Genetický kód je špecifická sekvencia. Pojem gén, genetický kód

Zoraďujú sa do reťazcov a vytvárajú tak sekvencie genetických písmen.

Genetický kód

Proteíny takmer všetkých živých organizmov sú postavené iba z 20 druhov aminokyselín. Tieto aminokyseliny sa nazývajú kanonické. Každý proteín je reťazec alebo niekoľko reťazcov aminokyselín spojených v presne definovanom poradí. Táto sekvencia určuje štruktúru proteínu, a tým aj všetky jeho biologické vlastnosti.

CUU (Leu/L)Leucín
CUC (Leu/L)Leucín
CUA (Leu/L)Leucín
CUG (Leu/L)Leucín

V niektorých proteínoch sú neštandardné aminokyseliny, ako je selenocysteín a pyrolyzín, vložené ribozómom čítajúcim stop kodón v závislosti od sekvencií v mRNA. Selenocysteín je teraz považovaný za 21. a pyrolyzín za 22. aminokyselinu, ktorá tvorí proteíny.

Napriek týmto výnimkám majú všetky živé organizmy spoločné genetické kódy: kodón pozostáva z troch nukleotidov, pričom prvé dva kodóny sú preložené pomocou tRNA a ribozómov do sekvencie aminokyselín.

Odchýlky od štandardného genetického kódu.

Príklad	Codon	Normálny význam	Znie takto:
Niektoré druhy kvasníc Candida	C.U.G.	Leucín	Serin
Mitochondrie, najmä v Saccharomyces cerevisiae	CU(U; C; A; G)	Leucín	Serin
Mitochondrie vyšších rastlín	CGG	arginín	tryptofán
Mitochondrie (vo všetkých študovaných organizmoch bez výnimky)	U.G.A.	Stop	tryptofán
Mitochondrie u cicavcov, Drosophila, S. cerevisiae a mnoho prvokov	AUA	izoleucín	Metionín = Štart
Prokaryoty	G.U.G.	Valin	Štart
Eukaryoty (zriedkavé)	C.U.G.	Leucín	Štart
Eukaryoty (zriedkavé)	G.U.G.	Valin	Štart
Prokaryoty (zriedkavé)	UUG	Leucín	Štart
Eukaryoty (zriedkavé)	A.C.G.	treonín	Štart
Cicavčie mitochondrie	AGC, AGU	Serin	Stop
Drosophila mitochondrie	A.G.A.	arginín	Stop
Cicavčie mitochondrie	AG(A, G)	arginín	Stop

História myšlienok o genetickom kóde

Začiatkom 60. rokov 20. storočia však nové údaje odhalili nekonzistentnosť hypotézy „kód bez čiarok“. Potom experimenty ukázali, že kodóny, ktoré Crick považoval za nezmyselné, by mohli vyvolať syntézu proteínov in vitro a do roku 1965 bol stanovený význam všetkých 64 tripletov. Ukázalo sa, že niektoré kodóny sú jednoducho nadbytočné, to znamená, že celý rad aminokyselín je kódovaný dvoma, štyrmi alebo dokonca šiestimi tripletmi.

Pozri tiež

Poznámky

Genetický kód podporuje cielenú inzerciu dvoch aminokyselín jedným kodónom. Turanov AA, Lobanov AV, Fomenko DE, Morrison HG, Sogin ML, Klobutcher LA, Hatfield DL, Gladyshev VN. Veda. 9. januára 2009; 323 (5911): 259-61.
AUG kodón kóduje metionín, ale zároveň slúži ako štartovací kodón - translácia zvyčajne začína prvým AUG kodónom mRNA.
NCBI: "Genetické kódy", zostavili Andrzej (Anjay) Elzanowski a Jim Ostell
Jukes TH, Osawa S, Genetický kód v mitochondriách a chloroplastoch., Skúsenosti. 1. december 1990;46(11-12):1117-26.
Osawa S, Jukes TH, Watanabe K, Muto A (marec 1992). "Nedávny dôkaz evolúcie genetického kódu." Microbiol. Rev. 56 (1): 229–64. PMID 1579111.
SANGER F. (1952). "Usporiadanie aminokyselín v bielkovinách." Adv Protein Chem. 7 : 1-67. PMID 14933251.
M. Ichas Biologický kód. - Svet, 1971.
WATSON JD, CRICK FH. (apríl 1953). „Molekulárna štruktúra nukleových kyselín; štruktúra pre deoxyribózovú nukleovú kyselinu." Príroda 171 : 737-738. PMID 13054692.
WATSON JD, CRICK FH. (máj 1953). "Genetické dôsledky štruktúry deoxyribonukleovej kyseliny." Príroda 171 : 964-967. PMID 13063483.
Crick FH. (apríl 1966). "Genetický kód - včera, dnes a zajtra." Cold Spring Harb Symp Quant Biol.: 1-9. PMID 5237190.
G. GAMOW (február 1954). "Možný vzťah medzi deoxyribonukleovou kyselinou a proteínovými štruktúrami." Príroda 173 : 318. DOI:10.1038/173318a0. PMID 13882203.
GAMOW G, RICH A, YCAS M. (1956). "Problém prenosu informácií z nukleových kyselín do proteínov." Adv Biol Med Phys. 4 : 23-68. PMID 13354508.
Gamow G, Ycas M. (1955). „ŠTATISTICKÁ KORELÁCIA ZLOŽENIA BIELKOVINY A KYSELINY RIBONUKLOVEJ. " Proc Natl Acad Sci USA. 41 : 1011-1019. PMID 16589789.
Crick FH, Griffith JS, Orgel LE. (1957). „KÓDY BEZ ČIARKY. " Proc Natl Acad Sci USA. 43 : 416-421. PMID 16590032.
Hayes B. (1998). "Vynález genetického kódu." (Dotlač PDF). Americký vedec 86 : 8-14.

Literatúra

Azimov A. Genetický kód. Od evolučnej teórie k dešifrovaniu DNA. - M.: Tsentrpoligraf, 2006. - 208 s. - ISBN 5-9524-2230-6.
Ratner V. A. Genetický kód ako systém - Sorosov vzdelávací časopis, 2000, 6, č. 3, s. 17-22.
Crick FH, Barnett L, Brenner S, Watts-Tobin RJ. Všeobecná povaha genetického kódu pre proteíny - Nature, 1961 (192), s. 1227-32

Odkazy

Genetický kód- článok z Veľkej sovietskej encyklopédie

Nadácia Wikimedia.

2010. Prednáška 5.

Genetický kód

Genetický kód je systém na zaznamenávanie informácií o sekvencii aminokyselín v proteínoch pomocou sekvencie nukleotidov v DNA.

Keďže DNA nie je priamo zapojená do syntézy proteínov, kód je napísaný v jazyku RNA. RNA obsahuje uracil namiesto tymínu.

Vlastnosti genetického kódu

1. Trojnásobok

Každá aminokyselina je kódovaná sekvenciou 3 nukleotidov.

Definícia: triplet alebo kodón je sekvencia troch nukleotidov kódujúcich jednu aminokyselinu.

Kód nemôže byť monoplet, pretože 4 (počet rôznych nukleotidov v DNA) je menší ako 20. Kód nemôže byť dublet, pretože 16 (počet kombinácií a permutácií 4 nukleotidov z 2) je menší ako 20. Kód môže byť trojitý, pretože 64 (počet kombinácií a permutácií od 4 do 3) je viac ako 20.

2. Degenerácia.

Všetky aminokyseliny, s výnimkou metionínu a tryptofánu, sú kódované viac ako jedným tripletom:

2 AK na 1 triplet = 2.

9 AK, každý po 2 tripletoch = 18.

1 AK 3 triplety = 3.

5 AK zo 4 trojíc = 20.

3 AK zo 6 trojíc = 18.

Celkovo 61 tripletov kóduje 20 aminokyselín.

3. Prítomnosť intergénových interpunkčných znamienok.

Definícia:

Gene - úsek DNA, ktorý kóduje jeden polypeptidový reťazec alebo jednu molekulu tRNA, rRNA alebosRNA.

GénytRNA, rRNA, sRNAproteíny nie sú kódované.

Na konci každého génu kódujúceho polypeptid je aspoň jeden z 3 tripletov kódujúcich stop kodóny RNA alebo stop signály. V mRNA majú nasledujúcu formu: UAA, UAG, UGA . Ukončia (ukončia) vysielanie.

Obvykle kodón patrí aj medzi interpunkčné znamienka AUG - prvý po vedúcej sekvencii. (Pozri prednášku 8) Funguje ako veľké písmeno. V tejto polohe kóduje formylmetionín (v prokaryotoch).

4. Jednoznačnosť.

Každý triplet kóduje iba jednu aminokyselinu alebo je terminátorom translácie.

Výnimkou je kodón AUG . U prokaryotov v prvej polohe (veľké písmeno) kóduje formylmetionín a v ktorejkoľvek inej polohe kóduje metionín.

5. Kompaktnosť alebo absencia intragénnych interpunkčných znamienok.
V géne je každý nukleotid súčasťou významného kodónu.

V roku 1961 Seymour Benzer a Francis Crick experimentálne dokázali tripletovú povahu kódu a jeho kompaktnosť.

Podstata experimentu: „+“ mutácia - inzercia jedného nukleotidu. "-" mutácia - strata jedného nukleotidu. Jediná "+" alebo "-" mutácia na začiatku génu pokazí celý gén. Dvojitá mutácia „+“ alebo „-“ tiež kazí celý gén.

Trojitá mutácia „+“ alebo „-“ na začiatku génu pokazí iba jeho časť. Štvornásobná „+“ alebo „-“ mutácia opäť pokazí celý gén.

Experiment to dokazuje Kód je prepísaný a vnútri génu nie sú žiadne interpunkčné znamienka. Experiment sa uskutočnil na dvoch susedných fágových génoch a okrem toho ukázal, prítomnosť interpunkčných znamienok medzi génmi.

6. Všestrannosť.

Genetický kód je rovnaký pre všetky tvory žijúce na Zemi.

V roku 1979 otvoril Burrell ideálne kód ľudskej mitochondrie.

Definícia:

„Ideálny“ je genetický kód, v ktorom je splnené pravidlo degenerácie kvázidubletového kódu: Ak sa v dvoch tripletoch prvé dva nukleotidy zhodujú a tretie nukleotidy patria do rovnakej triedy (oba sú puríny alebo obidva sú pyrimidíny) potom tieto triplety kódujú rovnakú aminokyselinu.

