Экзаменационные вопросы по геномике и протеомике



страница1/4
Дата01.08.2018
Размер1,98 Mb.
ТипЭкзаменационные вопросы
  1   2   3   4
Экзаменационные вопросы по геномике и протеомике.




Номера вопросов

Кол.вопросов

Балжан Балжан

11, 12, 14, 18, 21, 32, 35, 38, 43, 44, 49

11+2

Шынар Шынар

9, 13, 15, 26, 30, 33, 42, 45, 48, 50

10+2

Гаухар Гаухар

5, 8, 19, 22, 24, 25, 27, 34, 37, 51, 53

11+2

Молдагалиева Айгерим

1, 3, 6, 10, 16, 28, 29, 31, 40, 46

10+2

Лена Елена




0

Саша Александра

2, 4, 7, 17, 20, 23, 36, 39, 41, 47, 52

11+2

Тм Айгерим




0

РК1

Мг - Лена 1. Предмет геномики. Составные части геномики: структурная геномика, функциональная геномика, эволюционная геномика и др. Основы применения геномики в биотехнологии. Использование достижений геномики в практической биотехнологии.

Саша - Лена 2. Подходы к исследованию генома.

Мг - Шынар 3. Структурные элементы гена.

Саша - Шынар 4. Парадокс С (C-value paradox) и Парадокс N (N-value paradox)

Гаухар - Тм 5. Предмет протеомики. Современные достижения молекулярной биологии и биохимии – основа развития протеомики. Составные части протеомики: структурная, функциональная, сравнительная протеомики.

Мг - Тм 6. Биоинформатика. Современные достижения и применение в биотехнологии.

Саша - Балжан 7. Биологические базы данных. Типы баз данных.

Гаухар - Балжан 8. РНК- и ДНК- содержащие геномы вирусов. Вариации структурной организации и размера геномов вирусов. Разнообразие функциональных участков РНК и ДНК, и информационная плотность геномов вирусов.

Шынар - Гаухар 9. Взаимодействие геномов вирусов с геномами прокариот и эукариот. Использование вирусов в биотехнологии.

Мг - Гаухар 10. Размеры геномов митохондрий у представителей различных таксономических групп. Плоидность и организация ДНК в нуклеотиды. Структурно- функциональная организация ДНК митохондрий млекопитающих и других животных.

Балжан - Саша 11. Митохондриальный геном высших растений. Особенности митохондриального генетического кода. Взаимодействие геномов митохондрий с геномом ядра. Использование митохондрий в биотехнологии

Балжан 12. Митохондриальные болезни.

Шынар - Саша 13. Вариация размеров геномов хлоропластов. Плоидность. Изменения плоидности и организации генома в онтогенезе.

Балжан - Молдагалиева 14. Структурно-функциональная организация ДНК хлоропластов. Повторы и уникальные последовательности. Разнообразие функциональных участков (белок-кодирующие гены, интроны, гены РНК и т.д.). Информационная плотность генома.

Шынар - Молдагалиева 15. Взаимодействие геномов хлоропластов с геномами ядра и митохондрий растений. Использование хлоропластов в биотехнологии

РК2

Мг - Балжан 16. Размеры геномов прокариот и их структурная организация. Структурно-функциональные свойства ДНК геномов прокариот. Информационная плотность геномов прокариот.

Саша - Балжан 17. Особенности функциональной организации генома прокариот (архебактерии, эубактерии)

Балжан - Шынар 18. Системы регуляции функциональной активности геномов прокариот. Использование прокариот в биотехнологии. Разнообразие размера геномов у представителей различных таксонов одноклеточных эукариот.

Гаухар - Шынар 19. Структурная организация генетического аппарата эукариотической клетки.

Саша - Гаухар 20. Пространственная организация генома.

Балжан - Гаухар 21. Причины изменчивости генома эукариот.

Гаухар - Мг 22. Причины возникновения спонтанных мутаций и системы защиты генома от эндогенного мутагенеза.

Саша - Мг 23. Молекулярные механизмы изменения размеров генома.

