит примерно 100 т.п.н., образуется собственно хроматин хромосом. В результате такой сложной упаковки исходная длина молекулы ДНК уменьшается в раз.

30 Уровни упаковки ДНК. Генетический код 1 - молекула (цепь) ДНК; 2 - нуклеотиды (азотистые основания); 3 - двухнитчатая спираль ДНК; 4 - ген (участок спирали выделен красным цветом); 5 - гистон; 6 - упаковка ДНК в хроматине; 7 - упаковка ДНК в хромосоме; 8 - хромосома; Обозначения нуклеотидов: A - аденин; C - цитозин; G - гуанин; T - тимин (или U - урацил)

31 Морфология митотических хромосом метафаза и анафаза Морфологию митотических хромосом лучше всего изучать в момент их наибольшей конденсации, в метафазе и в начале анафазы. Хромосомы в этом состоянии представляют собой палочковидные структуры разной длины с довольно постоянной толщиной

32 Теломера

33 Мейоз (схема) Мейозом называется процесс деления ядер зародышевых клеток при их превращении в гаметы. Мейоз включает два деления клеток, которые называются соответственно мейоз I и мейоз II. Каждое из этих делений формально состоит из тех же стадий, что и митоз: профазы, метафазы, анафазы и телофазы.

34 Домашнее задание Законспектировать Словарь терминов: Разделы «Нуклеиновые кислоты» Описать сперматогенез и овогенез Строение сперматозоида Строение яйцеклетки

35 Молекулярная генетика Материальным субстратом наследственности и изменчивости являются нуклеиновые кислоты. Это полимеры, состоящие из мономеров- нуклеотидов, включающих три компонента: сахар (пентозу), фосфат и азотистое основание

36 Хранение информации Генетическая информация закодирована в последовательности нуклеотидов ДНК, организованных в функциональные участки, называемые генами. Участки ДНК кодируют белки, т. е. они содержат информацию об аминокислотной последовательности белков. Каждый аминокислотный остаток представлен в ДНК своим кодовым словом (кодоном), состоящим из трех следующих друг за другом азотистых оснований. А-Т-Т-Г-Г-А-А-А-Ц-Ц-Г-Т-Ц-А-ТА-Т-Т-Г-Г-А-А-А-Ц-Ц-Г-Т-Ц-А-Т

37 ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД – система записи генетической информации в молекуле нуклеиновой кислоты о строении молекулы полипептида, количестве, последовательности расположения и типах аминокислот. *Генетическая информация записана только в одной (кодогенной, информативной или значащей) цепи ДНК, вторая цепь не несет генетической информации.

38 СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА Вспомним ! Триплетность Вырожденность (избыточность) Вырожденность (избыточность) Однозначность Неперекрываемость Непрерывность Универсальность

39 В 1954 году опубликовал статью, где первым поднял вопрос генетического кода, доказывая, что "при сочетании 4 нуклеотидов тройками получаются 64 различные комбинации, чего вполне достаточно для "записи наследственной информации" (физик-теоретик ) Интернет-университет информационных технологий 12.jpg

40 Таблица. Генетический код Аминокислота Кодирующие триплеты – кодоны АланинГЦУГЦЦГЦАГЦГ АргининЦГУЦГЦЦГАЦГГАГААГГ АспарагинААУААЦ Аспарагиновая кислотаГАУГАЦ ВалинГУУГУЦГУАГУГ ГистидинЦАУЦАЦ ГлицинГГУГГЦГГАГГГ Глутамин ЦААЦАГ Глутаминовая кислота ГААГАГ ИзолейцинАУУАУЦАУА ЛейцинЦУУЦУЦЦУАЦУГУУАУУГ Лизин АААААГ Метионин АУГ ПролинЦЦУЦЦЦЦЦАЦЦГ СеринУЦУУЦЦУЦАУЦГАГУАГЦ ТирозинУАУУАЦ ТреонинАЦУАЦЦАЦААЦГ Триптофан УГГ ФенилаланинУУУУУЦ ЦистеинУГУУГЦ Знаки препинания УГАУАГУАА