V univerzálnom kódexe existujú dve výnimky z tohto pravidla. Obe odchýlky od ideálneho kódu v univerzále sa týkajú základných bodov: začiatku a konca syntézy bielkovín:

Codon	Univerzálny kód	Mitochondriálne kódy
Codon	Univerzálny kód	Stavovce	Bezstavovce	Kvasnice	Rastliny
	STOP				STOP

S UA
A G A		STOP
		STOP			230 substitúcií nemení triedu kódovanej aminokyseliny. k trhavosti. V roku 1956 Georgiy Gamow navrhol variant prekrývajúceho sa kódu. Podľa Gamowovho kódu je každý nukleotid, počnúc tretím v géne, súčasťou 3 kodónov. Pri rozlúštení genetického kódu sa ukázalo, že sa neprekrýva, t.j. Každý nukleotid je súčasťou iba jedného kodónu. Výhody prekrývajúceho sa genetického kódu: kompaktnosť, menšia závislosť proteínovej štruktúry na inzercii alebo delécii nukleotidu. Nevýhoda: proteínová štruktúra je vysoko závislá od náhrady nukleotidov a obmedzení na susedov. V roku 1976 bola sekvenovaná DNA fága φX174. Má jednovláknovú kruhovú DNA pozostávajúcu z 5375 nukleotidov. Bolo známe, že fág kóduje 9 proteínov. Pre 6 z nich boli identifikované gény umiestnené za sebou. Ukázalo sa, že dochádza k prekrývaniu. Gén E sa nachádza úplne v géne D . Jeho štartovací kodón je výsledkom posunu rámca o jeden nukleotid. Gene J začína tam, kde končí gén D . Štartovací kodón génu J sa prekrýva so stop kodónom génu D v dôsledku posunu dvoch nukleotidov. Konštrukcia sa nazýva „posun čítacieho rámca“ podľa počtu nukleotidov, ktorý nie je násobkom troch. K dnešnému dňu sa prekrývanie ukázalo len pre niekoľko fágov. Informačná kapacita DNA Na Zemi žije 6 miliárd ľudí. Dedičné informácie o nich uzavreté v 6x109 spermiách. Podľa rôznych odhadov má človek od 30 do 50 tisíc génov. Všetci ľudia majú ~30x1013 génov alebo 30x1016 párov báz, ktoré tvoria 1017 kodónov. Priemerná strana knihy obsahuje 25x102 znakov. DNA 6x109 spermií obsahuje informácie o objeme približne rovnaké 4x10 13 strán knihy. Tieto stránky by zaberali priestor 6 budov NSU. 6x109 spermií zaberá polovicu náprstka. Ich DNA zaberá menej ako štvrtinu náprstku.

Genetický kód– jednotný systém zaznamenávania dedičnej informácie v molekulách nukleových kyselín vo forme nukleotidovej sekvencie. Genetický kód je založený na použití abecedy pozostávajúcej iba zo štyroch písmen A, T, C, G, zodpovedajúcich nukleotidom DNA. Celkovo existuje 20 druhov aminokyselín. Zo 64 kodónov tri - UAA, UAG, UGA - nekódujú aminokyseliny, nazývali sa nezmyselné kodóny a slúžia ako interpunkčné znamienka. Kodón (kódujúci trinukleotid) je jednotka genetického kódu, trojica nukleotidových zvyškov (triplet) v DNA alebo RNA, kódujúca zahrnutie jednej aminokyseliny. Samotné gény sa nezúčastňujú na syntéze bielkovín. Mediátor medzi génom a proteínom je mRNA. Štruktúra genetického kódu je charakteristická tým, že je triplet, to znamená, že pozostáva z tripletov (trojíc) dusíkatých báz DNA, nazývaných kodóny. Zo 64

Vlastnosti génu. kód
1) Triplety: jedna aminokyselina je kódovaná tromi nukleotidmi. Tieto 3 nukleotidy v DNA
sa nazývajú triplet, v mRNA - kodón, v tRNA - antikodón.
2) Redundancia (degenerácia): existuje len 20 aminokyselín a existuje 61 tripletov kódujúcich aminokyseliny, takže každá aminokyselina je kódovaná niekoľkými tripletmi.
3) Jedinečnosť: každý triplet (kodón) kóduje iba jednu aminokyselinu.
4) Univerzálnosť: genetický kód je rovnaký pre všetky živé organizmy na Zemi.
5.) kontinuita a nespochybniteľnosť kodónov pri čítaní. To znamená, že nukleotidová sekvencia sa číta triplet po triplete bez medzier a susedné triplety sa navzájom neprekrývajú.

88. Dedičnosť a premenlivosť sú základné vlastnosti živých vecí. Darwinovo chápanie fenoménov dedičnosti a premenlivosti.
Dedičnosť nazvať všeobecnou vlastnosťou všetkých organizmov zachovať a prenášať vlastnosti z rodiča na potomstvo. Dedičnosť- je to vlastnosť organizmov reprodukovať v generáciách podobný typ metabolizmu, ktorý sa vyvinul počas historického vývoja druhu a prejavuje sa za určitých podmienok prostredia.
Variabilita je proces vzniku kvalitatívnych rozdielov medzi jedincami toho istého druhu, ktorý sa prejavuje buď v zmene pod vplyvom vonkajšieho prostredia len jedného fenotypu, alebo v geneticky podmienených dedičných variáciách vyplývajúcich z kombinácií, rekombinácií a mutácií, ktoré miesto v niekoľkých po sebe nasledujúcich generáciách a populáciách.
Darwinovo chápanie dedičnosti a premenlivosti.
Pod dedičnosťou Darwin pochopil schopnosť organizmov zachovať vo svojich potomkoch svoje druhové, odrodové a individuálne vlastnosti. Táto vlastnosť bola dobre známa a predstavovala dedičnú variáciu. Darwin podrobne analyzoval dôležitosť dedičnosti v evolučnom procese. Upozorňoval na prípady nevhodných krížencov prvej generácie a štiepenia postáv v druhej generácii, uvedomoval si dedičnosť spojenú so sexom, hybridné atavizmy a množstvo ďalších fenoménov dedičnosti.
Variabilita. Pri porovnávaní mnohých plemien zvierat a odrôd rastlín si Darwin všimol, že v rámci žiadneho druhu zvierat a rastlín av kultúre, v rámci žiadnej odrody a plemena neexistujú identické jedince. Darwin dospel k záveru, že variabilita je vlastná všetkým živočíchom a rastlinám.
Pri analýze materiálu o variabilite zvierat si vedec všimol, že akákoľvek zmena životných podmienok stačí na to, aby spôsobila variabilitu. Darwin teda chápal variabilitu ako schopnosť organizmov získavať nové vlastnosti pod vplyvom podmienok prostredia. Rozlišoval tieto formy variability:
Špecifická (skupinová) variabilita(teraz sa volá modifikácia) - podobná zmena u všetkých jedincov potomstva v jednom smere vplyvom určitých podmienok. Niektoré zmeny bývajú nededičné.
Neistá individuálna variabilita(teraz sa volá genotypový) - výskyt rôznych menších rozdielov u jedincov toho istého druhu, odrody, plemena, ktorými sa jeden jedinec v podobných podmienkach líši od ostatných. Takáto viacsmerná variabilita je dôsledkom neistého vplyvu životných podmienok na každého jednotlivca.
Korelačné(alebo relatívna) variabilita. Darwin chápal organizmus ako ucelený systém, ktorého jednotlivé časti sú navzájom úzko prepojené. Preto zmena štruktúry alebo funkcie jednej časti často spôsobí zmenu inej alebo iných. Príkladom takejto variability je vzťah medzi vývojom fungujúceho svalu a tvorbou hrebeňa na kosti, ku ktorej je pripojený. Mnoho brodivých vtákov má koreláciu medzi dĺžkou krku a dĺžkou končatín: vtáky s dlhým krkom majú tiež dlhé končatiny.
Kompenzačná variabilita spočíva v tom, že vývoj niektorých orgánov alebo funkcií je často príčinou inhibície iných, to znamená, že existuje inverzná korelácia napríklad medzi produkciou mlieka a mäsitosťou hospodárskych zvierat.

89. Variabilita modifikácie. Norma reakcie geneticky podmienených vlastností. Fenokópie.
Fenotypický variabilita pokrýva zmeny stavu samotných charakteristík, ku ktorým dochádza vplyvom vývojových podmienok alebo faktorov prostredia. Rozsah variability modifikácie je obmedzený reakčnou normou. Špecifická modifikačná zmena znaku, ktorá vznikla, nie je zdedená, ale rozsah modifikačnej variability je určený dedičnosťou.
Norma reakcie je hranica modifikačnej variability znaku. Dedí sa reakčná norma, nie samotné modifikácie, t.j. schopnosť vyvinúť vlastnosť a forma jej prejavu závisí od podmienok prostredia. Reakčná norma je špecifická kvantitatívna a kvalitatívna charakteristika genotypu. Existujú znaky so širokou reakčnou normou, úzkou () a jednoznačnou normou. Norma reakcie má limity alebo hranice pre každý biologický druh (dolný a horný) - napríklad zvýšené kŕmenie povedie k zvýšeniu hmotnosti zvieraťa, ale bude to v normálnom reakčnom rozmedzí charakteristickom pre daný druh alebo plemeno. Rýchlosť reakcie je geneticky určená a zdedená. Pre rôzne vlastnosti sa limity reakčných noriem značne líšia. Napríklad širokými hranicami reakčnej normy je hodnota dojivosti, úžitkovosti obilnín a mnoho ďalších kvantitatívnych charakteristík, úzkymi hranicami sú intenzita farby väčšiny zvierat a mnohé ďalšie kvalitatívne charakteristiky. Pod vplyvom niektorých škodlivých faktorov, s ktorými sa človek v procese evolúcie nestretáva, je vylúčená možnosť modifikačnej variability, ktorá určuje reakčné normy.
Fenokópie- zmeny fenotypu pod vplyvom nepriaznivých faktorov prostredia, podobné prejavom ako mutácie. Výsledné fenotypové modifikácie sa nededia. Zistilo sa, že výskyt fenokópií je spojený s vplyvom vonkajších podmienok na určité obmedzené štádium vývoja. Navyše ten istý agens, v závislosti od toho, na ktorú fázu pôsobí, môže kopírovať rôzne mutácie, alebo jedno štádium reaguje na jedno a iné. Na vyvolanie rovnakej fenokópie sa môžu použiť rôzne činidlá, čo naznačuje, že medzi výsledkom zmeny a ovplyvňujúcim faktorom neexistuje žiadna súvislosť. Najzložitejšie genetické vývojové poruchy sa dajú pomerne ľahko reprodukovať, pričom kopírovanie znakov je oveľa ťažšie.

