Genetisches Kolloquium

1. Vererbung und Variabilität sind die grundlegenden Eigenschaften von Lebewesen. Nukleare (chromosomale) und zytoplasmatische Vererbung. Organisationsebenen des genetischen Materials: Gen, chromosomal, genomisch.

Die Kontinuität der Existenz und die historische Entwicklung der belebten Natur sind auf zwei grundlegende Eigenschaften des Lebens zurückzuführen: Vererbung und Variabilität.

Vererbung - die Eigenschaft von Organismen, ihre Eigenschaften und Merkmale ihrer Entwicklung an die nächste Generation weiterzugeben, d.h. reproduzieren ihre eigene Art. . Auf der Populations-Arten-Ebene der Lebensorganisation manifestiert sich die Vererbung in der Aufrechterhaltung eines konstanten Verhältnisses verschiedener genetischer Formen in einer Reihe von Generationen von Organismen einer bestimmten Population (Art). Auf biozönischer Ebene wird der Fortbestand der Biozönose durch die Erhaltung bestimmter Verhältnisse der diese Biozönose bildenden Arten von Organismen sichergestellt.

Nukleare (Chromosomen-) Theorie der Vererbung- die Theorie, nach der die im Zellkern eingeschlossenen Chromosomen Träger von Genen sind und die materielle Grundlage der Vererbung darstellen, dh die Kontinuität der Eigenschaften von Organismen in mehreren Generationen wird durch die Kontinuität ihrer Chromosomen bestimmt . Die Chromosomentheorie der Vererbung entstand im frühen 20. Jahrhundert. basiert auf der Zelltheorie und wurde verwendet, um die erblichen Eigenschaften von Organismen der hybridologischen Analyse zu untersuchen.

Vererbung zytoplasmatisch (extranukleär, nicht chromosomal, plasmatisch) - Kontinuität materieller Strukturen und funktioneller Eigenschaften des Organismus, die von im Zytoplasma lokalisierten Faktoren bestimmt und übertragen werden

Variabilität - die Fähigkeit von Organismen, ihre Merkmale und Eigenschaften zu verändern, die sich in der Vielfalt der Individuen innerhalb einer Art manifestiert. Variabilität ist erblich (unbestimmt, individuell, mutationsbedingt) und nicht erblich (bestimmt, Gruppe, Modifikation).Erbliche Variabilität ist mit einer Veränderung des Genotyps verbunden, nicht erblich - mit einer Veränderung des Phänotyps unter dem Einfluss von Umweltbedingungen.

2. Genetische Organisationsebene des Erbguts. Eigenschaften eines Gens als funktionelle Einheit der Vererbung und Variabilität: Spezifität, Diskretion, Stabilität, Pleiotropie, Wirkdosierung, Allelismus, Mutationsfähigkeit.

Bei der Untersuchung der Eigenschaften des genetischen Codes wurde seine Spezifität entdeckt. Jedes Triplett kann nur für eine bestimmte Aminosäure kodieren. Eine interessante Tatsache ist die vollständige Übereinstimmung des Codes in verschiedenen Arten lebender Organismen.

Unkorrigierte Veränderungen in der chemischen Struktur von Genen, die in aufeinanderfolgenden Replikationszyklen reproduziert werden und sich in Nachkommen in Form neuer Merkmalsvarianten manifestieren, werden als Genmutationen bezeichnet.

Ein Gen bestimmt die Möglichkeit, eine separate Eigenschaft zu entwickeln, die einer bestimmten Zelle oder einem bestimmten Organismus innewohnt, und zeichnet sich durch eine diskrete Aktion aus.

dieselbe Nukleotidsequenz kann die Synthese nicht eines, sondern mehrerer Polypeptide bestimmen. Dies wird beim alternativen Spleißen in Eukaryoten und bei überlappenden Genen in Phagen und Prokaryoten beobachtet. Offensichtlich sollte eine solche Fähigkeit als multiple oder pleiotrope Wirkung eines Gens bewertet werden (obwohl traditionell unter pleiotroper Wirkung eines Gens die Teilnahme seines Produkts, eines Polypeptids, an verschiedenen biochemischen Prozessen im Zusammenhang mit der Bildung verstanden wird verschiedener komplexer Merkmale). das Gen ist durch die Wirkungsdosis gekennzeichnet, d.h. quantitative Abhängigkeit des Ergebnisses seiner Expression von der Dosis des entsprechenden Allels dieses Gens.

3. Chromosomale Organisationsebene Erbmaterial. Chromosom, sie chemische Zusammensetzung und Aufbauorganisation. Morphologie der Chromosomen, morphologische Arten Chromosomen.

Gemäß der chromosomalen Vererbungstheorie bildet eine Reihe von Genen, die ein Chromosom bilden, eine Verbindungsgruppe. Jedes Chromosom ist einzigartig in dem Satz von Genen, den es enthält. Die Zahl der Verknüpfungsgruppen im Erbgut von Organismen einer bestimmten Art wird somit durch die Zahl der Chromosomen im haploiden Satz ihrer Keimzellen bestimmt. Während der Befruchtung wird ein diploider Satz gebildet, in dem jede Verbindungsgruppe durch zwei Varianten repräsentiert wird - väterliche und mütterliche Chromosomen, die die ursprünglichen Allelsätze des entsprechenden Genkomplexes tragen. X bestehen hauptsächlich aus DNA und Proteinen, die einen Nukleoprotein-Komplex-Chromatin bilden.

Die häufigste Sichtweise ist, dass Chromatin (Chromosom) ein spiralförmiger Faden ist. In diesem Fall werden mehrere Ebenen der Spiralisierung (Verdichtung) von Chromatin unterschieden: DNA, Nukleosomen. Filament, elementare Chromatinfibrille, Interphasechromonema, Metaphasechromotid.

Sie bestehen in der ersten Hälfte der Mitose aus zwei Chromatiden, die im Bereich der Primärverengung (Zentromer oder Kinetochor) miteinander verbunden sind. In der zweiten Hälfte der Mitose trennen sich die Chromatiden voneinander. Aus ihnen werden einzelsträngige Tochterchromosomen gebildet, die auf Tochterzellen verteilt werden. Chromosomenformen: I - telozentrisch, II - akrozentrisch, III-submetazentrisch, IV-metazentrisch;

4. Genomischer Organisationsgrad des Erbguts. Genom und Karyotyp als Artmerkmale.

Genomische Organisationsebene Das Genom ist die Gesamtheit des Erbmaterials, das im haploiden Chromosomensatz von Zellen einer bestimmten Art von Organismus enthalten ist. Das Genom ist artspezifisch, da es den notwendigen Satz von Genen darstellt, der die Bildung von Artmerkmalen von Organismen während ihrer normalen Ontogenese sicherstellt. Karyotyp - ein diploider Chromosomensatz, der für die somatischen Zellen von Organismen einer bestimmten Art charakteristisch ist, der ein artspezifisches Merkmal ist und durch eine bestimmte Anzahl, Struktur und genetische Zusammensetzung von Chromosomen gekennzeichnet ist

5. Genotyp – ein ausgewogenes System interagierender Gene. allelische und nicht-allelische Gene. Arten der Geninteraktion.