41

42 За расшифровку генетического кода и его функции в сынтезе белков. Роберт Уильям Холли (США) Хар Гобинд Корана (США) Маршалл Уоррен Ниренберг (США)

43 нуклеиновые кислоты дезоксирибонуклеиновая (ДНК) - замкнутая спиралевидная двойная цепь, звенья которой составляют нуклеотиды азотистые основания – пуриновые (аденин, гуанин) пиримидиновые (цитозин, тимин) рибонуклеиновая (РНК) – одинарная цепь, звенья которой составляют нуклеотиды азотистые основания – пуриновые (аденин, гуанин) пиримидиновые (цитозин, уроцил) КОМПЛЕМЕНТАРНЫЕ АЗОТИСТЫЕ ОСНОВАНИЯ ДНК РНК

44 РНК ДНК

45

46

47 Решающим фактором в хранении, передаче и преобразовании генетической информации способность нуклеиновых, оснований к специфическому (комплементарному) спариванию.

48 Репликация - способность ДНК к самокопированию, основное свойство материала наследственности Любая дочерняя молекула ДНК состоит из одной старой и одной новой полинуклеотидной цепи

49 Структура гена ген (-ы) (греч. genos род, рождение, происхождение) -- структурная и функциональная единица наследственности, контролирующая образование какого-либо признака, представляющая собой отрезок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты у эукариот кодирующие участки гена экзоны чередуются с некодирующими вставками интронами промотор последовательность ДНК длиной до пар нуклеотидов, которую узнает молекула фермента РНК-полимеразы и соединяется с ней, чтобы начать транскрипцию данного гена.

50 РНК иРНК (мРНК) тРНК рРНК РНК, отвечающая за перенос информации о первичной структуре белков от ДНК к местам сынтеза белков РНК, функцией которой является транспортировка аминокислот к месту сынтеза белка и участие в наращивании полипептидной цепи Основная функция - осуществление процесса трансляции - считывания информации с мРНК аминокислотами. Составляет 3-5% всей РНК в клетке. Составляет примерно 15% всей клеточной РНК. Составляет 80% всей РНК клетки

51 Порядок чередования групп А, У, Г и Ц в получаемой РНК полностью зависит от строения исходной ДНК

52 а) нуклеотидная последовательность б) вторичная структура в) трёхмерная пространственная структура А Б В антикодон акцептор

53 КОДОН – участок из трех нуклеотидов (триплет) в молекуле иРНК АНТИКОДОН- (греч. anti – «против) участок молекулы тРНК, состоящий из трех нуклеотидов и узнающий соответствующий ему кодон. АКЦЕПТОР (АКЦЕПТОРНАЯ НИТЬ) – конец нити тРНК, присоединяющий к себе аминокислоту.

54 ЭТАПЫ СИНТЕЗА БЕЛКА ТРАНСКРИПЦИЯ ТРАНСЛЯЦИЯ ИНИЦИАЦИЯ ЭЛОНГАЦИЯ ТЕРМИНАЦИЯ Необходимые условия Нуклеиновые кислоты Много ферментов Много энергии (АТФ) Рибосомы Аминокислоты Ионы Mg 2+ Ионы Mg 2+ ПОСТРАНСЛЯЦИОННАЯ МОДИФИКАЦИЯ

55 Синтез белка – это сложный многоступенчатый процесс образования белковой молекулы (полимера) из аминокислот (мономеров), который подразделяется на несколько этапов.

56 Транскрипция – считывание кода с гена ДНК на и-РНК Транспорт и-РНК из ядра в цитоплазму по ЭПС к рибосомам Трансляция – процесс сборки молекулы белка в рибосоме с участием р-РНК и т-РНК

57 Молекула ДНК Комплементарная мРНК (иРНК) Белок рисунок с сайта vohuman.orghttp://img.lenta.ru/news/2005/10/20/dna/picture.jpg

58 gif Начало сынтеза Удлинение полипептидной цепи 2 1 Окончание сынтеза 3

59

Спасибо за внимание 60