90. Adaptívny charakter modifikácie. Úloha dedičnosti a prostredia v ľudskom rozvoji, vzdelávaní a výchove.
Variabilita modifikácie zodpovedá životným podmienkam a je svojou povahou adaptívna. Charakteristiky ako rast rastlín a živočíchov, ich hmotnosť, farba atď. podliehajú modifikačnej variabilite. Výskyt modifikačných zmien je spôsobený tým, že podmienky prostredia ovplyvňujú enzymatické reakcie prebiehajúce vo vyvíjajúcom sa organizme a do určitej miery menia ich priebeh.
Keďže fenotypový prejav dedičnej informácie môže byť modifikovaný podmienkami prostredia, genotyp organizmu je naprogramovaný len s možnosťou ich tvorby v určitých medziach, ktoré sa nazývajú reakčná norma. Reakčná norma predstavuje limity modifikačnej variability znaku povolené pre daný genotyp.
Stupeň prejavu znaku, keď sa genotyp realizuje za rôznych podmienok, sa nazýva expresivita. Je spojená s variabilitou znaku v rámci reakčnej normy.
Rovnaká vlastnosť sa môže objaviť v niektorých organizmoch a chýbať v iných, ktoré majú rovnaký gén. Kvantitatívna miera fenotypovej expresie génu sa nazýva penetrácia.
Expresivita a priebojnosť sú udržiavané prirodzeným výberom. Pri štúdiu dedičnosti u ľudí treba mať na pamäti oba vzorce. Zmenou podmienok prostredia možno ovplyvniť penetráciu a expresivitu. Skutočnosť, že rovnaký genotyp môže byť zdrojom vývoja rôznych fenotypov, má pre medicínu značný význam. To znamená, že záťaž sa nemusí nevyhnutne prejaviť. Veľa závisí od podmienok, v ktorých sa človek nachádza. V niektorých prípadoch sa chorobám ako fenotypovému prejavu dedičnej informácie dá predchádzať dodržiavaním diéty alebo užívaním liekov. Implementácia dedičnej informácie závisí od prostredia. Modifikácie, ktoré sa formujú na základe historicky stanoveného genotypu, sú zvyčajne adaptívne, pretože sú vždy výsledkom reakcií vyvíjajúceho sa organizmu na faktory prostredia, ktoré ho ovplyvňujú. Povaha mutačných zmien je odlišná: sú výsledkom zmien v štruktúre molekuly DNA, čo spôsobuje narušenie predtým zavedeného procesu syntézy bielkovín. Keď sú myši držané pri zvýšených teplotách, produkujú potomstvo s predĺženým chvostom a zväčšenými ušami. Táto modifikácia má adaptívny charakter, pretože vyčnievajúce časti (chvost a uši) zohrávajú v tele termoregulačnú úlohu: zväčšenie ich povrchu umožňuje zvýšený prenos tepla.

Genetický potenciál človeka je obmedzený časovo, a to dosť striktne. Ak zmeškáte termín skorej socializácie, pominie skôr, ako sa stihne realizovať. Pozoruhodným príkladom tohto tvrdenia sú početné prípady, keď dojčatá v dôsledku okolností skončili v džungli a strávili niekoľko rokov medzi zvieratami. Po návrate do ľudského spoločenstva už nedokázali úplne dobehnúť to, čo stratili: ovládať reč, osvojiť si pomerne zložité zručnosti ľudskej činnosti, slabo sa rozvíjali duševné funkcie človeka. Je to dôkaz, že charakteristické črty ľudského správania a činnosti sa získavajú len sociálnym dedením, iba odovzdávaním sociálneho programu v procese výchovy a vzdelávania.

Identické genotypy (u identických dvojčiat), keď sú umiestnené v rôznych prostrediach, môžu produkovať rôzne fenotypy. Ak vezmeme do úvahy všetky ovplyvňujúce faktory, ľudský fenotyp môže byť reprezentovaný ako pozostávajúci z niekoľkých prvkov.

Patria sem: biologické sklony zakódované v génoch; životné prostredie (sociálne a prírodné); individuálna činnosť; myseľ (vedomie, myslenie).

Interakcia dedičnosti a prostredia vo vývoji človeka zohráva dôležitú úlohu počas celého jeho života. Osobitný význam však nadobúda v obdobiach formovania tela: embryonálne, prsné, detstvo, dospievanie a mladosť. Práve v tejto dobe sa pozoruje intenzívny proces rozvoja tela a formovania osobnosti.

Dedičnosť určuje, čím sa organizmus môže stať, no človek sa vyvíja pod súčasným vplyvom oboch faktorov – dedičnosti aj prostredia. Dnes sa všeobecne uznáva, že adaptácia človeka sa uskutočňuje pod vplyvom dvoch programov dedičnosti: biologického a sociálneho. Všetky znaky a vlastnosti každého jednotlivca sú výsledkom interakcie jeho genotypu a prostredia. Preto je každý človek súčasťou prírody aj produktom spoločenského vývoja.

91. Kombinatívna variabilita. Význam kombinovanej variability pri zabezpečovaní genotypovej diverzity ľudí: Manželské systémy. Lekárske a genetické aspekty rodiny.
Kombinatívna variabilita spojené so získavaním nových kombinácií génov v genotype. Toto je dosiahnuté ako výsledok troch procesov: a) nezávislá segregácia chromozómov počas meiózy; b) ich náhodná kombinácia počas oplodnenia; c) génová rekombinácia v dôsledku Crossing Over. Samotné dedičné faktory (gény) sa nemenia, ale vznikajú ich nové kombinácie, čo vedie k vzniku organizmov s rôznymi genotypovými a fenotypovými vlastnosťami. Vďaka kombinačnej variabilite v potomstve sa vytvárajú rôzne genotypy, čo má veľký význam pre evolučný proces, pretože: 1) rozmanitosť materiálu pre evolučný proces sa zvyšuje bez zníženia životaschopnosti jednotlivcov; 2) Schopnosť organizmov prispôsobiť sa meniacim sa podmienkam prostredia sa rozširuje a tým zabezpečuje prežitie skupiny organizmov (populácie, druhu) ako celku

Zloženie a frekvencia alel u ľudí a populácií do značnej miery závisí od typov manželstiev. V tomto smere je dôležité štúdium typov manželstiev a ich medicínskych a genetických dôsledkov.

Manželstvá môžu byť: selektívne, bez rozdielu.

K neselektívnym zahŕňajú panmix manželstvá. Panmixia(grécky nixis - zmes) - stupňovité manželstvá medzi ľuďmi s rôznymi genotypmi.

Selektívne manželstvá: 1.Outbreeding– manželstvá medzi ľuďmi, ktorí nie sú príbuzní podľa predtým známeho genotypu, 2. Príbuzenská plemenitba- sobáše medzi príbuznými, 3. Pozitívne sortimentný– manželstvá medzi jedincami s podobnými fenotypmi (hluchonemý, nízky s nízkym, vysoký s vysokým, slabomyseľný so slabomyseľným atď.). 4.Negatívny sortiment-manželstvá medzi ľuďmi s odlišnými fenotypmi (hluchonemý - normálny; nízky - vysoký; normálny - s pehami atď.). 4.Incest– sobáše medzi blízkymi príbuznými (medzi bratom a sestrou).

Inbredné a incestné manželstvá sú v mnohých krajinách nezákonné. Žiaľ, existujú regióny s vysokou frekvenciou inbredných manželstiev. Donedávna dosahovala frekvencia inbredných manželstiev v niektorých regiónoch Strednej Ázie 13 – 15 %.

Lekársky a genetický význam inbredné manželstvá sú veľmi negatívne. V takýchto manželstvách sa pozoruje homozygotizácia a frekvencia autozomálnych recesívnych ochorení sa zvyšuje 1,5-2 krát. Inbredné populácie zažívajú inbrídingovú depresiu, t.j. prudko sa zvyšuje frekvencia nepriaznivých recesívnych alel a zvyšuje sa detská úmrtnosť. K podobným javom vedú aj pozitívne rozmanité manželstvá. Outbreeding má pozitívne genetické výhody. V takýchto manželstvách sa pozoruje heterozygotizácia.

92. Mutačná variabilita, klasifikácia mutácií podľa úrovne zmeny poškodenia dedičného materiálu. Mutácie v zárodočných a somatických bunkách.
Mutácia sa nazýva zmena spôsobená reorganizáciou reprodukčných štruktúr, zmena jej genetického aparátu. Mutácie sa vyskytujú kŕčovito a sú zdedené. V závislosti od úrovne zmien v dedičnom materiáli sa všetky mutácie delia na genetické, chromozomálne A genomický.
Génové mutácie alebo transgenácie ovplyvňujú štruktúru samotného génu. Mutácie môžu meniť úseky molekuly DNA rôznej dĺžky. Najmenšia oblasť, ktorej zmena vedie k vzniku mutácie, sa nazýva mutón. Môže byť tvorený iba párom nukleotidov. Zmena v sekvencii nukleotidov v DNA spôsobuje zmenu v sekvencii tripletov a v konečnom dôsledku aj programu syntézy bielkovín. Malo by sa pamätať na to, že poruchy v štruktúre DNA vedú k mutáciám iba vtedy, keď sa nevykonáva oprava.
Chromozomálne mutácie chromozomálne prestavby alebo aberácie pozostávajú zo zmeny počtu alebo redistribúcie dedičného materiálu chromozómov.
Perestrojky sa delia na intrachromozomálne A interchromozomálne. Intrachromozomálne prestavby pozostávajú zo straty časti chromozómu (delécia), zdvojnásobenia alebo znásobenia niektorých jeho úsekov (duplikácia) a rotácie fragmentu chromozómu o 180° so zmenou sekvencie umiestnenia génu (inverzia).
Genomické mutácie spojené so zmenami v počte chromozómov. Genomické mutácie zahŕňajú aneuploidiu, haploidiu a polyploidiu.
Aneuploidia nazývaná zmena počtu jednotlivých chromozómov – absencia (monozómia) alebo prítomnosť ďalších (trizómia, tetrazómia, všeobecne polyzómia) chromozómov, teda nevyvážená sada chromozómov. Bunky so zmeneným počtom chromozómov vznikajú v dôsledku porúch v procese mitózy alebo meiózy, a preto sa rozlišuje mitotická a meiotická aneuploidia. Viacnásobný pokles počtu chromozómových sád somatických buniek v porovnaní s diploidnými sa nazýva tzv haploidia. Viacnásobné zvýšenie počtu chromozómových sád somatických buniek v porovnaní s diploidnými sa nazýva tzv polyploidia.
Uvedené typy mutácií sa vyskytujú tak v zárodočných bunkách, ako aj v somatických bunkách. Mutácie, ktoré sa vyskytujú v zárodočných bunkách, sa nazývajú generatívny. Prenášajú sa na ďalšie generácie.
Mutácie, ktoré sa vyskytujú v telesných bunkách v jednom alebo druhom štádiu individuálneho vývoja organizmu, sa nazývajú somatická. Takéto mutácie dedia iba potomkovia bunky, v ktorej sa vyskytli.