Гаухар - Саша 24. Межвидовые и внутривидовые различия в размерах генома животных и растений.

Гаухар - Саша 25. Фенотипические признаки эукариот, связанные с размером генома.

Шынар - Балжан 26. Клиническая протеомика. Поиск белковых маркеров для диагностики и терапии социально-значимых заболеваний.

Гаухар - Балжан 27. Биотехнологические основы разделения протеомов.

Мг - Шынар 28. Белковые чипы.

Мг - Шынар 29. Геномика и этика.

Шынар - Гаухар 30. Онкогеномика и молекулярная диагностика в онкологии.

Мг - Гаухар 31. Этногеномика. Полиморфизм ДНК и его использование для изучения истории и происхождения народов.

Балжан - Мг 32. Геном человека как научная основа предиктивной медицины.

Шынар - Саша 33. Биотерроризм

Гаухар - 34. Опишите метод геномной дактилоскопии.
СРС1

Балжан - Лена 35. Секвенирование по Сэнгеру. Результаты и ошибки сэнгеровского секвенирования.

Саша - Тм 36. Секвенаторы второго поколения Illumina. Ошибки и показатели качества в секвенаторах второго поколения.

Гаухар - Саша 37. Секвенирование лигированием.

Балжан - Саша 38. Пиросеквенирование.

Саша - Гаухар 39. Метод ионного полупроводникового секвенирования (секвенатор Ion Torrent)

Мг - Балжан 40. Конформационная подвижность пептидной цепи. Карта Рамачандрана.

Саша - Шынар 41. Мотивы в белковых структурах. Классификация пространственных структур белков.
СРС2

Шынар - Мг 42. Методы установления первичной структуры белков. Методы анализа первичных структур.

Балжан - Тм 43. Методы установления пространственной структуры: спектроскопия ЯМР и рентгеноструктурный анализ. Молекулярное моделирование.

Балжан - Молдагалиева 44. Классификация хроматографических методов. Материалы матриц сорбентов и обменников. Техника колоночной хроматографии.

Шынар - Лена 45. Физико-химические основы современных электрофоретических методов разделения белков. Программное обеспечение для анализа двумерных

электрофореграмм



Мг - Балжан 46. Интегральные автоматизированные протеомные платформы, протеомно-геномно-транскрипционные платформы.
СРС3

Саша - Балжан 47. Геномика и разработка новых антибактериальных препаратов

Шынар - Балжан 48. Геномика и разработка противовирусных препаратов

Балжан - Шынар 49. Токсикогеномика

Шынар - Саша 50. Генная терапия. Пути и механизмы доставки.

Гаухар - Балжан 51. Лекарства на основе нуклеиновых кислот

Саша - Мг 52. Модели моногенных и комплексных болезней и мутационная геномика.

Гаухар - Лена 53. Клеточная терапия

1. Предмет геномики. Составные части геномики: структурная Г, функциональная Г, эволюционная Г и др. Основы применения геномики в бт. Исп-ние достижений геномики в практической бт.

Геномика – это наука, изучающая молекулярную стр-ру геномов жив. орг-в. Предметом геномики яв-ся стр-е геномов чел. и др.жив. сущ-в (раст., жив-х, мо), задача геномики состоит в применении получ-х знаний для улуч-я кач-ва жизни чел.



Направления геномики:

1. Структурная Г - выяснение принципов стр-ной орг-ции геномов во всем диапазоне их размеров от нескольких тысяч н-дов до 100 млрд. н-дов, а также уст-ния причин многообразия форм НК - однокольцевые, поликольцевые, одиночные линейные и множественные линейные хр-мы.

2. Функциональная Г – изучение функц-ной значимости тех белков, кот-е кодируют гены. Из более 30 тысяч генов уже идентифицированных на физической карте генома чел., на сегодняшний день изучены в функц-ном отношении не более 5–6 тыс. Каковы ф-ции ост-х 25 тысяч уже картированных и такого же числа еще некартированных генов, остается совершенно неизвестным.