Interaktion allelischer Gene . Ständig auftretende verschiedene Veränderungen in der Struktur von Genen verursachen das Phänomen mehrfacher Allelismus(siehe Abschnitt 3.4.2.4), daher tragen Gameten, die während der Befruchtung interagieren, oft verschiedene Allele desselben Gens in ihrem Genom. In dieser Hinsicht ist der Genotyp des neuen Organismus für viele Loci heterozygot, d. h. seine allelischen Gene, die sich in den entsprechenden Regionen homologer Chromosomen befinden und von beiden Elternteilen stammen, werden durch unterschiedliche Allele repräsentiert - A und A", B und B", C und C" usw. Wenn die allelischen Gene durch dieselben Allele repräsentiert werden , also homozygot (AA oder A"A", BB oder B"B", CC oder C"C"), dann entwickelt sich die diesem Allel entsprechende Merkmalsvariante. Bei Heterozygotie (AA", BB ", CC"), hängt die Entwicklung dieses Merkmals (A, B oder C) von der Interaktion allelischer Gene ab.

Interaktion nicht-allelischer Gene . das Ergebnis der Wirkung nicht eines Paares allelischer Gene, sondern mehrerer nicht-allelischer Gene oder ihrer Produkte. Daher werden diese Zeichen als komplex bezeichnet. Die meisten quantitativen Eigenschaften von Organismen werden durch Polygene bestimmt, d.h. ein System von nicht allelischen Genen, die gleichermaßen die Bildung dieses Merkmals beeinflussen. Die Interaktion solcher Gene im Prozess der Merkmalsbildung wird als polymer bezeichnet. Es kommt meistens auf die Summierung der Wirkung ähnlicher Allele dieser Gene an, die die Bildung derselben Variante des Merkmals bestimmen. Die kombinierte Wirkung von Polygenen verursacht unterschiedliche Expressivität - den Grad der Expression des Merkmals, abhängig von der Dosis der entsprechenden Allele. Je nach Polymertyp der Wechselwirkung beim Menschen wird die Intensität der Hautfarbe in Abhängigkeit von der Ablagerungsmenge des Melaninpigments in den Zellen bestimmt

6. Interaktion allelischer Gene im Genotyp: Dominanz, unvollständige Dominanz, Kodominanz, interallelische Komplementierung, allelischer Ausschluss.

Herrschaft - dies ist eine solche Interaktion von allelischen Genen, bei der die Manifestation eines der Allele (A) nicht vom Vorhandensein eines anderen Allels (A ") im Genotyp abhängt und sich AA"-Heterozygoten dafür phänotypisch nicht von Homozygoten unterscheiden Allel (AA). Diese Situation wird beispielsweise beobachtet, wenn eines der Allele des A-Gens („wild“) in der Lage ist, die Bildung einer bestimmten Merkmalsvariante (Synthese eines Peptids mit bestimmten Eigenschaften) bereitzustellen, und das andere A „nicht haben diese Fähigkeit. Das Vorhandensein eines einzigen normalen Allels A im AA"-Genotyp führt zur Bildung eines normalen Zeichens. Dieses Allel wirkt in diesem heterozygoten Genotyp dominant. Das Vorhandensein eines anderen Allels (A") ist nicht phänotypisch manifestiert, daher wird es als rezessiv bezeichnet.

Unvollständige Dominanz wird beobachtet, wenn sich der Phänotyp der Heterozygoten BB" vom Phänotyp der Homozygoten für beide Allele (BB oder B" B ") durch eine intermediäre Manifestation des Merkmals unterscheidet. Dies liegt daran, dass das Allel in der Lage ist, ein normales zu bilden Merkmal, das bei BB-Homozygoten in einer doppelten Dosis vorhanden ist, stärker ausgeprägt ist als bei einer Einzeldosis bei heterozygoten BB". Diese Genotypen unterscheiden sich in der Expressivität, d.h. der Grad der Ausprägung des Symptoms. Ein Beweis für diese Art von Geninteraktion können zahlreiche Erbkrankheiten beim Menschen sein, die sich klinisch bei Heterozygoten für mutierte Allele manifestieren und bei Homozygoten mit dem Tod enden. Manchmal haben Heterozygoten einen fast normalen Phänotyp und Homozygoten sind durch eine reduzierte Lebensfähigkeit gekennzeichnet.

Kodominanz ist eine Art Interaktion allelischer Gene, bei der jedes der Allele seine Wirkung entfaltet. Als Ergebnis wird eine bestimmte Zwischenvariante des Merkmals gebildet, neu im Vergleich zu den Varianten, die von jedem Allel unabhängig bestimmt werden. Ein Beispiel ist die Bildung von IV- oder AB-Blutgruppen in einer Person, die heterozygot für die Allele IA und IB ist, die individuell die Bildung von II- und III-Blutgruppen bestimmen.

Interallelische Komplementierung . In diesem Fall ist es möglich, ein normales Merkmal D in einem Organismus zu bilden, der für zwei mutierte Allele des D(D"D")-Gens heterozygot ist.

Allel-Ausschluss Der Prozess der Bildung eines elementaren Merkmals - die Synthese eines Polypeptids mit einer bestimmten Aminosäuresequenz - hängt in der Regel von der Wechselwirkung von mindestens zwei allelischen Genen ab, und das Endergebnis wird durch eine bestimmte Kombination von ihnen bestimmt der Genotyp.

Die Bildung komplexer Merkmale impliziert die Notwendigkeit der Interaktion von nicht allelischen Genen, die unterschiedliche Positionen im Genom einer bestimmten Art einnehmen.

Hauptsächlich Einheit der genetischen Information Ein Gen ist ein DNA-Segment, das eine RNA- oder Polypeptidkette codiert. Proteine, die aus einer oder mehreren Polypeptidketten bestehen, können eine strukturelle oder regulatorische Rolle spielen, als Rezeptoren für andere Moleküle dienen, eine Transportfunktion ausüben, eine bestimmte Stoffwechselreaktion katalysieren (wenn das Protein ein Enzym ist) oder anderweitig am Leben eines beteiligt sein Zelle oder Organismus.

gemeinsames Merkmal Strukturen von pro- und eukaryotischen Genen - das Vorhandensein einer codierenden Region und regulatorischer Sequenzen, die sich entlang ihrer Flanken befinden. Die codierenden Regionen der meisten eukaryotischen Gene haben eine Exon-Intron-Struktur. Ausnahmen sind zum Beispiel Histon- und Interferon-Gene, die keine Introns haben. Exons - codierende Sequenzen - wechseln sich mit nicht codierenden Sequenzen ab - Introns. Die Größe und Anzahl der Exons und Introns sind für jede mRNA individuell.

In der Regel sind Nitrone viel größer als Exons. Früher wurde angenommen, dass Introns Varianten von nicht-codierender, „egoistischer“ DNA sind. Die Entdeckung des alternativen Spleißens, bei dem aufgrund verschiedener Kombinationen von Exons und Introns mehrere Varianten von K-mRNA von einem Gen transkribiert werden, hat jedoch unser Verständnis der Funktion von Introns verändert. Es stellte sich heraus, dass in einigen Fällen Introns als Exons und Exons als Introns fungieren können. Es wurde festgestellt, dass Introns Promotoren enthalten können – Stellen, an denen die Transkription beginnt. Unerwarteterweise stellte sich heraus, dass sich in einem der Introns des Faktor-VIII-Gens ein anderes befindet (Gene in Genen). Wenn also die Funktionen der „nicht codierenden“ DNA untersucht werden, stellt sich „ihr Egoismus“ oft als Einbildung heraus.