93. Génové mutácie, molekulárne mechanizmy výskytu, frekvencia mutácií v prírode. Biologické antimutačné mechanizmy.
Moderná genetika to zdôrazňuje génové mutácie spočívajú v zmene chemickej štruktúry génov. Konkrétne génové mutácie sú substitúcie, inzercie, delécie a straty nukleotidových párov. Najmenšia časť molekuly DNA, ktorej zmena vedie k mutácii, sa nazýva mutón. Rovná sa jednému páru nukleotidov.
Existuje niekoľko klasifikácií génových mutácií . Spontánne(spontánna) je mutácia, ktorá sa vyskytuje bez priameho spojenia s akýmkoľvek fyzikálnym alebo chemickým faktorom prostredia.
Ak sú mutácie spôsobené úmyselne, ovplyvnením organizmu faktormi známeho charakteru, sú tzv vyvolané. Činidlo, ktoré vyvoláva mutácie, je tzv mutagén.
Povaha mutagénov je rôznorodá- sú to fyzikálne faktory, chemické zlúčeniny. Bol potvrdený mutagénny účinok niektorých biologických objektov - vírusov, prvokov, helmintov - keď prenikajú do ľudského tela.
V dôsledku dominantných a recesívnych mutácií sa vo fenotype objavujú dominantné a recesívne zmenené znaky. Dominantný mutácie sa objavujú vo fenotype už v prvej generácii. recesívne mutácie sú u heterozygotov skryté pred pôsobením prirodzeného výberu, preto sa vo veľkom hromadia v genofondoch druhov.
Ukazovateľom intenzity mutačného procesu je frekvencia mutácií, ktorá sa počíta v priemere na genóm alebo samostatne pre špecifické lokusy. Priemerná frekvencia mutácií je porovnateľná v širokom spektre živých bytostí (od baktérií po človeka) a nezávisí od úrovne a typu morfofyziologickej organizácie. Rovná sa 10 -4 - 10 -6 mutácií na 1 lokus za generáciu.
Antimutačné mechanizmy.
Ochranným faktorom pred nepriaznivými následkami génových mutácií je párovanie chromozómov v diploidnom karyotype somatických eukaryotických buniek. Párovanie alejových génov zabraňuje fenotypovým prejavom mutácií, ak sú recesívne.
Fenomén extrakopírovania génov kódujúcich životne dôležité makromolekuly prispieva k znižovaniu škodlivých následkov génových mutácií. Napríklad gény pre rRNA, tRNA, histónové proteíny, bez ktorých je život akejkoľvek bunky nemožný.
Uvedené mechanizmy prispievajú k zachovaniu génov vybraných počas evolúcie a zároveň k akumulácii rôznych alel v genofonde populácie, čím sa vytvára rezerva dedičnej variability.

94. Genomické mutácie: polyploidia, haploidia, heteroploidia. Mechanizmy ich výskytu.
Genomické mutácie sú spojené so zmenami v počte chromozómov. Genomické mutácie zahŕňajú heteroploidia, haploidia A polyploidia.
Polyploidia– zvýšenie diploidného počtu chromozómov pridaním celých chromozómových sád v dôsledku narušenia meiózy.
Pri polyploidných formách dochádza k zvýšeniu počtu chromozómov, násobok haploidnej sady: 3n – triploid; 4n – tetraploid, 5n – pentaploid atď.
Polyploidné formy sú fenotypovo odlišné od diploidných: spolu so zmenou počtu chromozómov sa menia aj dedičné vlastnosti. U polyploidov sú bunky zvyčajne veľké; niekedy sú rastliny gigantickej veľkosti.
Formy vznikajúce zmnožením chromozómov jedného genómu sa nazývajú autoploidné. Známa je však aj iná forma polyploidie – aloploidia, pri ktorej sa znásobuje počet chromozómov dvoch rôznych genómov.
Viacnásobný pokles počtu chromozómových sád somatických buniek v porovnaní s diploidnými sa nazýva tzv haploidia. Haploidné organizmy sa v prirodzených biotopoch vyskytujú najmä medzi rastlinami, vrátane vyšších (durman, pšenica, kukurica). Bunky takýchto organizmov majú jeden chromozóm z každého homológneho páru, takže vo fenotype sa prejavujú všetky recesívne alely. To vysvetľuje zníženú životaschopnosť haploidov.
Heteroploidia. V dôsledku porúch mitózy a meiózy sa počet chromozómov môže zmeniť a nestať sa násobkom haploidnej sady. Jav, keď jeden z chromozómov namiesto páru skončí v trojčísle, sa nazýva trizómia. Ak je na jednom chromozóme pozorovaná trizómia, potom sa takýto organizmus nazýva trizómový a jeho chromozómová sada je 2n+1. Trizómia môže byť na ktoromkoľvek z chromozómov alebo dokonca na niekoľkých. Pri dvojitej trizómii má chromozómovú sadu 2n+2, trojitú trizómiu – 2n+3 atď.
Opačný jav trizómia, t.j. strata jedného chromozómu z páru v diploidnom súbore sa nazýva monozómia, organizmus je monozomický; jeho genotypový vzorec je 2n-1. Pri absencii dvoch rôznych chromozómov je organizmus dvojito monozomický s genotypovým vzorcom 2n-2 atď.
Z toho, čo bolo povedané, je jasné aneuploidiou, t.j. porušenie normálneho počtu chromozómov vedie k zmenám v štruktúre a zníženiu životaschopnosti organizmu. Čím väčšie rušenie, tým nižšia životaschopnosť. U ľudí vedie narušenie vyváženého súboru chromozómov k bolestivým stavom, ktoré sú súhrnne známe ako chromozomálne choroby.
Mechanizmus výskytu genómové mutácie sú spojené s patológiou narušenia normálnej segregácie chromozómov pri meióze, čo vedie k tvorbe abnormálnych gamét, čo vedie k mutácii. Zmeny v tele sú spojené s prítomnosťou geneticky heterogénnych buniek.

95. Metódy štúdia ľudskej dedičnosti. Genealogické a dvojčatové metódy, ich význam pre medicínu.
Hlavné metódy na štúdium ľudskej dedičnosti sú genealogický, dvojča, populačno-štatistické, dermatoglyfická metóda, cytogenetická, biochemická, metóda genetiky somatických buniek, metóda modelovania
Genealogická metóda. Táto metóda je založená na zostavovaní a analýze rodokmeňov. Rodokmeň je diagram, ktorý ukazuje spojenia medzi členmi rodiny. Analýzou rodokmeňov študujú akúkoľvek normálnu alebo (častejšie) patologickú črtu v generáciách ľudí, ktorí sú príbuzní.
Genealogické metódy sa používajú na určenie dedičnej alebo nededičnej povahy vlastnosti, dominancie alebo recesivity, mapovanie chromozómov, pohlavné spojenie a na štúdium procesu mutácie. Genealogická metóda spravidla tvorí základ pre závery v lekárskom genetickom poradenstve.
Pri zostavovaní rodokmeňov sa používajú štandardné zápisy. Osoba, s ktorou sa štúdium začína, je proband. Potomok manželského páru sa nazýva súrodenec, súrodenci sa nazývajú súrodenci, sesternice sa nazývajú sesternice atď. Potomkovia, ktorí majú spoločnú matku (ale rôznych otcov), sa nazývajú príbuzenstvo a potomkovia, ktorí majú spoločného otca (ale rôzne matky), sa nazývajú polokrvní; ak má rodina deti z rôznych manželstiev a nemajú spoločných predkov (napríklad dieťa z prvého manželstva matky a dieťa z prvého manželstva otca), potom sa nazývajú nevlastné deti.
Pomocou genealogickej metódy možno určiť dedičnú povahu študovaného znaku, ako aj typ jeho dedičnosti. Pri analýze rodokmeňov pre niekoľko charakteristík možno odhaliť prepojený charakter ich dedičnosti, čo sa používa pri zostavovaní chromozomálnych máp. Táto metóda vám umožňuje študovať intenzitu procesu mutácie, posúdiť expresivitu a penetráciu alely.
Dvojitá metóda. Pozostáva zo štúdia vzorcov dedenia vlastností v pároch identických a dvojvaječných dvojčiat. Dvojčatá sú dve alebo viac detí počatých a narodených tou istou matkou takmer súčasne. Existujú jednovaječné a dvojvaječné dvojčatá.
Identické (monozygotné, identické) dvojčatá sa vyskytujú v najskorších štádiách fragmentácie zygoty, keď si dve alebo štyri blastoméry po oddelení zachovávajú schopnosť vyvinúť sa v plnohodnotný organizmus. Pretože sa zygota delí mitózou, genotypy identických dvojčiat sú, aspoň spočiatku, úplne identické. Jednovaječné dvojčatá sú vždy rovnakého pohlavia a počas vývoja plodu zdieľajú rovnakú placentu.
Bratské (dizygotické, neidentické) sa vyskytujú, keď sú oplodnené dve alebo viac súčasne zrelých vajíčok. Zdieľajú teda približne 50 % svojich génov. Inými slovami, svojou genetickou konštitúciou sú podobní bežným bratom a sestrám a môžu byť rovnakého alebo opačného pohlavia.
Porovnaním identických a dvojvaječných dvojčiat vychovaných v rovnakom prostredí možno vyvodiť závery o úlohe génov vo vývoji vlastností.
Dvojitá metóda vám umožňuje robiť informované závery o dedičnosti vlastností: úloha dedičnosti, prostredia a náhodných faktorov pri určovaní určitých ľudských vlastností.
Prevencia a diagnostika dedičnej patológie
V súčasnosti sa prevencia dedičnej patológie uskutočňuje na štyroch úrovniach: 1) pregametický; 2) prezygotický; 3) prenatálne; 4) novorodenecké.
1.) Predgametická úroveň
Vykonané:
1. Hygienická kontrola produkcie – eliminácia vplyvu mutagénov na organizmus.
2. Oslobodenie žien vo fertilnom veku od práce v rizikových odvetviach.
3.Tvorba zoznamov dedičných chorôb, ktoré sú bežné v určitej oblasti
územia s def. časté.
2.Prezygotická úroveň
Najdôležitejším prvkom tejto úrovne prevencie je medicínsko genetické poradenstvo (MGC) populácie, informovanie rodiny o miere možného rizika vzniku dieťaťa s dedičnou patológiou a poskytnutie pomoci pri správnom rozhodnutí o splodení dieťaťa.
Prenatálna úroveň
Pozostáva z vykonávania prenatálnej (prenatálnej) diagnostiky.
Prenatálna diagnostika– ide o súbor opatrení, ktoré sa vykonávajú s cieľom určiť dedičnú patológiu u plodu a ukončiť toto tehotenstvo. Prenatálne diagnostické metódy zahŕňajú:
1. Ultrazvukové skenovanie (USS).
2. Fetoskopia– metóda vizuálneho pozorovania plodu v dutine maternice cez elastickú sondu vybavenú optickým systémom.
3. Biopsia choriových klkov. Metóda je založená na odbere choriových klkov, kultivácii buniek a ich štúdiu pomocou cytogenetických, biochemických a molekulárno-genetických metód.
4. Amniocentéza– prepichnutie plodových obalov cez brušnú stenu a odber
plodovej vody. Obsahuje bunky plodu, ktoré je možné skúmať
cytogeneticky alebo biochemicky, v závislosti od očakávanej patológie plodu.
5. Kordocentéza- prepichnutie pupočníkových ciev a odber krvi plodu. Fetálne lymfocyty
kultivované a podrobené výskumu.
4. Novorodenecká úroveň
Na štvrtej úrovni sú novorodenci vyšetrovaní na identifikáciu autozomálne recesívnych metabolických ochorení v predklinickom štádiu, kedy sa začína včasná liečba na zabezpečenie normálneho duševného a fyzického vývoja detí.