3. Сравнительная Г – уст-ние доли генов и их особ-тей, кот-е ответственны за отличие морфологических, метаболических и др. специф-х хар-к родственных орг-в.

4. Эволюционная Г – изучение стр-ной орг-ции генов в эволюционном потоке.

5. Этническая Г - изучение генофонда населения на основе анализа геномного разнообразия и геномного полиморфизма.

6. Фармакогеномика - изучает вклад ген-кой компоненты в токсичность и эффективность лекарственного препарата для данного орг-ма.

Наибольший успех достигнут в секвенировании геномов патогенных для чел. орг-в и переносчиков заб-ний, что имеет непосредственное приложение к профилактике, диагностике и лечению инф-ных и трансмиссивных заб-ний. Уже секвенировано или частично секвенировано более 30 геномов важных бактерий и паразитов, среди кот-х Haemophilus influenzae, Sacch. cerevisae, Mycobacterium tuberculosis, E. сolli, Vibrio cholerae, Mycobacterium leprae, Neisseria meningitidis, St. pneumoniae, Salmonella tiphimurium. В ближайшие 2—4 года ожидается завершение проектов по секвенированию более 100 др. видов. Секвенированы практически все геномы вирусов и почти все белок-кодирующие районы геномов прокариот. Расшифровка вирусных геномов, знание мех-мов инфицирования, репликации и формирования новых вирусных частиц, позволяют проектировать новые антивирусные лек-ные препараты, кот-е разрушают вирусный геном, мешая синтезу белков или блокируя передачу вируса из клетки в клетку. Широкое исп-ние ПЦР для идентификации орг-в, трудно выращиваемых в культуре, неоценимо для диагностики и контроля инф-ных заб-ний. Н-р, ПЦР-метод позволяет отслеживать и оценивать акт-ть инф-ного процесса до и походу лечения при вирусном гепатите С. С помощью микрочипов можно изучать экспрессию различных наборов генов у микробов и паразитов на разных фазах инфекции, анализировать мех-мы вирулентности и уст-ти патогенов к защитным мех-мам хозяина и лек-ным ср-вам. Инф-ция о хар-ре генной экспрессии на разных стадиях кл-го цикла у патогенных мо, обнаружение генов их вирулентности позволяет выявить новые точки возможного приложения лек-ной терапии.

Секвенирование геномов патогенных орг-в предоставляет инф-цию и о новых генах с неизвестной ф-цией, кот-е могут быть исп-ны для разработки не только новых классов диагностикумов и лек-ных ср-в, но и вакцин. Так, при секвенировании генома вирулентного штамма Neisseria meningitidis группы В, приводящего к гнойному менингиту, было определено свыше 500 поверхностно – экспрессирутошихся или секретирующихся белков (поверхностных антигенов). Соотв-щие им послед-ти ДНК были клонированы и экспрессированы в бактериях, а продукты экспрессии, предположительно яв-щиеся значимыми поверхностными антигенами, исп-ны для иммунизации мышей. В рез-те появились две высоко устойчивые вакцины-кандидаты.
2.Подходы к исследованию генома.

Работа с генами и геномами высших эукариот – их выделение и изучение функций – требует использования высокотехнологичных подходов из-за большой структурной сложности геномов (и самих генов). Подходы к исследованию генов и геномов. In vivo – Анализ закономерностей наследования признаков. – создание трансгенных животных с направленно измененными генами. Анализ локализации и взаимодействия белков в живых клетках. In vitro – Клонирование фрагментов генома и определение их последовательностей. – Выделение продуктов экспрессии генома и их анализ. Создание экспрессирующих конструкций. Получение продуктов экспрессии и их анализ. In silico Компьютерный анализ для: -Поиска регуляторных последовательностей. -Поиска повторяющихся элементов генома. Сравнительный анализ геномов разных видов для поиска гомологий гомологичные последовательности – аналогичные функции. –Сравнительный анализ белков в поисках функций. Генная инженерия- совокупность приёмов, методов и технологий для исследования структуры и функции генов и геномов.


3. Структурные элементы гена эукариот.