Exons oder Kombinationen davon können Aminosäuresequenzen codieren, die die strukturellen und funktionellen Domänen eines Proteins sind. Jedes eukaryotische Gen hat auf beiden Seiten der kodierenden Region die wichtigsten regulatorischen Sequenzen, die die Funktionen der Transkriptionsinitiierung und -termination erfüllen. Regulatorische Regionen, die das Transkriptionsniveau erhöhen und verringern (Expansoren und Silencer), können jedoch sowohl innerhalb des Gens als auch in beträchtlicher Entfernung davon lokalisiert sein.

Einige eukaryotische Gene in Clustern organisiert, aber ihnen fehlen gemeinsame regulatorische Regionen, wie in prokaryotischen Operons. Dazu gehören zum Beispiel die Gene für die a- und p-Ketten des Hämoglobins HLA. In vielen Fällen sind jedoch verwandte Gene lokalisiert verschiedene Chromosomen Beispielsweise befindet sich das LDHA-Laktatdehydrogenase-Gen auf Chromosom II und das LDH-B-Gen auf Chromosom 12.

Zusammen mit funktionelle Gene Eukaryoten haben Pseudogene, die im Allgemeinen aufgrund von Mutationen in ihren regulatorischen Regionen oder aufgrund von Änderungen in ihrer codierenden Region nicht transkribiert werden. In diesem Fall ist das Protein, falls es gebildet wird, defekt, nicht funktionsfähig. Eine der Varianten von Pseudogenen sind die sogenannten verarbeiteten Pseudogene, denen Introns fehlen. Letzterer Umstand unterstreicht noch einmal die Bedeutung von Introns für die Bildung von Prä-mRNA und die Synthese eines normal funktionierenden Proteins.

Mehrere Promoter haben in einem Gen verursacht alternative Transkription, d.h. Bildung verschiedener mRNA-Isoformen. So gibt es im Duchenne-Myodystrophie-Gen 8 Promotoren, von denen in verschiedenen Geweben (Herz- und Skelettmuskeln, embryonale Neuronen, Großhirnrinde, Retina) eine alternative Transkription stattfindet, was zur Bildung verschiedener Dystrophin-Isoformen in diesen Geweben führt.

Neben alternativer Transkription Es gibt auch ein alternatives Spleißen. Somit kodiert das Säuger-Calcitonin-Gen für zwei mRNA-Isoformen; eines ist für Schilddrüsen-Calcitonin verantwortlich und besteht aus den ersten vier von sechs Exons. Exon 4 fehlt in der zweiten mRNA, die ein Protein kodiert, das mit Gehirn-CGRP verwandt ist. 5" und 3" enden und die Mitte des Gens ist in gezeigt die Figur. Diese verschiedenen Formen von mRNA wurden in Muskeln, Gehirn und Fibroblasten gefunden.

Einführung

1. Genom, Genotyp, Karyotyp

2. Die Manifestation der Eigenschaften von Erbmaterial auf genomische Ebene, seine Organisation

3. Merkmale der Organisation des Erbguts von Pro- und Eukaryoten

4. Biologische Bedeutung der genomischen Organisationsebene des Erbguts

Abschluss

Verzeichnis der verwendeten Literatur

Einführung

Das menschliche Genom ist ein vollständiges genetisches System, das für den Ursprung, die Entwicklung, die Fortpflanzung und die Vererbung aller strukturellen und funktionellen Merkmale eines Organismus verantwortlich ist.

Die strukturelle und funktionelle Einheit des Genoms ist das Gen.

Die Gesamtzahl der menschlichen Gene oder ihres Genotyps erreicht 40.000 (bis zu 70.000 Gene werden angenommen).

Der stabile Zustand des Genotyps ist die Grundlage der genomischen Gesundheit. Diese Gesundheit basiert auf der normalen Organisation und Funktion aller Erbsubstanz. Es wird durch die Konstanz der inneren Umgebung des Körpers (Homöostase) und seine Unabhängigkeit von Schwankungen der äußeren Umgebung bereitgestellt.

Genomische Gesundheit ist folglich die Stabilität der Funktion des Genotyps und gleichzeitig die Stabilität der Homöostase einzelner Zellen und des gesamten Organismus bei lebensverträglichen Schwankungen der äußeren Umgebung.

Ziel der Arbeit ist es, die genomische Organisationsebene von Erbmaterial zu untersuchen.

1. Erweitern Sie die Konzepte: Genom, Genotyp, Karyotyp

2. Beschreiben Sie die Manifestation der Eigenschaften von Erbmaterial auf genomischer Ebene, seine Organisation

3. Betrachten Sie die Merkmale der Organisation des Erbguts von Pro- und Eukaryoten

4. Studieren biologische Bedeutung genomische Ebene der Organisation des Erbguts

Genom - die Gesamtheit aller Gene eines Organismus; seinen kompletten Chromosomensatz.

Der Begriff „Genom“ wurde 1920 von Hans Winkler vorgeschlagen, um die Gesamtheit der im haploiden Chromosomensatz von Organismen enthaltenen Gene zu beschreiben Spezies. Die ursprüngliche Bedeutung dieses Begriffs weist darauf hin, dass der Begriff des Genoms im Gegensatz zum Genotyp ein genetisches Merkmal der gesamten Art und nicht eines Individuums ist. Mit der Entwicklung der Molekulargenetik hat sich die Bedeutung dieses Begriffs geändert. Es ist bekannt, dass die DNA, die in den meisten Organismen Träger der Erbinformation ist und damit die Grundlage des Genoms bildet, nicht nur Gene enthält modernen Sinn dieses Wort. Der größte Teil der DNA eukaryotischer Zellen wird durch nichtkodierende („redundante“) Nukleotidsequenzen dargestellt, die keine Informationen über Proteine und RNA enthalten.

Genetische Informationen in Zellen sind nicht nur in den Chromosomen des Zellkerns enthalten, sondern auch in extrachromosomalen DNA-Molekülen. In Bakterien umfasst diese DNA Plasmide und einige milde Viren; in eukaryotischen Zellen ist es die DNA von Mitochondrien, Chloroplasten und anderen Zellorganellen. Die Menge an genetischer Information, die in Keimbahnzellen (den Vorläufern von Keimzellen und Gameten selbst) und somatischen Zellen enthalten ist, unterscheidet sich zum Teil erheblich. Während der Ontogenese können somatische Zellen einen Teil der genetischen Information von Keimbahnzellen verlieren, Gruppen von Sequenzen amplifizieren und (oder) die ursprünglichen Gene signifikant neu anordnen.

Unter dem Genom eines Organismus versteht man daher die Gesamt-DNA des haploiden Chromosomensatzes und jedes der extrachromosomalen genetischen Elemente, die in einer einzelnen Zelle der Keimbahn enthalten sind mehrzelliger Organismus. Bei der Bestimmung des Genoms einer separaten biologischen Art müssen zunächst genetische Unterschiede berücksichtigt werden, die mit dem Geschlecht des Organismus zusammenhängen, da männliche und weibliche Geschlechtschromosomen unterschiedlich sind. Zweitens können wir aufgrund der großen Anzahl allelischer Varianten von Genen und begleitenden Sequenzen, die im Genpool großer Populationen vorhanden sind, nur von einem bestimmten Durchschnittsgenom sprechen, das selbst erhebliche Unterschiede zu den Genomen einzelner Individuen aufweisen kann. Die Größen der Genome von Organismen verschiedener Arten unterscheiden sich erheblich voneinander, und gleichzeitig besteht oft keine Korrelation zwischen dem Grad der evolutionären Komplexität einer biologischen Art und der Größe ihres Genoms.