Zásady liečby dedičných chorôb
K dispozícii sú nasledujúce typy liečby:.
1. Symptomatická(vplyv na symptómy ochorenia).
2. Patogenetické(vplyv na mechanizmy rozvoja ochorenia).
Symptomatická a patogenetická liečba neodstraňuje príčiny ochorenia, pretože nelikviduje
genetický defekt.
Pri symptomatickej a patogenetickej liečbe možno použiť nasledujúce techniky.
· Oprava vývojové chyby chirurgickými metódami (syndaktýlia, polydaktýlia,
rázštep pery...
· Náhradná terapia, ktorej zmyslom je zavedenie do organizmu
chýbajúce alebo nedostatočné biochemické substráty.
· Indukcia metabolizmu- zavedenie látok, ktoré podporujú syntézu, do tela
niektoré enzýmy, a preto urýchľujú procesy.
· Inhibícia metabolizmu– zavedenie do tela liekov, ktoré viažu a odstraňujú
abnormálne produkty metabolizmu.
· Diétna terapia ( liečebná výživa) - vylúčenie zo stravy látok, ktoré
telo nemôže absorbovať.
Vyhliadky: V blízkej budúcnosti sa genetika bude rýchlo rozvíjať, hoci stále je
veľmi rozšírené v poľnohospodárskych plodinách (šľachtenie, klonovanie),
medicína (lekárska genetika, genetika mikroorganizmov). Vedci dúfajú v budúcnosť
používať genetiku na odstránenie defektných génov a eradikáciu prenášaných chorôb
dedením, aby mohli liečiť také závažné ochorenia, ako je rakovina, vírusové
infekcií.

Pri všetkých nedostatkoch moderného hodnotenia rádiogenetického účinku niet pochýb o závažnosti genetických následkov, ktoré ľudstvo čaká v prípade nekontrolovaného nárastu rádioaktívneho pozadia v životnom prostredí. Nebezpečenstvo ďalšieho testovania atómových a vodíkových zbraní je zrejmé.
Využitie atómovej energie v genetike a selekcii zároveň umožňuje vytvárať nové metódy kontroly dedičnosti rastlín, živočíchov a mikroorganizmov a lepšie pochopiť procesy genetickej adaptácie organizmov. V súvislosti s ľudskými letmi do vesmíru je potrebné skúmať vplyv kozmickej reakcie na živé organizmy.

98. Cytogenetická metóda na diagnostiku ľudských chromozomálnych porúch. Amniocentéza. Karyotyp a idiogram ľudských chromozómov. Biochemická metóda.
Cytogenetická metóda zahŕňa štúdium chromozómov pomocou mikroskopu. Najčastejšie sú predmetom štúdia mitotické (metafáza), menej často meiotické (profáza a metafáza) chromozómy. Cytogenetické metódy sa využívajú na štúdium karyotypov jednotlivých jedincov
Získavanie materiálu z organizmu vyvíjajúceho sa in utero sa uskutočňuje rôznymi spôsobmi. Jedným z nich je amniocentéza, pomocou ktorej sa v 15-16 týždni tehotenstva získava plodová voda obsahujúca odpadové produkty plodu a bunky jeho kože a slizníc
Materiál odobratý pri amniocentéze sa používa na biochemické, cytogenetické a molekulárne chemické štúdie. Cytogenetické metódy určujú pohlavie plodu a identifikujú chromozomálne a genómové mutácie. Štúdium plodovej vody a buniek plodu biochemickými metódami umožňuje odhaliť defekt v proteínových produktoch génov, ale neumožňuje určiť lokalizáciu mutácií v štruktúrnej alebo regulačnej časti genómu. Použitie DNA sond hrá dôležitú úlohu pri identifikácii dedičných chorôb a presnej lokalizácii poškodenia fetálneho dedičného materiálu.
V súčasnosti sa amniocentéza používa na diagnostiku všetkých chromozomálnych abnormalít, viac ako 60 dedičných metabolických ochorení a inkompatibility matky a plodu s antigénmi erytrocytov.
Diploidný súbor chromozómov bunky charakterizovaný ich počtom, veľkosťou a tvarom sa nazýva tzv karyotyp. Normálny ľudský karyotyp obsahuje 46 chromozómov alebo 23 párov: 22 párov autozómov a jeden pár pohlavných chromozómov
Aby sa uľahčilo pochopenie zložitého komplexu chromozómov, ktorý tvorí karyotyp, sú usporiadané do tvaru idiogramy. IN idiogram chromozómy sú usporiadané do párov v poradí klesajúcej veľkosti, s výnimkou pohlavných chromozómov. Najväčšiemu páru je pridelené číslo 1, najmenšiemu - číslo 22. Identifikácia chromozómov iba podľa veľkosti naráža na veľké ťažkosti: množstvo chromozómov má podobné veľkosti. Avšak v v poslednej dobe Použitím rôznych typov farbív bola stanovená jasná diferenciácia ľudských chromozómov pozdĺž ich dĺžky na pásy, ktoré je možné farbiť pomocou špeciálnych metód, a tie, ktoré sa farbiť nedajú. Schopnosť presne odlíšiť chromozómy je pre lekársku genetiku veľmi dôležitá, pretože umožňuje presne určiť povahu abnormalít v karyotype človeka.
Biochemická metóda

99. Ľudský karyotyp a idiogram. Charakteristiky normálneho ľudského karyotypu
a patológie.
karyotyp- súbor charakteristík (počet, veľkosť, tvar atď.) úplného súboru chromozómov,
vlastné bunkám daného biologického druhu (druhový karyotyp), daného organizmu
(individuálny karyotyp) alebo línia (klon) buniek.
Na určenie karyotypu sa používa mikrofotografia alebo náčrt chromozómov počas mikroskopie deliacich sa buniek.
Každá osoba má 46 chromozómov, z ktorých dva sú pohlavné chromozómy. Žena má dva X chromozómy
(karyotyp: 46, XX) a muži majú jeden chromozóm X a druhý Y (karyotyp: 46, XY). Štúdium
Karyotypizácia sa vykonáva pomocou metódy nazývanej cytogenetika.
Idiogram- schematické znázornenie haploidného súboru chromozómov organizmu, ktorý
umiestnené v rade podľa ich veľkosti, v pároch v zostupnom poradí ich veľkostí. Výnimku tvoria pohlavné chromozómy, ktoré sa obzvlášť odlišujú.
Príklady najbežnejších chromozomálnych patológií.
Downov syndróm je trizómia 21. páru chromozómov.
Edwardsov syndróm je trizómia na 18. páre chromozómov.
Patauov syndróm je trizómia 13. páru chromozómov.
Klinefelterov syndróm je polyzómia chromozómu X u chlapcov.

100. Význam genetiky pre medicínu. Cytogenetické, biochemické, populačno-štatistické metódy na štúdium ľudskej dedičnosti.
Úloha genetiky v živote človeka je veľmi dôležitá. Realizuje sa pomocou lekárskeho genetického poradenstva. Lekárske genetické poradenstvo je navrhnuté tak, aby zachránilo ľudstvo pred utrpením spojeným s dedičnými (genetickými) chorobami. Hlavnými cieľmi lekárskeho genetického poradenstva je určiť úlohu genotypu vo vývoji tohto ochorenia a predpovedať riziko chorých potomkov. Odporúčania uvedené v lekárskych genetických konzultáciách týkajúce sa manželstva alebo prognózy genetickej užitočnosti potomstva majú za cieľ zabezpečiť, aby ich konzultované osoby brali do úvahy a dobrovoľne urobili príslušné rozhodnutie.
Cytogenetická (karyotypická) metóda. Cytogenetická metóda zahŕňa štúdium chromozómov pomocou mikroskopu. Najčastejšie sú predmetom štúdia mitotické (metafáza), menej často meiotické (profáza a metafáza) chromozómy. Táto metóda sa používa aj na štúdium pohlavného chromatínu ( Barrove telá) Cytogenetické metódy sa využívajú na štúdium karyotypov jednotlivých jedincov
Použitie cytogenetickej metódy umožňuje nielen študovať normálnu morfológiu chromozómov a karyotyp ako celok, určiť genetické pohlavie organizmu, ale čo je najdôležitejšie, diagnostikovať rôzne chromozomálne ochorenia spojené so zmenami v počte chromozómov. alebo narušenie ich štruktúry. Okrem toho vám táto metóda umožňuje študovať procesy mutagenézy na úrovni chromozómov a karyotypov. Jeho využitie v medicínskom genetickom poradenstve na účely prenatálnej diagnostiky chromozomálnych ochorení umožňuje včasným ukončením tehotenstva zabrániť výskytu potomkov s ťažkými vývojovými poruchami.
Biochemická metóda spočíva v stanovení aktivity enzýmov alebo obsahu niektorých metabolických produktov v krvi alebo moči. Pomocou tejto metódy sa identifikujú metabolické poruchy spôsobené prítomnosťou v genotype nepriaznivej kombinácie alelických génov, najčastejšie recesívnych alel v homozygotnom stave. Pri včasnej diagnostike takýchto dedičných ochorení sa preventívne opatrenia môžu vyhnúť vážnym vývojovým poruchám.
Populačná štatistická metóda. Táto metóda umožňuje odhadnúť pravdepodobnosť narodenia jedincov s určitým fenotypom v danej skupine obyvateľstva alebo v príbuzenských manželstvách; vypočítať prenosovú frekvenciu recesívnych alel v heterozygotnom stave. Metóda je založená na Hardy-Weinbergovom zákone. Hardy-Weinbergov zákon- Toto je zákon populačnej genetiky. Zákon hovorí: „V ideálnej populácii zostávajú frekvencie génov a genotypov z generácie na generáciu konštantné.“
Hlavnými znakmi ľudských populácií sú: spoločné územie a možnosť slobodného sobáša. Faktory izolácie, t. j. obmedzenie slobody voľby manželov alebo manželiek, môžu byť nielen geografické, ale aj náboženské a sociálne bariéry.
Okrem toho táto metóda umožňuje študovať proces mutácie, úlohu dedičnosti a prostredia pri tvorbe ľudského fenotypového polymorfizmu podľa normálnych charakteristík, ako aj pri výskyte chorôb, najmä s dedičnou predispozíciou. Populačná štatistická metóda sa používa na určenie významu genetických faktorov v antropogenéze, najmä pri formovaní rás.