Ген представляет собой послед-ть н-дов ДНК размером от нескольких сотен до миллиона пар н-дов, в кот-х закодирована ген-кая инф-ция о I-чной стр-ре белка. Для регулярного правильного считывания инф-ции в гене должны присутствовать: кодон инициации, множество смысловых кодонов и кодон терминации. Три подряд расположенных н-да представляют собой кодон, кот-й и опр-ет, какая а\та будет располагаться в данной позиции в белке. Н-р, в молекуле ДНК послед-ть осн-ний ТАС яв-ся кодоном для а\ты метионина, а послед-ть ТТТ кодирует фенилаланин. В молекуле мРНК вместо Т присутствует осн-е У. Из 64 возможных кодонов смысловыми яв-ся 61, а три триплета - УАА, УАГ, УГА - не кодируют а\ты, они наз-ся стоп-кодонами.

Гены эукариот не группируются в опероны, поэтому каждый из них имеет собственные промотор и терминатор транскрипции. Промотор — участок связывания фермента, осущ-ще­го транскрипцию ДНК - РНК-полимеразы. Яв-ся местом начала транскрипции. Представляет собой короткую послед-ть из нескольких десятков н-дов ДНК, с кот-й специфически связ-ся РНК-полимераза. Промотор опр-ет, какая из 2-х цепей ДНК будет служить мат­рицей для синтеза мРНК. Терминатор - участок в конце оперона, сигнализирующий о прекращении транскрипции.

Существенную роль в регуляции транскрипции у эукариот, помимо опосредованной взаимодействием м\у ДНК и белками, играют также белок-белковые взаимодействия.


У стр-ных генов эукариот, каждый из них имеет промоторный участок (ТАТА-бокс, или бокс Хогнесса) состоящий из 8 н-дов, включающий послед-ть TATA; послед-ть ССААТ (САТ-бокс); участок из повторяющихся динуклеотидов GC (GC-бокс). Эти эл-ты нах-ся на расстоянии 25, 75 и 90 п.н. от сайта инициации соотв-но.

Регуляторная часть гена эукариот вкл-ет: цис-регуляторные эл-ты (промотор, кот-й граничит с открытой рамкой считывания гена); транс- регуляторные эл-ты (энхансеры, сайленсеры, аттенюаторы и инсуляторы).



Энхансеры - усиливают в десятки и сотни раз процесс транскрипции.

Сайленсеры – блокируют транскрипцию.

Аттенюаторы - ослабляют транскрипцию (обеспечивают так называемое генетическое молчание, или сайленсинг.).

Инсуляторы - или изоляторы - отвечают за блокировку взаимодействия м\у энхансером и промотором.

Отличительной особенностью стр-я генома эукариот яв-ся прерывность, т. е. чередование в них кодирующих и некодирующих участков. Экзон - участок гена, несущий инф-цию о I-чной стр-ре белка. В гене экзоны разделены некодирующими участками - интронами. Интрон - участок гена, не несущий инф-цию о I-чной стр-ре белка и расположенный м\у кодирующими участками - экзонами. В рез-те стр-ные гены эукариот имеют более длинную нуклеотидную послед-ть, чем соответствующая зрелая мРНК, послед-ть н-дов в кот-й соотв-ет экзонам. В процессе транскрипции инф-ция о гене списывается с ДНК на промежуточную мРНК, состоящую из экзонов и интронов. Затем специфические ферменты - рестриктазы - разрезают эту про-мРНК по границам экзон-интрон, после чего экзонные участки ферментативно соед-ся вместе, обр-я зрелую мРНК (так называемый сплайсинг). Кол-во интронов может варьировать в разных генах от нуля до многих десятков, а длина - от нескольких пар осн-ний до нескольких тысяч.




4.Парадокс С (С-value paradox) и Парадокс N (N- value paradox).