Genotyp – ein Satz von Genen eines bestimmten Organismus, der im Gegensatz zu den Konzepten von Genom und Genpool ein Individuum und keine Art charakterisiert (ein weiterer Unterschied zwischen einem Genotyp und einem Genom ist die Aufnahme von nicht kodierenden Sequenzen, die nicht enthalten sind im Begriff „Genotyp“ im Begriff „Genom“). Zusammen mit Umweltfaktoren bestimmt es den Phänotyp des Organismus.

Üblicherweise wird vom Genotyp im Zusammenhang mit einem bestimmten Gen gesprochen, bei polyploiden Individuen bezeichnet er eine Kombination von Allelen eines bestimmten Gens (siehe homozygot, heterozygot). Die meisten Gene kommen im Phänotyp eines Organismus vor, aber der Phänotyp und der Genotyp unterscheiden sich auf folgende Weise:

1. Je nach Informationsquelle (der Genotyp wird durch Untersuchung der DNA eines Individuums bestimmt, der Phänotyp wird durch Beobachtung aufgezeichnet Aussehen Organismus).

2. Der Genotyp entspricht nicht immer dem gleichen Phänotyp. Manche Gene kommen im Phänotyp nur in vor bestimmte Bedingungen. Andererseits sind manche Phänotypen, wie etwa die Fellfarbe von Tieren, das Ergebnis des Zusammenspiels mehrerer Gene.

Ein Beispiel für den Unterschied zwischen Genotyp und Phänotyp ist die Vererbung von Hämophilie. Manchmal wird in einer Familie, in der beide Elternteile gesund sind, ein krankes Kind geboren. Das heißt, obwohl sich die Krankheit nicht im Phänotyp der Eltern manifestierte, enthielt ihr Genotyp ein normales Allel und ein mutiertes Allel des Gens, dh sie waren Träger der Krankheit. In diesem Fall ist der Phänotyp von gesunden Menschen und Trägern der Krankheit gleich.

Karyotyp - eine Reihe von Merkmalen (Anzahl, Größe, Form usw.) eines vollständigen Satzes von Chromosomen, die den Zellen einer bestimmten biologischen Art (spezifischer Karyotyp), eines bestimmten Organismus (individueller Karyotyp) oder einer Linie (Klon) eigen sind von Zellen. Ein Karyotyp wird manchmal auch als visuelle Darstellung des vollständigen Chromosomensatzes (Karyogramme) bezeichnet.

2. Manifestation der Eigenschaften von Erbmaterial auf genomischer Ebene, seine Organisation

Trotz der diskreten genetischen Definition einzelner Merkmale bildet sich in der individuellen Entwicklung ein ausgewogener Komplex von Merkmalen und Eigenschaften nach, der der Art der morphofunktionellen Organisation einer bestimmten biologischen Art entspricht. Malaria-Plasmodium, libanesische Zeder, menschlicher Spulwurm, indischer Elefant und Homo sapiens kommen natürlicherweise vor. Dies wird erreicht durch die Integration strukturell eigenständiger Erbeinheiten in ein funktionell integrales System - den Genotyp (Genom). Eine solche Integration spiegelt sich in verschiedenen Interaktionen von Genen im Laufe ihrer Funktion wider. Üblicherweise wird der Genotyp als Gesamtheit aller Gene (genauer: Allele) eines Organismus definiert. Aufgrund der Tatsache der Integration wird der Genotyp in gewisser Weise durch ein System interagierender Gene repräsentiert.

Geninteraktionen finden auf mehreren Ebenen statt: direkt im Erbgut von Zellen, zwischen RNA und Polypeptiden, die während der Proteinbiosynthese entstehen, zwischen Proteinenzymen desselben Stoffwechselzyklus.

Die Interaktion von Genen auf der Ebene von Produkten funktioneller Aktivität (RNA oder Polypeptide) liegt der Entwicklung komplexer Merkmale zugrunde.

Betrachten Sie das Morris-Syndrom als Beispiel. Bei Patienten, deren Karyotyp die Geschlechtschromosomen X und Y umfasst, liegt eine Unterentwicklung der sekundären Geschlechtsmerkmale des männlichen Geschlechts vor, die von der Produktion und Wechselwirkung zweier Faktoren des männlichen Geschlechtshormons und eines Rezeptorproteins in einem bestimmten Stadium der Ontogenese abhängt eingebettet ist Zellmembran und Zellen für das Hormon empfindlich zu machen. Die Synthese dieser Faktoren wird von verschiedenen Genen gesteuert. Bei Personen mit Morris-Syndrom wird das männliche Sexualhormon rechtzeitig und in der erforderlichen Menge gebildet, das Rezeptorprotein jedoch nicht synthetisiert. Somit wird die normale Entwicklung des Merkmals des Komplexes der männlichen sekundären Geschlechtsmerkmale von zwei Genen gesteuert, die auf der Ebene der Produkte ihrer funktionellen Aktivität interagieren.

Derzeit ist es für die meisten Merkmale unmöglich, das Ausmaß der Interaktion dieser Gene, die ihre Entwicklung steuern, genau zu spezifizieren. Unter Berücksichtigung des Interesses eines Praktikers vor allem an den Vererbungsmustern von Merkmalen sind die folgenden Formen der Geninteraktion, die die Vererbung auf bestimmte Weise verändern. Gleichzeitig ist das Niveau der Wechselwirkung von Genen nicht angegeben.

Es wird das Zusammenspiel von allelischen und nicht-allelischen Genen unterschieden.

Die Interaktion allelischer Gene bestimmt die dominante, rezessive, kodominante Vererbung von Merkmalen, das Phänomen unvollständige Dominanz. Bei diesen Formen der Dominanz manifestieren sich die Ergebnisse der Geninteraktion in allen somatischen Zellen des Körpers.

Bei einer solchen Interaktionsform wie Allelausschluss ist ein Allel in einigen Zellen eines Organismus aktiv, der für einen gegebenen Locus heterozygot ist, während das andere in anderen Zellen aktiv ist. Als Beispiel sei die genetische Kontrolle der Synthese von Immunglobulinen betrachtet – Blutplasmaproteine, die im menschlichen Körper für immunologische Abwehrreaktionen sorgen. Sie bestehen aus "schweren" und "leichten" Polypeptidketten, die unter der genetischen Kontrolle von drei verschiedenen Gruppen nicht-allelischer Gene synthetisiert werden. Sowohl "schwere" als auch "leichte" Polypeptide werden von Plasmazellen produziert. Gleichzeitig synthetisieren einzelne Plasmazellen nur eine der möglichen Varianten von "schweren" und "leichten" Globulin-Polypeptiden. Der allelische Ausschluss erhöht die Vielfalt der Merkmale eines vielzelligen Organismus mit der Identität der Genotypen somatischer Zellen. Der Mechanismus dieses Phänomens ist noch nicht abschließend geklärt.