101.Štrukturálne poruchy (aberácie) chromozómov. Klasifikácia v závislosti od zmien genetického materiálu. Dôsledky pre biológiu a medicínu.
Chromozomálne aberácie sú výsledkom prestavieb chromozómov. Sú dôsledkom zlomu chromozómu, čo vedie k vytvoreniu fragmentov, ktoré sa následne znovu spoja, ale normálna štruktúra chromozómu sa neobnoví. Existujú 4 hlavné typy chromozomálnych aberácií: nedostatok, zdvojenia, inverzie, translokácie, vymazanie- strata špecifickej oblasti chromozómu, ktorá je potom zvyčajne zničená
Nedostatky vznikajú v dôsledku straty chromozómu jednej alebo druhej oblasti. Nedostatky v strednej časti chromozómu sa nazývajú delécie. Strata významnej časti chromozómu vedie k smrti organizmu, strata menších úsekov spôsobuje zmenu dedičných vlastností. Takže. Keď kukurici chýba jeden z jej chromozómov, jej semenáčikom chýba chlorofyl.
Zdvojnásobenie spojené so zahrnutím ďalšej, duplikujúcej sa časti chromozómu. To tiež vedie k objaveniu sa nových symptómov. U Drosophila je teda gén pre pásikovité oči spôsobený zdvojením časti jedného z chromozómov.
Inverzie pozorované, keď sa chromozóm zlomí a roztrhnutá časť sa otočí o 180 stupňov. Ak dôjde k zlomu na jednom mieste, oddelený fragment je pripojený k chromozómu opačným koncom, ale ak na dvoch miestach, potom sa stredný fragment, ktorý sa prevráti, pripojí k miestam zlomu, ale s rôznymi koncami. Podľa Darwina zohrávajú inverzie dôležitú úlohu vo vývoji druhov.
Premiestnenia vznikajú v prípadoch, keď sa úsek chromozómu z jedného páru naviaže na nehomologický chromozóm, t.j. chromozóm z iného páru. Translokáciaúseky jedného z chromozómov sú u ľudí známe; môže byť príčinou Downovho syndrómu. Väčšina translokácií postihujúcich veľké časti chromozómov spôsobuje, že organizmus nie je životaschopný.
Chromozomálne mutácie zmeniť dávku niektorých génov, spôsobiť redistribúciu génov medzi väzbovými skupinami, zmeniť ich lokalizáciu vo väzbovej skupine. Tým narúšajú génovú rovnováhu buniek tela, čo má za následok odchýlky v somatickom vývoji jedinca. Spravidla sa zmeny rozširujú na niekoľko orgánových systémov.
Chromozomálne aberácie majú v medicíne veľký význam. o chromozomálne aberácie, dochádza k oneskoreniu celkového fyzického a duševného vývoja. Chromozomálne ochorenia sú charakterizované kombináciou mnohých vrodených chýb. Tento defekt je prejavom Downovho syndrómu, ktorý sa pozoruje v prípade trizómie na malom segmente dlhého ramena 21. chromozómu. Obraz syndrómu mačacieho plaču sa vyvíja so stratou časti krátkeho ramena chromozómu 5. U ľudí sa najčastejšie pozorujú malformácie mozgu, muskuloskeletálneho, kardiovaskulárneho a genitourinárneho systému.

102. Pojem druhov, moderné pohľady na speciáciu. Typové kritériá.
Zobraziť je súbor jedincov, ktorí sú z hľadiska druhových kritérií podobní do takej miery, do akej môžu
prirodzene sa krížia a produkujú plodné potomstvo.
Plodné potomstvo- niečo, čo sa dokáže samo reprodukovať. Príkladom neplodného potomstva je mulica (kríženec osla a koňa), je neplodný.
Typové kritériá- sú to vlastnosti, podľa ktorých sa porovnávajú 2 organizmy, aby sa zistilo, či patria k rovnakému druhu alebo k rôznym druhom.
· Morfologická – vnútorná a vonkajšia štruktúra.
· Fyziologicko-biochemické – ako fungujú orgány a bunky.
· Behaviorálne – správanie, najmä v čase rozmnožovania.
· Ekologický – súbor faktorov prostredia nevyhnutných pre život
typ (teplota, vlhkosť, jedlo, konkurenti atď.)
· Geografická – oblasť (oblasť rozšírenia), t.j. územie, na ktorom druh žije.
· Geneticko-reprodukčný – rovnaký počet a štruktúra chromozómov, ktorá umožňuje organizmom produkovať plodné potomstvo.
Typové kritériá sú relatívne, t.j. Druh nemožno posudzovať podľa jedného kritéria. Napríklad existujú dvojčatá (v komároch malárie, u potkanov atď.). Morfologicky sa od seba nelíšia, ale majú rôzne množstvá chromozómy, a preto neprodukujú potomstvo.

103.Obyvateľstvo. Jeho ekologické a genetické vlastnosti a úloha v speciácii.
Obyvateľstvo- minimálna samoreprodukujúca sa skupina jedincov toho istého druhu, viac-menej izolovaná od iných podobných skupín, obývajúca určité územie počas dlhého radu generácií, tvoriaca si vlastný genetický systém a tvoriaca vlastnú ekologickú niku.
Ekologické ukazovatele obyvateľstva.
číslo- celkový počet jedincov v populácii. Táto hodnota sa vyznačuje širokým rozsahom variability, ale nemôže byť pod určitými hranicami.
Hustota- počet jedincov na jednotku plochy alebo objemu. So zvyšujúcim sa počtom sa hustota obyvateľstva zvyšuje
Priestorová štruktúra Populácia sa vyznačuje zvláštnosťami rozmiestnenia jedincov na okupovanom území. Je určená vlastnosťami biotopu a biologickými charakteristikami druhu.
Sexuálna štruktúra odráža určitý pomer mužov a žien v populácii.
Veková štruktúra odráža pomer rôznych vekových skupín v populácii v závislosti od strednej dĺžky života, doby puberty a počtu potomkov.
Genetické ukazovatele populácie. Geneticky je populácia charakteristická svojím genofondom. Predstavuje ho súbor alel, ktoré tvoria genotypy organizmov v danej populácii.
Pri popise populácií alebo ich vzájomnom porovnávaní sa využíva množstvo genetických charakteristík. Polymorfizmus. Populácia sa na danom lokuse nazýva polymorfná, ak sa v nej vyskytujú dve alebo viac alel. Ak je lokus reprezentovaný jednou alelou, hovoríme o monomorfizme. Skúmaním mnohých lokusov je možné medzi nimi určiť podiel polymorfných, t.j. posúdiť stupeň polymorfizmu, ktorý je indikátorom genetickej diverzity populácie.
Heterozygotnosť. Dôležitou genetickou charakteristikou populácie je heterozygotnosť – frekvencia heterozygotných jedincov v populácii. Odráža aj genetickú rozmanitosť.
Koeficient príbuzenskej plemenitby. Tento koeficient sa používa na odhad prevalencie inbrídingu v populácii.
Génová asociácia. Frekvencie alel rôznych génov môžu na sebe závisieť, čo je charakterizované asociačnými koeficientmi.
Genetické vzdialenosti. Rôzne populácie sa navzájom líšia vo frekvenciách alel. Na kvantifikáciu týchto rozdielov boli navrhnuté metriky nazývané genetické vzdialenosti.

Obyvateľstvo– elementárna evolučná štruktúra. V areáli akéhokoľvek druhu sú jedince rozmiestnené nerovnomerne. Oblasti hustej koncentrácie jedincov sa striedajú s priestormi, kde ich je málo alebo nie sú žiadne. V dôsledku toho vznikajú viac-menej izolované populácie, v ktorých systematicky dochádza k náhodnému voľnému kríženiu (panmixia). Kríženie s inými populáciami sa vyskytuje veľmi zriedkavo a nepravidelne. Vďaka panmixii sa v každej populácii vytvára charakteristický genofond, odlišný od ostatných populácií. Je to populácia, ktorá by mala byť uznaná ako elementárna jednotka evolučného procesu

Úloha populácií je veľká, pretože sa v nej vyskytujú takmer všetky mutácie. Tieto mutácie sú primárne spojené s izolovanými populáciami a genofondmi, ktoré sa líšia v dôsledku ich vzájomnej izolácie. Materiálom pre evolúciu je mutačná variabilita, ktorá začína v populácii a končí vytvorením druhu.

GENETICKÝ KÓD, spôsob zaznamenávania dedičnej informácie v molekulách nukleových kyselín vo forme sekvencie nukleotidov tvoriacich tieto kyseliny. Určitá sekvencia nukleotidov v DNA a RNA zodpovedá určitej sekvencii aminokyselín v polypeptidových reťazcoch proteínov. Je zvykom písať kód pomocou veľkých písmen ruštiny resp latinská abeceda. Každý nukleotid je označený písmenom, ktorým začína názov dusíkatej bázy obsiahnutej v jeho molekule: A (A) - adenín, G (G) - guanín, C (C) - cytozín, T (T) - tymín; v RNA je namiesto tymínu uracil U (U). Každý z nich je kódovaný kombináciou troch nukleotidov – tripletu alebo kodónu. Stručne povedané, cesta prenosu genetickej informácie je zhrnutá v tzv. Centrálna dogma molekulárnej biológie: DNA ` RNA f proteín.

V špeciálnych prípadoch sa informácie môžu preniesť z RNA do DNA, ale nikdy nie z proteínov do génov.

Implementácia genetickej informácie sa uskutočňuje v dvoch etapách. V bunkovom jadre, informačnom alebo matrixe sa RNA (transkripcia) syntetizuje na DNA. V tomto prípade je nukleotidová sekvencia DNA „prepísaná“ (prekódovaná) do nukleotidovej sekvencie mRNA. Potom mRNA prejde do cytoplazmy, naviaže sa na ribozóm a na ňom, ako na matrici, sa syntetizuje polypeptidový reťazec proteínu (translácia). Aminokyseliny sa pridávajú do reťazca vo výstavbe pomocou transferovej RNA v sekvencii určenej poradím nukleotidov v mRNA.

Zo štyroch „písmen“ môžete vytvoriť 64 rôznych trojpísmenových „slov“ (kodónov). Zo 64 kodónov 61 kóduje špecifické aminokyseliny a tri sú zodpovedné za dokončenie syntézy polypeptidového reťazca. Keďže na 20 aminokyselín, ktoré tvoria proteíny, pripadá 61 kodónov, niektoré aminokyseliny sú kódované viac ako jedným kodónom (tzv. degenerácia kódu). Táto redundancia zvyšuje spoľahlivosť kódu a celého mechanizmu biosyntézy bielkovín. Ďalšou vlastnosťou kódu je jeho špecifickosť (jednoznačnosť): jeden kodón kóduje iba jednu aminokyselinu.

Kód sa navyše neprekrýva – informácie sa čítajú v jednom smere postupne, triplet po triplete. Najúžasnejšou vlastnosťou kódu je jeho univerzálnosť: je rovnaký u všetkých živých bytostí – od baktérií až po ľudí (s výnimkou genetického kódu mitochondrií). Vedci to považujú za potvrdenie konceptu, že všetky organizmy pochádzajú od jedného spoločného predka.

Dešifrovanie genetického kódu, t. j. určenie „významu“ každého kodónu a pravidiel, podľa ktorých sa informácie čítajú, sa uskutočnilo v rokoch 1961–1965. a je považovaný za jeden z najvýraznejších úspechov molekulárnej biológie.