Суммарное кол-во ДНК в гаплоидном геноме обозн. символом "С" - "constant, обозначая тот факт, что размер гаплоидного генома постоянен внутри любого вида. Но между видами величина С варьирует как у про-, так и у эукариот.  Парадокс C (C-value paradox, C-value enigma) - отсутствие корреляции между размером генома и сложностью организма. Н-р, многие растения и нек-ые однокл. простейшие имеют геномы большего размера, чем человек. В 1978 г. Т. Кавалье-Смит заметил, что у эукариот транскрибируется лишь незнач. часть послед-тей нк генома - 3% генома человека - феномен значительной избыточности генома эукариот в отношении некодирующих послед-тей нк (парадокса С). По мнению Патрушева, эволюционное включение избыточных послед-тей нк в исходный геном-предшественник стабилизировало заключенную в нем ген. инф-ю, что создало необходимые условия для возникновения многоклеточности в природе. Размер ядерных геномов эу  измеряют в пикограммах (пкг.) ДНК (1пкг. = 10-12 г.). Меньшие по размерупрокариотические геномы  измеряют в дальтонах, единицах относительной атомной или молекул. массы. Размеры еще меньших геномов (геномы органелл и вирусов) выражают в парах оснований (н.п., bp) или в килобазах (1 kb = 1000 bp). Значительная избыточность некодирующих нук-дных послед-тей и изменчивость кол-ва ДНК у близких видов названа С-парадоксом. Позднее выяснилось, что и количество кодирующих послед-тей — генов, также варьирует у близких видов и не связано со сложностью фенотипа. Так возникает G-парадокс. Хотя суммарный размер генома эукариот не коррелирует с их фенотип. сложностью, эволюционный переход от про- к эукариотам и далее – от одноклеточных к многоклеточным организмам сопровождается увеличением общего кол-ва генов в их геномах. При этом большие различия в фенотипической сложности высших эукариот, имеющих приблизительно одинаковое (~104)

число (N) генов («парадокс N» – N-value paradox), сейчас пытаются объяснить уникальной комбинаторикой объединения универсальных экзонов их генов (и доменов белков) в филогенезе и во время экспрессии генов.
5. Предмет протеомики. Современные достижения молекулярной биологии и биохимии – основа развития протеомики. Составные части протеомики: структурная, функциональная, сравнительная протеомики.

Протеомика - это изучение белков и их взаимодействия в живых организмах, в том числе и человеческом. Наука исследует "производство" протеинов (белков), их декомпозицию и замену белков внутри тела, а также изучает, как протеины модифицируются после их генерации в организме.

Наличие в организме того или иного белка дает основание предполагать, что он обладает (или обладал) определенной функцией, а весь протеом служит для того, чтобы осуществлялась полноценная жизнедеятельность всего организма.

Протеины служат для выполнения огромного числа функций в организме.

Конечная цель протеомики – установление и характеристика полного набора белков данного организма. Основные задачи протеомики: 1) идентификация белков клеток, тканей, биологических жидкостей организма; 2) определение структуры белков; 3) - установление функциональных свойств белков; 4) - исследование взаимосвязи структуры и функции белков; 5) - выяснение механизмов регуляции активности белков; 6) - изучение межбелковых взаимодействий; 7) - выяснение специфики изменений протеома при заболеваниях; 8) - выявление белков – мишеней, на которые направлено действие лекарственного средства.

Цель структурной протеомики: установление структуры всех белков живого организма. Задачи структурной протеомики:1) - выделение и очистка белков протеома; 2) - идентификация белков протеома; 3) – определение первичной, вторичной, третичной структуры белков; 4) - исследование внутримолекулярной динамики белков.

Цель функциональной протеомики: определение функциональных свойств протеома.