Ein weiteres Beispiel für einen allelischen Ausschluss ist die genetische Inaktivierung eines der weiblichen X-Chromosomen. In der Weltliteratur wurde nur ein einziger Fall von Hämophilie bei Frauen beschrieben. Gleichzeitig geben Mütter – heterozygote Trägerinnen des Hämophilie-Allels – dieses an die Hälfte ihrer Töchter weiter, die das normale Allel mit dem X-Chromosom des Vaters erhalten. Die zufällige Natur der Inaktivierung durch Heterochromatisierung führt zum Ausschluss der Funktion in einigen Zellen des mütterlichen und in anderen - des väterlichen X-Chromosoms. Somit gibt es immer Zellen, die das normale Allel der Synthese des antihämophilen Faktors im aktiven Zustand tragen.

So werden Erythrozytenproteine-Antigene des Blutgruppensystems "Rhesus" im menschlichen Körper unter der Kontrolle von drei Genen synthetisiert. Letztere befinden sich, gemessen an der Verbindung zwischen ihnen, im Chromosom in geringem Abstand voneinander. Jeder von ihnen hat ein dominantes und ein rezessives Allel - D, C, E und d, c, e. CDE/cDe- und CDe/cDE-Individuen sind genetisch identisch. Dennoch wird bei Individuen mit der ersten Allelkombination viel E-Antigen und wenig C-Antigen gebildet, bei Individuen mit der zweiten Allelkombination wird das entgegengesetzte Muster beobachtet, d.h. die Nähe des C-Allels zum E-Allel reduziert seine funktionelle Aktivität. Der „Positionseffekt“ ist ein Sonderfall einer großen Klasse von Geninteraktionen, der in der Modulation der Funktion von Genen durch andere Gene besteht.

Epistasis, die Unterdrückung eines Gens durch ein anderes, gehört ebenfalls zur Klasse der Interaktion nicht-allelischer Gene. Wirkt das dominante Allel epistatisch, spricht man von einer dominanten Epistase. Bei rezessiver Epistase zeigen rezessive Allele im homozygoten Zustand einen solchen Effekt.

Bei der Epistase besteht der modulierende Effekt in der Unterdrückung der Funktion anderer Gene durch einige Gene. Gene, die diese Wirkung haben, werden Inhibitoren oder Suppressoren genannt. Gene, die die Funktionen anderer Gene verstärken, werden als Verstärker bezeichnet.

Eine andere Form der Interaktion von nicht allelischen Genen ist Komplementarität. Es liegt an der Tatsache, dass die Entwicklung eines Merkmals das Vorhandensein von dominanten Allelen zweier spezifischer Gene im Genotyp erfordert. In Gegenwart eines dominanten Allels von nur einem von ihnen wird das Merkmal nicht reproduziert.

Bei der Analyse genetischer Phänomene muss die Breite der Geninteraktionen berücksichtigt werden. Ein Indikator für die Abhängigkeit des Funktionierens erblicher Neigungen von den Merkmalen des Genotyps ist die Expressivität und Penetranz von Genen.

Expressivität besteht in der Variabilität des quantitativen Ausdrucks eines Merkmals bei verschiedenen Individuen - Trägern des entsprechenden Allels.

Unter Penetranz versteht man die Fähigkeit eines Gens, die Entwicklung eines Merkmals so weit zu gewährleisten, dass es mit den verfügbaren Untersuchungsmethoden nachgewiesen werden kann. Die Penetranz wird anhand des Prozentsatzes von Organismen, die ein Merkmal im Phänotyp aufweisen, an der Gesamtzahl der untersuchten Träger des entsprechenden Allels gemessen.

Expressivität und Penetranz spiegeln die Abhängigkeit der Genfunktion von den Eigenschaften des Genotyps wider und treten während der Entwicklung des Merkmals auf. Folglich können diese genetischen Phänomene auf Schwankungen in der Aktivität der Gene selbst, der Art der Interaktion der Produkte der Genaktivität und einer speziellen Kombination von Umweltbedingungen in der Ontogenese des Organismus beruhen.

3. Merkmale der Organisation des Erbguts von Pro- und Eukaryoten

Das Genom moderner prokaryotischer Zellen ist durch eine relativ geringe Größe gekennzeichnet. In Escherichia coli (E. coli) wird es durch ein kreisförmiges DNA-Molekül von etwa 1 mm Länge dargestellt, das 4 106 Basenpaare enthält und etwa 4000 Gene bildet. Der Großteil der prokaryotischen DNA (etwa 95%) wird aktiv in beide transkribiert dieser Moment Zeit. Wie oben erwähnt, ist das Genom einer prokaryotischen Zelle als Nukleoid organisiert – ein Komplex aus DNA mit Nicht-Histon-Proteinen.

Bei Eukaryoten ist die Menge an Erbmaterial viel größer. Bei Hefe beträgt sie 2,3 107 bp, beim Menschen die Gesamtlänge der diploiden DNA Chromosomensatz Zellen - etwa 174 cm, sein Genom enthält 3 109 bp. und umfasst nach den neuesten Daten 30-40.000 Gene.

Bei einigen Amphibien und Pflanzen ist das Genom sogar noch größer und erreicht 1010 und 1011 bp. Im Gegensatz zu Prokaryoten transkribieren eukaryotische Zellen gleichzeitig aktiv 1 bis 10 % der DNA. Die Zusammensetzung der transkribierten Sequenzen und ihre Anzahl hängen vom Zelltyp und Ontogenesestadium ab. Ein erheblicher Teil der Nukleotidsequenzen in Eukaryoten wird überhaupt nicht transkribiert - stille DNA.

Eine große Menge an eukaryontischem Erbmaterial erklärt sich dadurch, dass darin neben einzigartigen auch mäßig und stark repetitive Sequenzen vorhanden sind. So bestehen etwa 10 % des Mausgenoms aus kurzen Nukleotidsequenzen, die im Tandem (eine nach der anderen) angeordnet sind und sich bis zu 106 Mal wiederholen. Diese hochgradig repetitiven DNA-Sequenzen befinden sich hauptsächlich im Heterochromatin, das die zentromeren Regionen umgibt. Sie werden nicht transkribiert. Etwa 20 % des Mausgenoms werden von moderaten Repeats gebildet, die mit einer Häufigkeit von 103-105 Mal auftreten. Solche Wiederholungen sind über das gesamte Genom verteilt und werden in RNA transkribiert. Dazu gehören Gene, die die Synthese von Histonen, tRNA, rRNA und einigen anderen steuern. Die restlichen 70 % des Mausgenoms werden durch einzigartige Nukleotidsequenzen repräsentiert. In Pflanzen und Amphibien machen mäßig und stark repetitive Sequenzen bis zu 60 % des Genoms aus.

Die Redundanz des eukaryotischen Genoms erklärt sich auch durch die Exon-Intron-Organisation der meisten eukaryotischen Gene, bei denen ein erheblicher Teil der transkribierten RNA während der Verarbeitung nach der Synthese entfernt und nicht zur Codierung von Aminosäuresequenzen von Proteinen verwendet wird.

Derzeit sind die Funktionen der stummen DNA, die einen erheblichen Teil des Genoms ausmacht, repliziert, aber nicht transkribiert wird, noch nicht endgültig aufgeklärt. Es werden Hinweise auf die gewisse Bedeutung einer solchen DNA bei der Bereitstellung gemacht strukturelle Organisation Chromatin. Einige der nicht transkribierten Nukleotidsequenzen sind offensichtlich an der Regulation der Genexpression beteiligt.

Bei der Charakterisierung des Erbmaterials einer prokaryotischen Zelle als Ganzes ist zu beachten, dass es nicht nur im Nukleoid enthalten ist, sondern auch im Zytoplasma in Form kleiner kreisförmiger DNA-Fragmente - Plasmide - vorhanden ist.