Sériu článkov popisujúcich vznik Občianskeho zákonníka možno poňať ako vyšetrovanie udalostí, o ktorých máme ešte veľa stôp. Pochopenie týchto článkov si však vyžaduje určité úsilie na pochopenie molekulárnych mechanizmov syntézy proteínov. Tento článok je úvodným pre sériu autopublikácií venovaných pôvodu genetického kódu a je tým najlepším miestom, kde sa s touto témou začať zoznamovať.
Zvyčajne genetický kód(GC) je definovaná ako metóda (pravidlo) na kódovanie proteínu na primárnej štruktúre DNA alebo RNA. V literatúre sa najčastejšie píše, že ide o jedinečnú zhodu sekvencie troch nukleotidov v géne s jednou aminokyselinou v syntetizovanom proteíne alebo koncovom bode syntézy proteínov. V tejto definícii sú však dve chyby. Ide o 20 takzvaných kanonických aminokyselín, ktoré sú súčasťou bielkovín všetkých živých organizmov bez výnimky. Tieto aminokyseliny sú proteínové monoméry. Chyby sú nasledovné:

1) Kanonických aminokyselín nie je 20, ale len 19. Aminokyselinou môžeme nazvať látku, ktorá súčasne obsahuje aminoskupinu -NH 2 a karboxylovú skupinu - COOH. Faktom je, že proteínový monomér - prolín - nie je aminokyselina, pretože obsahuje iminoskupinu namiesto aminoskupiny, preto je správnejšie nazývať prolín iminokyselinou. V budúcnosti však vo všetkých článkoch venovaných HA pre pohodlie napíšem asi 20 aminokyselín, čo znamená špecifikovanú nuanciu. Štruktúry aminokyselín sú znázornené na obr. 1.

Ryža. 1. Štruktúry kanonických aminokyselín. Aminokyseliny majú konštantné časti, označené na obrázku čiernou farbou, a variabilné časti (alebo radikály) označené červenou farbou.

2) Zhoda aminokyselín s kodónmi nie je vždy jednoznačná. Porušenie prípadov jednoznačnosti pozri nižšie.

Vznik GC znamená vznik kódovanej syntézy proteínov. Táto udalosť je jednou z kľúčových udalostí pre evolučné formovanie prvých živých organizmov.

Štruktúra HA je znázornená v kruhovej forme na obr. 2.

Ryža. 2. Genetický kód v kruhovom tvare. Vnútorný kruh je prvé písmeno kodónu, druhé kruh - druhé písmeno kodónu, tretí kruh - tretie písmeno kodónu, štvrtý kruh - označenie aminokyselín v trojpísmenovej skratke; P - polárne aminokyseliny, NP - nepolárne aminokyseliny. Pre prehľadnosť symetrie je dôležité zvolené poradie symbolov U - C - A - G .

Začnime teda popisovať hlavné vlastnosti HA.

1. Trojnásobnosť. Každá aminokyselina je kódovaná sekvenciou troch nukleotidov.

2. Prítomnosť intergénových interpunkčných znamienok. Medzigénne interpunkčné znamienka zahŕňajú sekvencie nukleových kyselín, v ktorých translácia začína alebo končí.

Preklad nemôže začať od žiadneho kodónu, ale iba od presne definovaného - počnúc. Štartovací kodón obsahuje triplet AUG, od ktorého začína translácia. V tomto prípade tento triplet kóduje buď metionín, alebo inú aminokyselinu – formylmetionín (u prokaryotov), ktorú možno zaradiť len na začiatku syntézy bielkovín. Na konci každého génu kódujúceho polypeptid je aspoň jeden z 3 stop kodóny, alebo brzdové svetlá: UAA, UAG, UGA. Ukončujú transláciu (tzv. syntézu proteínov na ribozóme).

3. Kompaktnosť alebo absencia intragénnych interpunkčných znamienok. V géne je každý nukleotid súčasťou významného kodónu.

4. Neprekrývajúce sa. Kodóny sa navzájom neprekrývajú; každý má svoj vlastný usporiadaný súbor nukleotidov, ktorý sa neprekrýva s podobnými súbormi susedných kodónov.

5. Degenerácia. Opačná zhoda v smere aminokyseliny ku kodónu je nejednoznačná. Táto vlastnosť sa nazýva degenerácia. séria je súbor kodónov, ktoré kódujú jednu aminokyselinu, inými slovami, je to skupina ekvivalentné kodóny. Predstavme si kodón ako XYZ. Ak XY špecifikuje „zmysel“ (t. j. aminokyselinu), potom sa nazýva kodón silný. Ak je na určenie významu kodónu potrebné určité Z, potom sa takýto kodón nazýva slabý.

Degenerácia kódu úzko súvisí s nejednoznačnosťou párovania kodón-antikodón (antikodón znamená sekvenciu troch nukleotidov na tRNA, ktorá sa môže komplementárne párovať s kodónom na messenger RNA (podrobnejšie o tom pozri dva články: Molekulárne mechanizmy na zabezpečenie degenerácie kódu A Lagerquistovo pravidlo. Fyzikálno-chemické zdôvodnenie Rumerových symetrií a vzťahov). Jeden antikodón na tRNA dokáže rozpoznať jeden až tri kodóny na mRNA.

6.Jednoznačnosť. Každý triplet kóduje iba jednu aminokyselinu alebo je terminátorom translácie.

Sú známe tri výnimky.

Po prvé. U prokaryotov v prvej pozícii (veľké písmeno) kóduje formylmetionín a v ktorejkoľvek inej polohe metionín Na začiatku génu je formylmetionín kódovaný ako obvyklým metionínovým kodónom AUG, tak aj valínovým kodónom GUG alebo leucínovým UUG. , ktoré v rámci génu kódujú valín a leucín.

V mnohých proteínoch sa formylmetionín odštiepi alebo sa odstráni formylová skupina, čo vedie k premene formylmetionínu na bežný metionín.

Po druhé. V roku 1986 niekoľko skupín výskumníkov zistilo, že stop kodón UGA na mRNA môže kódovať selenocysteín (pozri obr. 3), za predpokladu, že za ním nasleduje špeciálna nukleotidová sekvencia.

Ryža. 3. Štruktúra 21. aminokyseliny – selenocysteínu.

U E. coli(toto je latinský názov pre Escherichia coli) selenocysteyl-tRNA počas translácie rozpoznáva kodón UGA v mRNA, ale len v určitom kontexte: aby bol kodón UGA rozpoznaný ako zmysluplný, sekvencia s dĺžkou 45 nukleotidov umiestnená za UGA kodón je dôležitý.

Uvažovaný príklad ukazuje, že v prípade potreby môže živý organizmus zmeniť význam štandardného genetického kódu. V tomto prípade je genetická informácia obsiahnutá v génoch zakódovaná zložitejším spôsobom. Význam kodónu je určený v kontexte špecifickej rozšírenej nukleotidovej sekvencie a za účasti niekoľkých vysoko špecifických proteínových faktorov. Je dôležité, že selenocysteín tRNA bol nájdený u predstaviteľov všetkých troch vetiev života (archaea, eubaktérie a eukaryoty), čo naznačuje staroveký pôvod syntézy selenocysteínu a jeho možnú prítomnosť u posledného univerzálneho spoločného predka (ktorý bude bude diskutované v iných článkoch). Selenocysteín sa s najväčšou pravdepodobnosťou nachádza vo všetkých živých organizmoch bez výnimky. Ale v akomkoľvek organizme sa selenocysteín nenachádza vo viac ako desiatkach proteínov. Je súčasťou aktívnych centier enzýmov, v mnohých homológoch, ktorých bežný cysteín môže fungovať v podobnej polohe.

Až donedávna sa verilo, že kodón UGA možno čítať buď ako selenocysteín, alebo terminál, ale nedávno sa ukázalo, že u nálevníkov Euplotes Kodón UGA kóduje buď cysteín alebo selenocysteín. Cm." Genetický kód umožňuje nezrovnalosti"

Tretia výnimka. Niektoré prokaryoty (5 druhov archaea a jedna eubaktéria – informácie na Wikipédii sú veľmi zastarané) obsahujú špeciálnu kyselinu – pyrolyzín (obr. 4). Je kódovaný tripletom UAG, ktorý v kanonickom kóde slúži ako terminátor prekladu. Predpokladá sa, že v tomto prípade, podobne ako v prípade kódovania selenocysteínu, sa čítanie UAG ako pyrolyzínového kodónu vyskytuje v dôsledku špeciálnej štruktúry na mRNA. Pyrrolyzínová tRNA obsahuje antikodón CTA a je aminoacylovaná ARSázami triedy 2 (klasifikácia ARSáz nájdete v článku „Kodázy pomáhajú pochopiť, ako genetický kód ").

UAG sa zriedka používa ako stop kodón a keď sa použije, často za ním nasleduje ďalší stop kodón.

Ryža. 4. Štruktúra 22. aminokyseliny pyrolyzínu.

7. Všestrannosť. Po dokončení dešifrovania Občianskeho zákonníka v polovici 60. rokov minulého storočia sa dlho verilo, že kód je vo všetkých organizmoch rovnaký, čo poukazuje na jednotu pôvodu všetkého života na Zemi.

Skúsme pochopiť, prečo je Občiansky zákonník univerzálny. Faktom je, že ak by sa v tele zmenilo aspoň jedno kódovacie pravidlo, viedlo by to k zmene štruktúry významnej časti bielkovín. Takáto zmena by bola príliš drastická a preto takmer vždy smrteľná, pretože zmena významu len jedného kodónu môže ovplyvniť v priemere 1/64 všetkých aminokyselinových sekvencií.

To vedie k jednej veľmi dôležitej myšlienke: GC sa od svojho vzniku pred viac ako 3,5 miliardami rokov takmer nezmenila. To znamená, že jeho štruktúra nesie stopu svojho pôvodu a analýza tejto štruktúry môže pomôcť pochopiť, ako presne mohla GC vzniknúť.

V skutočnosti sa HA môže trochu líšiť v baktériách, mitochondriách, jadrovom kóde niektorých nálevníkov a kvasinkách. V súčasnosti existuje minimálne 17 genetických kódov, ktoré sa líšia od kanonického o 1-5 kodónov Celkovo sa vo všetkých známych variantoch odchýlok od univerzálneho GK používa 18 rôznych zámen významu kodónu. Najviac odchýlok od štandardného kódu je známych pre mitochondrie - 10. Je pozoruhodné, že mitochondrie stavovcov, plochých červov a ostnatokožcov sú kódované rôznymi kódmi, zatiaľ čo plesňové huby, prvoky a coelenteráty sú kódované jedným kódom.

Evolučná blízkosť druhov vôbec nezaručuje, že majú podobné GC. Genetické kódy sa môžu líšiť aj medzi rôznymi druhmi mykoplazmy (niektoré druhy majú kanonický kód, zatiaľ čo iné sa líšia). Podobná situácia je pozorovaná pre kvasinky.

Je dôležité poznamenať, že mitochondrie sú potomkami symbiotických organizmov, ktoré sa prispôsobili životu vo vnútri buniek. Majú značne zredukovaný genóm, niektoré gény sa presunuli do bunkového jadra. Preto zmeny HA u nich už nie sú také dramatické.

Výnimky objavené neskôr sú mimoriadne zaujímavé z evolučného hľadiska, pretože môžu pomôcť objasniť mechanizmy vývoja kódu.