Задачи функциональной протеомики: 1) - установление функций каждого из белков протеома; 2) - предсказание функциональной роли отдельных белков путем сопоставления их качественного и количественного состава в клетке на разных стадиях и в разных состояниях ее развития; 3) - анализ межбелковых взаимодействий; 4) - выяснение взаимосвязи между структурой и функцией белков; 5) - изучение механизмов функционирования белков. Цель сравнительной протеомики: нахождение сходных белков у организмов разной эволюционной сложности. Ортологи – гены и белки, выполняющие у разных орг-в один.ф-ции и им-е высокую степень сходства первичной структуры, что позволяет теор-ки считать их произошедшими от общего предшественника. Ортогологи – консервативные гены и белки. Их опр-е поможет в опр-и протекания эволюционного процесса. Сравнение протеомов здорового и больного пациентов позволяет выявить конкретные белки, потенциально вовлеченные в развитие болезни, которые в дальнейшем могут стать мишенями для новых лекарственных препаратов. Кроме того, если такие белки уже известны, анализ протеома может использоваться как метод ранней диагностики. Анализ протеома дает больше информации, чем сравнение уровня экспресии по мРНК, так как учитывает еще и посттрансляционные модификации и альтернативный сплайсинг

Основные протеомные технологии – современные методы мол.био и биохимии: 1) одно- и двумерное электрофоретическое разделение белков; 2) лазерная захватывающая микродиссекция, 3) комбинация методов 2D-электрофореза и времяпролетной масс-спектрометрии (MALDI), 4) хромато-масс-спектрометрия, 5) микрочиповые технологии (SELDI), 6) биосенсорные технологии.


6. Биоинформатика. Современные достижения и применение в бт.

Бионфоматика (БИ) - это применение комп-х технологий к управлению и анализу биологических данных.

Для анализа огромных объема инф-ции, полученной экспериментальными методами геномики и протеомики, потребовалось развитие БИ, лежащей на стыке молекулярно-биологических и комп-х технологий. В широком понимании БИ - это наука по сбору, хранению, переработки и выдаче инф-ции, а также изучению процессов передачи инф-ции в биол-х с-мах. В узком понимании БИ область науки решающая вышеперечисленные проблемы на молекулярном и геномном уровнях.

Главная задача БИ состоит в раскрытий всего богатства биол-кой инф-ции спрятанной в большом объеме данных, а также в проникновении в тайны фундаментальной биологии орг-в.

БИ в международной трактовке - это анализ биол-х текстов с построением соотв-щих стр-р макромолекул, предсказанием их ф-ции и создание новых лек-ных препаратов. Иное опр-ние БИ - это путь от генов к лекарствам ч\з стр-ру макромолекул, т.е. БИ позволяет сделать в компьютере (in silico) все то, что мы раньше делали в эксперименте.

БИ строится вокруг 3-х осн-х биол-х процессов: 1) послед-ть н-дов в ДНК опр-ет а\тную послед-ть белка; 2)а\тная послед-ть опр-ет пространственную стр-ру белка; 3) пространственная стр-ра белка опр-ет его ф-цию. Объединение инф-ции об этих ключевых биол-х процессах позволит достичь главной цели БИ- полностью описать и познать биологию орг-в.

Применение БИ:

I. Молекулярная медицина :

1) Поиск мишеней для конструирования лекарственных молекул.

2) персонализированная медицина

3) профилактическая медицина

4) генная терапия

II. Применения геномов бактерий :

1) очистка загрязнений

2) изменения климата

3) альтернативные источники энергии

4) биотехнологии

5) устойчивость к антибиотикам

6) исследования эволюции

III. Агрономия :

1) новые с/х культуры

2) устойчивость к насекомым

3) улучшение пит.свойств и состава

4) выращивание на бедных почвах и устойчивость к засухе

Прочтение геномов растений и жив-х создает огромное преимущество для агрономии. Инструменты БИ могут находить заданные гены в иссл-х геномах. Такие знания можно исп-ть для получения сильных, устойчивых к засухе, заболеваниям и насекомым культур, а также для улучшения видов домашнего скота.



IV. Животные. В настоящее время активно продолжается секвенирование геномов многих животных (коров, свиней, овец) с надежной, что лучшее понимание биологии этих орг-в приведет к улучшению их здоровья и продуктивности.

V. Сравнительные исследования. Анализ и сравнение ген-го материала из различных видов яв-ся важным методом для изучения функц-ния генов, мех-ма наследственных заб-ний и эволюции видов. Методы БИ могут быть исп-ны для сравнения числа, положения и биохим-х ф-ций генов различных орг-в.