Plasmide sind extrachromosomale genetische Elemente, die in lebenden Zellen weit verbreitet sind und in einer Zelle unabhängig von genomischer DNA existieren und sich vermehren können. Es werden Plasmide beschrieben, die sich nicht autonom replizieren, sondern nur als Teil der genomischen DNA, in der sie in bestimmten Bereichen enthalten sind. In diesem Fall werden sie Episomen genannt.

In prokaryotischen (bakteriellen) Zellen wurden Plasmide gefunden, die Erbmaterial tragen, das Eigenschaften wie die Konjugationsfähigkeit von Bakterien sowie ihre Resistenz gegen bestimmte Arzneistoffe bestimmt.

In eukaryotischen Zellen wird extrachromosomale DNA durch den genetischen Apparat von Organellen repräsentiert - Mitochondrien und Plastiden sowie Nukleotidsequenzen, die für die Zelle nicht lebenswichtig sind (virusähnliche Partikel). Das Erbmaterial von Organellen befindet sich in ihrer Matrix in Form mehrerer Kopien von ringförmigen DNA-Molekülen, die nicht mit Histonen assoziiert sind. Mitochondrien zum Beispiel enthalten 2 bis 10 Kopien von mtDNA.

Extrachromosomale DNA macht nur einen kleinen Teil des Erbmaterials einer eukaryotischen Zelle aus. Zum Beispiel enthält menschliche mtDNA 16569 bp. und es macht weniger als 1 % der gesamten zellulären DNA aus.

Wenn die meisten Kerngene in doppelter Dosis in den Körperzellen vorhanden sind (allelische Gene), dann sind die mitochondrialen Gene in vielen tausend Kopien pro Zelle vertreten.

Das mitochondriale Genom ist durch interindividuelle Unterschiede gekennzeichnet, aber in den Zellen eines Individuums ist die mtDNA in der Regel identisch.

Der Satz von Genen, der sich in den zytoplasmatischen DNA-Molekülen befindet, wird als Plasmon bezeichnet. Es definiert eine spezielle Art der Merkmalsvererbung - die zytoplasmatische Vererbung.

Die allgemeinen Prinzipien der Organisation des durch Nukleinsäuren repräsentierten Erbguts, sowie die Prinzipien der Erfassung genetischer Information bei Pro- und Eukaryoten sprechen für die Einheit ihrer Herkunft aus gemeinsamer Vorfahre, das bereits das Problem der Selbstreproduktion und der Aufzeichnung von Informationen auf der Grundlage der DNA-Replikation und der Universalität des genetischen Codes gelöst hat. Das Genom eines solchen Vorfahren behielt jedoch große evolutionäre Möglichkeiten, die mit der Entwicklung der supramolekularen Organisation des Erbmaterials, verschiedenen Arten der Realisierung von Erbinformationen und der Regulierung dieser Prozesse verbunden sind.

Zahlreiche Hinweise auf Unterschiede in der Genomorganisation, Details von Genexpressionsprozessen und Mechanismen ihrer Regulation in Pro- und Eukaryoten sprechen für die Evolution dieser Zelltypen in unterschiedliche Richtungen nach ihrer Divergenz von einem gemeinsamen Vorfahren.

Es wird angenommen, dass der erste Schritt im Prozess der Entstehung von Leben auf der Erde die Bildung von sich selbst reproduzierenden Molekülen war Nukleinsäuren, die zunächst nicht die Funktion haben, Aminosäuren in Proteinen zu kodieren. Aufgrund der Fähigkeit zur Selbstreproduktion blieben diese Moleküle im Laufe der Zeit bestehen. Die erste Auswahl ging also auf die Fähigkeit zur Selbsterhaltung durch Selbstreproduktion. In Übereinstimmung mit der obigen Annahme erhielten einige Teile der DNA später die Funktion des Codierens, d.h. wurden zu Strukturgenen, deren Gesamtheit auf einer bestimmten Evolutionsstufe den primären Genotyp bildete. Die Expression der resultierenden DNA-kodierenden Sequenzen führte zur Bildung eines primären Phänotyps, der bewertet wurde natürliche Auslese auf die Fähigkeit, in einer bestimmten Umgebung zu überleben.

Ein wichtiger Punkt der betrachteten Hypothese ist die Annahme, dass ein wesentlicher Bestandteil der ersten zellulären Genome überschüssige, replikationsfähige DNA war, die jedoch keine funktionelle Last in Bezug auf die Bildung des Phänotyps trägt. Es wird vermutet, dass unterschiedliche Evolutionsrichtungen der Genome von Pro- und Eukaryoten mit dem unterschiedlichen Schicksal dieser überschüssigen DNA des Ahnengenoms einhergehen, die durch ein ausreichend großes Volumen gekennzeichnet sein sollte. Wahrscheinlich in den frühen Stadien der Evolution von Protozoen Zellformen sie hatten die Hauptmechanismen des Informationsflusses (Replikation, Transkription, Übersetzung) noch nicht perfektioniert. Die Redundanz der DNA unter diesen Bedingungen ermöglichte es, das Volumen der codierenden Nukleotidsequenzen auf Kosten der nicht codierenden zu erweitern, wodurch sich viele Optionen zur Lösung des Problems der Bildung eines lebensfähigen Phänotyps ergaben.

4. Biologische Bedeutung der genomischen Organisationsebene des Erbguts

Die genomische Organisationsebene des Erbguts, die den gesamten Satz chromosomaler Gene vereint, ist eine evolutionär etablierte Struktur, die durch eine relativ größere Stabilität als das Gen gekennzeichnet ist Chromosomenebene. Auf genomischer Ebene ist ein dosiert ausbalanciertes und durch die komplexesten Funktionsbeziehungen von Genen vereintes System von Genen mehr als eine einfache Ansammlung einzelner Einheiten. Daher ist das Ergebnis der Funktion des Genoms die Bildung des Phänotyps des gesamten Organismus. Insofern lässt sich der Phänotyp eines Organismus nicht als eine einfache Reihe von Merkmalen und Eigenschaften darstellen, sondern ist ein Organismus in der ganzen Vielfalt seiner Eigenschaften im gesamten Verlauf der individuellen Entwicklung. Daher ist die Aufrechterhaltung der Konstanz der Organisation des Erbguts auf genomischer Ebene von größter Bedeutung für die Gewährleistung der normalen Entwicklung des Organismus und der Fortpflanzung im Individuum, vor allem von Artmerkmalen.

Einführung

1. Genom, Genotyp, Karyotyp

2. Manifestation der Eigenschaften von Erbmaterial auf genomischer Ebene, seine Organisation

3. Merkmale der Organisation des Erbguts von Pro- und Eukaryoten

4. Biologische Bedeutung der genomischen Organisationsebene des Erbguts

Abschluss

Verzeichnis der verwendeten Literatur

Einführung

Die strukturelle und funktionelle Einheit des Genoms ist das Gen.

Die Gesamtzahl der menschlichen Gene oder ihres Genotyps erreicht 40.000 (bis zu 70.000 Gene werden angenommen).

Ziel der Arbeit ist es, die genomische Organisationsebene von Erbmaterial zu untersuchen.