Tabuľka 1.

Mitochondriálne kódy v rôznych organizmoch.

Codon	Univerzálny kód	Mitochondriálne kódy
Codon	Univerzálny kód	Stavovce	Bezstavovce	Kvasnice	Rastliny
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

Tri mechanizmy na zmenu aminokyseliny kódovanej kódom.

Prvým je, keď určitý kodón niektorý organizmus nevyužíva (alebo takmer nepoužíva) z dôvodu nerovnomerného výskytu niektorých nukleotidov (GC zloženie), prípadne kombinácií nukleotidov. Výsledkom je, že takýto kodón môže úplne vymiznúť z používania (napríklad v dôsledku straty zodpovedajúcej tRNA) a môže byť neskôr použitý na kódovanie inej aminokyseliny bez toho, aby došlo k významnému poškodeniu tela. Tento mechanizmus môže byť zodpovedný za vznik niektorých kódových dialektov v mitochondriách.

Druhým je transformácia stop kodónu na zmysel pre vajíčka. V tomto prípade môžu mať niektoré z preložených proteínov prídavky. Situáciu však čiastočne zachraňuje fakt, že mnohé gény často končia nie jedným, ale dvoma stop kodónmi, keďže sú možné chyby prekladu, pri ktorých sa stop kodóny čítajú ako aminokyseliny.

Tretím je možné nejednoznačné čítanie určitých kodónov, ako je to v prípade niektorých húb.

8 . Konektivita. Nazývajú sa skupiny ekvivalentných kodónov (to znamená kodónov, ktoré kódujú rovnakú aminokyselinu). v sérii. GC obsahuje 21 sérií vrátane stop kodónov. V nasledujúcom texte bude pre istotu označovaná akákoľvek skupina kodónov spojka, ak z každého kodónu tejto skupiny môžete prejsť na všetky ostatné kodóny tej istej skupiny postupnými nukleotidovými substitúciami. Z 21 sérií je 18 spojených 2 série, každá obsahuje jeden kodón a len 1 séria pre aminokyselinu serín nie je spojená a rozpadá sa na dve spojené podsérie.

Ryža. 5. Grafy konektivity pre niektoré série kódov. a - spojená séria valínu; b - spojené série leucínu; Séria serínov je nekoherentná a delí sa na dve spojené podsérie. Obrázok je prevzatý z článku V.A. Ratner" Genetický kód ako systém."

Vlastnosť konektivity možno vysvetliť skutočnosťou, že počas obdobia formovania GC zachytil nové kodóny, ktoré sa minimálne líšili od tých, ktoré už boli použité.

9. Pravidelnosť vlastnosti aminokyselín na základe koreňov tripletov. Všetky aminokyseliny kódované tripletmi koreňa U sú nepolárne, nemajú žiadne extrémne vlastnosti a veľkosti a majú alifatické radikály. Všetky triplety s koreňom C majú silné zásady a aminokyseliny, ktoré kódujú, majú relatívne malú veľkosť. Všetky triplety s koreňom A majú slabé bázy a kódujú polárne aminokyseliny nie malej veľkosti. Kodóny s koreňom G sa vyznačujú extrémnymi a anomálnymi variantmi aminokyselín a sérií. Kódujú najmenšiu aminokyselinu (glycín), najdlhšiu a plochú (tryptofán), najdlhšiu a najdrsnejšiu (arginín), najreaktívnejšiu (cysteín) a tvoria anomálnu podsériu serínu.

10. Blokovosť. Všeobecný občiansky zákonník je „blokový“ kódex. To znamená, že aminokyseliny s podobnými fyzikálno-chemickými vlastnosťami sú kódované kodónmi, ktoré sa navzájom líšia jednou bázou. Blokový charakter kódu je jasne viditeľný na nasledujúcom obrázku.

Ryža. 6. Bloková štruktúra Občianskeho zákonníka. Aminokyseliny s alkylovou skupinou sú označené bielou farbou.

Ryža. 7. Farebné znázornenie fyzikálno-chemických vlastností aminokyselín na základe hodnôt opísaných v kniheStyers "Biochémia". Na ľavej strane je hydrofóbnosť. Vpravo je schopnosť vytvárať v bielkovine alfa helix. Červená, žltá a modrá farba označujú aminokyseliny s vysokou, strednou a nízkou hydrofóbnosťou (vľavo) alebo zodpovedajúcim stupňom schopnosti vytvárať alfa helix (vpravo).

Vlastnosť blokovosti a pravidelnosti možno vysvetliť aj tým, že v období formovania GC zachytil nové kodóny, ktoré sa minimálne líšili od už používaných.

Kodóny s rovnakými prvými bázami (prefixy kodónov) kódujú aminokyseliny s podobnými biosyntetickými dráhami. Kodóny aminokyselín patriacich do šikimátových, pyruvátových, aspartátových a glutamátových rodín majú U, G, A a C ako predpony. O cestách starovekej biosyntézy aminokyselín a jej spojení s vlastnosťami moderného kódu pozri „Staroveký dublet genetický kód bola predurčená cestami syntézy aminokyselín." Na základe týchto údajov niektorí výskumníci dospeli k záveru, že na tvorbu kódu mali veľký vplyv biosyntetické vzťahy medzi aminokyselinami. Podobnosť biosyntetických dráh však vôbec neznamená podobnosť fyzikálno-chemických vlastností.

11. Imunita proti hluku. V najvšeobecnejšej forme šumová imunita HA znamená, že pri náhodných bodových mutáciách a chybách translácie sa fyzikálno-chemické vlastnosti aminokyselín veľmi nemenia.

Náhrada jedného nukleotidu v triplete vo väčšine prípadov buď nevedie k zmene v kódovanej aminokyseline, alebo vedie k zmene na aminokyselinu s rovnakou polaritou.

Jedným z mechanizmov, ktorý zabezpečuje odolnosť GC proti hluku, je jeho degenerácia. Priemerná degenerácia sa rovná počtu kódovaných signálov/celkovému počtu kodónov, kde kódované signály zahŕňajú 20 aminokyselín a znak ukončenia translácie. Priemerná degenerácia pre všetky aminokyseliny a znak ukončenia sú tri kodóny na kódovaný signál.

Na kvantifikáciu odolnosti voči šumu uvádzame dva pojmy. Nukleotidové substitučné mutácie, ktoré nevedú k zmene triedy kódovanej aminokyseliny, sa nazývajú konzervatívny. Mutácie nukleotidových substitúcií vedúce k zmene triedy kódovanej aminokyseliny sa nazývajú radikálne .

Každý triplet umožňuje 9 jednotlivých substitúcií. Celkovo existuje 61 tripletov kódujúcich aminokyseliny. Preto je počet možných nukleotidových substitúcií pre všetky kodóny

61 x 9 = 549. Z toho:

Výsledkom 23 nukleotidových substitúcií sú stop kodóny.

134 substitúcií nemení kódovanú aminokyselinu.
230 substitúcií nemení triedu kódovanej aminokyseliny.
162 substitúcií vedie k zmene triedy aminokyselín, t.j. sú radikálne.
Zo 183 substitúcií 3. nukleotidu vedie 7 k objaveniu sa terminátorov translácie a 176 je konzervatívnych.
Zo 183 substitúcií 1. nukleotidu vedie 9 k objaveniu sa terminátorov, 114 je konzervatívnych a 60 je radikálnych.
Zo 183 substitúcií 2. nukleotidu vedie 7 k výskytu terminátorov, 74 je konzervatívnych, 102 je radikálnych.

Na základe týchto výpočtov získame kvantitatívne hodnotenie odolnosti kódu voči šumu ako pomer počtu konzervatívnych náhrad k počtu radikálnych náhrad. Rovná sa 364/162 = 2,25

Pri realistickom posúdení podielu degenerácie na hlukovej imunite je potrebné brať do úvahy frekvenciu výskytu aminokyselín v bielkovinách, ktorá sa u rôznych druhov líši.

Aký je dôvod odolnosti kódu proti šumu? Väčšina výskumníkov verí, že táto vlastnosť je dôsledkom výberu alternatívnych GC.

Stephen Freeland a Lawrence Hurst vygenerovali náhodné takéto kódy a zistili, že iba jeden zo sto alternatívnych kódov nebol o nič menej odolný voči hluku ako univerzálny kód.
Ešte zaujímavejšia skutočnosť sa objavila, keď títo výskumníci zaviedli ďalšie obmedzenie na zohľadnenie skutočných trendov vo vzorcoch mutácií DNA a chybách prekladu. Za takýchto podmienok sa LEN JEDEN KÓD Z MILIONU MOŽNÝCH ukázal byť lepším ako kanonický kód.
Túto bezprecedentnú vitalitu genetického kódu možno najľahšie vysvetliť tým, že vznikol ako výsledok prirodzeného výberu. Možno bolo kedysi v biologickom svete veľa kódov, z ktorých každý mal svoju vlastnú citlivosť na chyby. Organizmus, ktorý sa s nimi lepšie vyrovnal, mal väčšiu šancu na prežitie a kanonický kódex jednoducho vyhral boj o existenciu. Tento predpoklad sa zdá byť celkom realistický – napokon vieme, že alternatívne kódy skutočne existujú. Viac informácií o odolnosti voči šumu nájdete v Kódovanej evolúcii (S. Freeland, L. Hirst „Coded evolution“. // Vo svete vedy. - 2004, č. 7).

Na záver navrhujem spočítať počet možných genetických kódov, ktoré možno vygenerovať pre 20 kanonických aminokyselín. Z nejakého dôvodu som sa s týmto číslom nikde nestretol. Potrebujeme teda, aby vygenerované GC obsahovali 20 aminokyselín a stop signál, kódovaný MINIMÁLNE JEDEN KODÓN.

Poďme v duchu očíslovať kodóny v určitom poradí. Budeme zdôvodňovať nasledovne. Ak máme presne 21 kodónov, potom každá aminokyselina a stop signál obsadí presne jeden kodón. V tomto prípade bude 21 možných GC!

Ak existuje 22 kodónov, objaví sa ďalší kodón, ktorý môže mať jeden z 21 zmyslov a tento kodón sa môže nachádzať na ktoromkoľvek z 22 miest, zatiaľ čo zvyšné kodóny majú presne jeden odlišný zmysel, ako v prípade 21. kodóny. Potom dostaneme počet kombinácií 21!x(21x22).

Ak existuje 23 kodónov, potom, uvažujúc podobne, dostaneme, že 21 kodónov má každý presne jeden odlišný význam (21! možností) a dva kodóny majú každý 21 rôznych významov (21 2 významy s PEVNOU pozíciou týchto kodónov). Počet rôznych pozícií pre tieto dva kodóny bude 23x22. Celkový počet variantov GC pre 23 kodónov je 21!x21 2x23x22

Ak je kodónov 24, potom počet GC bude 21!x21 3 x24x23x22,...

....................................................................................................................

Ak existuje 64 kodónov, potom počet možných GC bude 21!x21 43 x64!/21! = 21 43 x 64! ~ 9,1 x 10 145