Для экспериментальных иссл-й можно исп-ть не все орг-мы, а так называемые «модельные». Они должны обладать небольшой продолжительностью жизни, быстро размножаться, за ними нетрудно и не дорого ухаживать; с ними нетрудно манипулировать на генетическом уровне.


7.Биологические базы данных. Типы базы данных.

Био базы данных – это архивы согласованных данных, хранящихся в единой форме. Эти базы содержат данные широкого спектра разных областей молекулярной биологии. Базы данных доступны через интернет и оснащены интуитивно понятно интерфейсом для поиска инф. В зависимости от типа инф, все базы делятся на архивные, курируемые и интегрированные. Любой пользователь может добавить определенные им послед-ти без какой-либо проверки их достоверности. При подаче новой послед-ти в курируемую базу происходит оценка достоверности как самой послед-ти, так и найденных в ее составе генов и регуляторных послед-тей. Третий тип, интегрированные базы данных, такие как NCBI Entrez, предоставляют возможности поиска по многим как архивным, так и курируемым базам. Основные отличительные признаки БД: 1)БД хранится и обрабатывается в вычислительной системе; 2)Данные в БД логически систематизированы с целью обесп. возможности их эффективного поиска и обработки в вычислительной системе; 3)БД включает схему, описывающие логическую структуру БД в формальном виде. Интегрированные БД необходимы для получения всей необходимой информаций относительно объекта исследования. SRS(Sequence Retrieval System) http;//srs.ebi.ac.uk/ яв-ся достаточно мощной системой запросов. Сущ-ет много баз данных, доступных в интернете, позволяющих работать с нуклеотидными послед-тями различных геномов. Типы баз данных: -библиографические (MEDLINE); -таксономические-классификация всех организмов. Цель – централизовать классификацию всех организмов, представленных в базе хотя бы одной послед-тью гена или белка. Испол. для опред-ния положения исслед-го организма в иерархии или для получения послед-тей генов данного организма или группы организмов. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/Taxonomy/ -самая популярная база данных. Расположена при NCBI. Иерархическая и основанная на нк послед-тях генов. -нуклеотидные: нуклеотидные послед-ти, геномные, Microarray Databases; -белковые: а/к-ые послед-ти, «вторичные базы»; -базы данных пространственных структур макромолекул; Выделяют первичные и вторичные базы данных. Первичные или архивные базы данных содержат первичные структуры ДНК и белков, пространственные структуры нк к-т и белков, а также protein expression profiles –профили экспрессии генов белков клеток. Вторичные - результаты анализов первичных источников, включая инф. о специф. мотивах в послед-тях, вариантах и мутациях эволюционных связях. К этим же базам данных можно причислить и библиографические базы данных, такие как Medline. Классификация по модели данных: -Иерархическая; -Объектная и объектно-ориентированная; -Объектно-реляционная; -Реляционная; -Сетевая; -Функциональная. Сущ-т универс. базы данных и специализированные, кот. покрывают узкие семейства или группы белков. Н-р: 1)база по а/к-ым послед-тям (первичной структуре) белков UniProtKB/Swiss-Prot; 2) Специализ. база по первичной стр-ре GOA;3) Специализ. база ENZYME; 4) Пространственные стр-ры белков PDV. В протеомных базах данных (Swiss-Prot) можно найти а/к-ую послед-ть белка по его названию. Геномные базы данных- интернет-ресурсы, интегрирующие рез-ты иссл-ний геномов различных организмов. Genomes Server http://www.ebi.ac.uk/genomes/-доступ к геномам различных организмов. Karyns Genomes-предоставляет общую информацию об организмах, чьи геномы полностью секвенированы.
8. РНК- и ДНК- содержащие геномы вирусов. Вариации структурной организации и размера геномов вирусов. Разнообразие функциональных участков РНК и ДНК, и информационная плотность геномов вирусов.