1. Erweitern Sie die Konzepte: Genom, Genotyp, Karyotyp

2. Beschreiben Sie die Manifestation der Eigenschaften von Erbmaterial auf genomischer Ebene, seine Organisation

3. Betrachten Sie die Merkmale der Organisation des Erbguts von Pro- und Eukaryoten

4. Untersuchen Sie die biologische Bedeutung der genomischen Organisationsebene des Erbguts

1. Genom, Genotyp, Karyotyp

Genom - die Gesamtheit aller Gene eines Organismus; seinen kompletten Chromosomensatz.

Der Begriff „Genom“ wurde 1920 von Hans Winkler vorgeschlagen, um die Gesamtheit der Gene zu beschreiben, die im haploiden Chromosomensatz von Organismen derselben biologischen Art enthalten sind. Die ursprüngliche Bedeutung dieses Begriffs deutete darauf hin, dass das Konzept des Genoms im Gegensatz zum Genotyp ein genetisches Merkmal der gesamten Art ist und nicht Individuell. Mit der Entwicklung der Molekulargenetik hat sich die Bedeutung dieses Begriffs geändert. Es ist bekannt, dass die DNA, die in den meisten Organismen Träger der Erbinformation ist und damit die Grundlage des Genoms bildet, nicht nur Gene im modernen Sinne des Wortes umfasst. Der größte Teil der DNA eukaryotischer Zellen wird durch nichtkodierende („redundante“) Nukleotidsequenzen dargestellt, die keine Informationen über Proteine und RNA enthalten.

Unter dem Genom eines Organismus wird daher die Gesamt-DNA des haploiden Chromosomensatzes und jedes der extrachromosomalen genetischen Elemente verstanden, die in einer einzelnen Zelle der Keimbahn eines vielzelligen Organismus enthalten sind. Bei der Bestimmung des Genoms einer separaten biologischen Art müssen zunächst genetische Unterschiede berücksichtigt werden, die mit dem Geschlecht des Organismus zusammenhängen, da männliche und weibliche Geschlechtschromosomen unterschiedlich sind. Zweitens können wir aufgrund der großen Anzahl allelischer Varianten von Genen und begleitenden Sequenzen, die im Genpool großer Populationen vorhanden sind, nur von einem bestimmten Durchschnittsgenom sprechen, das selbst erhebliche Unterschiede zu den Genomen einzelner Individuen aufweisen kann. Die Größen der Genome von Organismen verschiedener Arten unterscheiden sich erheblich voneinander, und gleichzeitig besteht oft keine Korrelation zwischen dem Grad der evolutionären Komplexität einer biologischen Art und der Größe ihres Genoms.

1. Je nach Informationsquelle (der Genotyp wird durch Untersuchung der DNA eines Individuums bestimmt, der Phänotyp wird durch Beobachtung des Aussehens des Organismus erfasst).

2. Der Genotyp entspricht nicht immer dem gleichen Phänotyp. Einige Gene kommen nur unter bestimmten Bedingungen im Phänotyp vor. Andererseits sind manche Phänotypen, wie etwa die Fellfarbe von Tieren, das Ergebnis des Zusammenspiels mehrerer Gene.

2. Manifestation der Eigenschaften von Erbmaterial auf genomischer Ebene, seine Organisation

Die Interaktion von Genen auf der Ebene von Produkten funktioneller Aktivität (RNA oder Polypeptide) liegt der Entwicklung komplexer Merkmale zugrunde.

Betrachten Sie das Morris-Syndrom als Beispiel. Bei Patienten, deren Karyotyp die Geschlechtschromosomen X und Y umfasst, liegt eine Unterentwicklung der sekundären Geschlechtsmerkmale des männlichen Geschlechts vor, die von der Produktion und Wechselwirkung zweier Faktoren des männlichen Geschlechtshormons und eines Rezeptorproteins in einem bestimmten Stadium der Ontogenese abhängt integriert sich in die Zellmembran und macht die Zellen empfindlich für das Hormon. Die Synthese dieser Faktoren wird von verschiedenen Genen gesteuert. Bei Personen mit Morris-Syndrom wird das männliche Sexualhormon rechtzeitig und in der erforderlichen Menge gebildet, das Rezeptorprotein jedoch nicht synthetisiert. Somit wird die normale Entwicklung des Merkmals des Komplexes der männlichen sekundären Geschlechtsmerkmale von zwei Genen gesteuert, die auf der Ebene der Produkte ihrer funktionellen Aktivität interagieren.

Es wird das Zusammenspiel von allelischen und nicht-allelischen Genen unterschieden.

Die Interaktion allelischer Gene verursacht dominante, rezessive, kodominante Vererbung von Merkmalen, das Phänomen der unvollständigen Dominanz. Bei diesen Formen der Dominanz manifestieren sich die Ergebnisse der Geninteraktion in allen somatischen Zellen des Körpers.

Eine der Interaktionsformen von nicht allelischen Genen ist der "Positionseffekt". Es betrifft die Gene eines Chromosoms, die nahegelegene Loci besetzen. Sie äußert sich in der Variabilität der funktionellen Aktivität des Gens, je nachdem, welches Allel sich im Nachbarort befindet.

Expressivität besteht in der Variabilität des quantitativen Ausdrucks eines Merkmals bei verschiedenen Individuen - Trägern des entsprechenden Allels.

3. Merkmale der Organisation des Erbguts von Pro- und Eukaryoten

Das Genom moderner prokaryotischer Zellen ist durch eine relativ geringe Größe gekennzeichnet. In Escherichia coli (E. coli) wird es durch ein kreisförmiges DNA-Molekül von etwa 1 mm Länge dargestellt, das 4 106 Basenpaare enthält und etwa 4000 Gene bildet. Der Großteil der prokaryotischen DNA (etwa 95%) wird zu jedem Zeitpunkt aktiv transkribiert. Wie oben erwähnt, ist das Genom einer prokaryotischen Zelle als Nukleoid organisiert – ein Komplex aus DNA mit Nicht-Histon-Proteinen.

Bei Eukaryoten ist die Menge an Erbmaterial viel größer. Bei der Hefe beträgt sie 2,3 107 bp, beim Menschen beträgt die Gesamtlänge der DNA im diploiden Chromosomensatz der Zellen etwa 174 cm, ihr Genom enthält 3 109 bp. und umfasst nach den neuesten Daten 30-40.000 Gene.

Derzeit sind die Funktionen der stummen DNA, die einen erheblichen Teil des Genoms ausmacht, repliziert, aber nicht transkribiert wird, noch nicht endgültig aufgeklärt. Es gibt Hinweise auf die gewisse Bedeutung einer solchen DNA bei der Bereitstellung der strukturellen Organisation von Chromatin. Einige der nicht transkribierten Nukleotidsequenzen sind offensichtlich an der Regulation der Genexpression beteiligt.

Anders als chromosomale DNA zeichnet sich mtDNA durch eine hohe „Gendichte“ aus. Sie haben keine Introns und intergenische Lücken sind klein. Die menschliche zirkuläre mtDNA enthält 13 proteinkodierende Gene (3 Cytochrom-C-Oxidase-Untereinheiten, 6 ATPase-Komponenten usw.) und 22 tRNA-Gene. Ein erheblicher Teil der mitochondrialen und plastidären Proteine wird im Zytoplasma unter der Kontrolle der genomischen DNA synthetisiert.

Wenn die meisten Kerngene in doppelter Dosis in den Körperzellen vorhanden sind (allelische Gene), dann sind die mitochondrialen Gene in vielen tausend Kopien pro Zelle vertreten.

Das mitochondriale Genom ist durch interindividuelle Unterschiede gekennzeichnet, aber in den Zellen eines Individuums ist die mtDNA in der Regel identisch.

Der Satz von Genen, der sich in den zytoplasmatischen DNA-Molekülen befindet, wird als Plasmon bezeichnet. Es definiert eine spezielle Art der Merkmalsvererbung - die zytoplasmatische Vererbung.

Die allgemeinen Organisationsprinzipien des durch Nukleinsäuren repräsentierten Erbguts sowie die Prinzipien der Erfassung genetischer Information bei Pro- und Eukaryoten sprechen für die Einheit ihrer Abstammung von einem gemeinsamen Vorfahren, bei der das Problem der Selbstreproduktion besteht und die Aufzeichnung von Informationen wurde bereits auf der Grundlage der DNA-Replikation und der Universalität des genetischen Codes gelöst. Das Genom eines solchen Vorfahren behielt jedoch große evolutionäre Möglichkeiten, die mit der Entwicklung der supramolekularen Organisation des Erbmaterials, verschiedenen Arten der Realisierung von Erbinformationen und der Regulierung dieser Prozesse verbunden sind.

Es wird angenommen, dass im Prozess der Entstehung des Lebens auf der Erde der erste Schritt die Bildung von sich selbst reproduzierenden Nukleinsäuremolekülen war, die ursprünglich nicht die Funktion hatten, Aminosäuren in Proteinen zu kodieren. Aufgrund der Fähigkeit zur Selbstreproduktion blieben diese Moleküle im Laufe der Zeit bestehen. Die erste Auswahl ging also auf die Fähigkeit zur Selbsterhaltung durch Selbstreproduktion. In Übereinstimmung mit der obigen Annahme erhielten einige Teile der DNA später die Funktion des Codierens, d.h. wurden zu Strukturgenen, deren Gesamtheit auf einer bestimmten Evolutionsstufe den primären Genotyp bildete. Die Expression der resultierenden DNA-kodierenden Sequenzen führte zur Bildung eines primären Phänotyps, der durch natürliche Selektion auf die Fähigkeit, in einer bestimmten Umgebung zu überleben, bewertet wurde.

Ein wichtiger Punkt der betrachteten Hypothese ist die Annahme, dass ein wesentlicher Bestandteil der ersten zellulären Genome überschüssige, replikationsfähige DNA war, die jedoch keine funktionelle Last in Bezug auf die Bildung des Phänotyps trägt. Es wird vermutet, dass unterschiedliche Evolutionsrichtungen der Genome von Pro- und Eukaryoten mit dem unterschiedlichen Schicksal dieser überschüssigen DNA des Ahnengenoms einhergehen, die durch ein ausreichend großes Volumen gekennzeichnet sein sollte. Wahrscheinlich waren in den frühen Stadien der Evolution der einfachsten Zellformen die Hauptmechanismen des Informationsflusses (Replikation, Transkription, Übersetzung) noch nicht perfekt ausgearbeitet. Die Redundanz der DNA unter diesen Bedingungen ermöglichte es, das Volumen der codierenden Nukleotidsequenzen auf Kosten der nicht codierenden zu erweitern, wodurch sich viele Optionen zur Lösung des Problems der Bildung eines lebensfähigen Phänotyps ergaben.

4. Biologische Bedeutung der genomischen Organisationsebene des Erbguts

Die genomische Organisationsebene des Erbguts, die den gesamten Satz chromosomaler Gene vereint, ist eine evolutionär etablierte Struktur, die durch eine relativ größere Stabilität gekennzeichnet ist als die Gen- und Chromosomenebene. Auf genomischer Ebene ist ein dosiert ausbalanciertes und durch die komplexesten Funktionsbeziehungen von Genen vereintes System von Genen mehr als eine einfache Ansammlung einzelner Einheiten. Daher ist das Ergebnis der Funktion des Genoms die Bildung des Phänotyps des gesamten Organismus. Insofern lässt sich der Phänotyp eines Organismus nicht als eine einfache Reihe von Merkmalen und Eigenschaften darstellen, sondern ist ein Organismus in der ganzen Vielfalt seiner Eigenschaften im gesamten Verlauf der individuellen Entwicklung. Daher ist die Aufrechterhaltung der Konstanz der Organisation des Erbguts auf genomischer Ebene von größter Bedeutung für die Gewährleistung der normalen Entwicklung des Organismus und der Fortpflanzung im Individuum, vor allem von Artmerkmalen.

Gleichzeitig bestimmt die Zulässigkeit der Rekombination von Erbeinheiten in den Genotypen von Individuen deren genetische Vielfalt, die von großer evolutionärer Bedeutung ist. Mutationsveränderungen, die auf der genomischen Ebene der Organisation des Erbmaterials auftreten - Mutationen regulatorischer Gene, die eine breite pleiotrope Wirkung haben, quantitative Änderungen der Gendosen, Translokationen und Transpositionen genetischer Einheiten, die die Art der Genexpression beeinflussen, und schließlich die Die Möglichkeit, beim horizontalen Transfer von Nukleotidsequenzen zwischen Organismen verschiedener Arten Fremdinformationen in das Genom einzubauen - was sich manchmal als evolutionär vielversprechend erweist - dürfte der Hauptgrund für die Beschleunigung sein evolutionärer Prozess in getrennten Stadien historische Entwicklung Lebensformen auf der Erde.

Abschluss

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Gesundheit des menschlichen Genoms die Grundlage der somatischen, psychischen und reproduktiven Gesundheit ist. Dies ist die Grundlage der menschlichen Evolution als biologische Spezies.

Gleichzeitig sind Verletzungen der strukturellen und funktionellen Stabilität des Genoms einer Person nur für seine Gesundheit und die Gesundheit seiner Nachkommen gefährlich.

Während ähnliche Verstöße in Bezug auf die menschliche Bevölkerung beispielsweise im Fall von globale Katastrophen gefährlich für die Gesundheit der gesamten Menschheit, zum Beispiel die Gesundheit der Bevölkerung, die in den an die Atomteststandorte angrenzenden Gebieten im US-Bundesstaat Nevada, in der Region Semipalatinsk in Kasachstan oder in den an das Kernkraftwerk Tschernobyl angrenzenden Gebieten lebt in der Ukraine und anderen sind für die Menschheit im Allgemeinen gefährlich.

Sie führen zu einer Erhöhung der genetischen Belastung*, einschließlich einer Erhöhung des Volumens heterozygoter Träger pathologischer Gene und einer Erweiterung des Spektrums von genetischen, chromosomalen, endokrinen, immunologischen, kardiovaskulären, nervösen, psychischen, onkologischen und anderen Erkrankungen.

Verzeichnis der verwendeten Literatur

1. Baranov V.S., Baranova E.V., Ivashchenko T.E., Asaev M.V. Das menschliche Genom und "Anfälligkeits"-Gene. Einführung in die prädiktive Medizin. St. Petersburg: Intermedica, 2000.

2. Mutovin G.R., Ivanova O.G. Probleme der menschlichen Gesundheit vom Standpunkt der modernen klinischen Genetik. In: Vorlesungen zu aktuellen Problemen der Medizin. M.: RGMU, 2002.

3. Fok R. Genetik endokriner Erkrankungen // Endocrinology (unter der Herausgeberschaft von Norman Lavin) M., „Practice“, 1999.

4. Yarygin V.N. Biologie. - M.: Handelshochschule, 2003.