Вирусы – возбудители многих инфекционных заболеваний р-й, ж-х и чел. В-ы класс-ся по носителям насл.инфо:ДНК-сод.и РНК-сод.,по хозяевам: В-ы р-й, вирусы грибов, В-ы ж-х и В-ы прокариот, или бактериофаги. К ДНК-сод.В относятся: В-ы бактерий – бактериофаги, возбудители многих заболеваний чел.и ж-х: вирусы оспы, герпеса, гепатита В, аденоВ-ы млекоп-х и чел.(вызывают желудочно-кишечные заболевания, ОРВИ, конъюнктивиты), В-ы бородавок чел. Фаг Т–4 – это один из наиболее сложно организованных вирусов. Г-м В-ов вкл-т:1) Структурные гены, к-е код-т белки и занимают примерно 95 % В-й хр-мы. 2) Регуляторные посл-ти, к-ые не код-т белки: промоторы, операторы и терминаторы. 3)Прочие некодирующие участки (сайты), в т. ч.: уч.attP, обеспечивающий интеграцию В-й хр-мы в хр-му кл.–хоз.; уч-и cos – липкие концевые уч-и линейных вирусных хромосом, обеспечивающие замыкание линейной хромосомы в кольцевую форму. Гены, кодирующие рРНК и тРНК, в геноме вирусов обычно отсутствуют. Геном вирусов отличается высокой плотности упаковки информации. Например, у фага φХ174 в пределах одного гена может располагаться еще один ген. В частности, ген В находится в пределах гена А, а ген Е – в пределах гена D. У мелкого РНК-содержащего фага f2 ген регуляторного белка, блокирующего лизис (созревание вирионов и разрушение клетки), перекрывается с двумя другими генами, удаленными друг от друга. Белки вирусов можно разделить на несколько групп: структурные, ферменты, регуляторы.



Организация генома ДНК-содержащих вирусов:

1. Кольцевая двухцепочечная ДНК длиной около 5 тпн. (Обезьяний вирус SV 40, вирусы бородавок человека).

2. Кольцевая одноцепочечная ДНК длиной около 5 тн; может быть как кодирующей, так и антикодирующей(мелкие бактериофаги типа М13, вирус золотистой мозаики фасоли).

3. Линейная двухцепочечная ДНК длиной 30-150 тпн. (Бактериофаги типа Т4- вирионы крупные. Белковый капсид из 130 белков включает: головку, хвостовой отдел и хвостовые нити; Аденовирусы млекопитающих и человека-вирионы средних размеров в виде икосаэдра. капсиды белковые.; Вирусы оспы, герпеса и им подобные-вирионы крупные. Имеется липопротеиновая оболочка.)

4. Линейная одноцепочечная ДНК длиной около 5 тн; ДНК может быть как кодирующей, так и антикодирующей. У человека известны как спутники аденовирусов.

5. Двухцепочечная ДНК, замкнутая в кольцо из перекрывающихся сегментов. Длина ДНК – 3-8 тн. (Вирус гепатита В, Вирус мозаики цветной капусты (CaMV).)

К РНК-содержащим вирусам относятся многие вирусы растений, возбудители заболеваний человека и животных: вирус полиомиелита, вирусы гриппа А, В и С, вирусы паротита (свинки), кори, чумы плотоядных животных (чумки), бешенства, вирус иммунодефицита человека (ВИЧ). Вирионы РНК-содержащих вирусов содержат РНК. После проникновения в клетку вирусная РНК становится матрицей для синтеза ДНК и РНК.

Организация генома РНК-содержащих вирусов:

1. Линейная одноцепочечная мРНК (плюс–цепь) длиной около 4 тн; в виде единой молекулы или в виде нескольких разных молекул. Плюс-цепь сразу же может использоваться для трансляции. Представители: вирус табачной мозаики (ВТМ),вирус полиомиелита, вирус бешенства,арбовирусы ;

2. Линейная одноцепочечная кРНК (минус–цепь, порядок нуклеотидов комплементарен по отношению к мРНК). Минус–цепь не может служить для трансляции и используется как матрица для синтеза плюс–цепи. Плюс-цепь служит для трансляции вирусных белков и используется как матрица для синтеза вирусной кРНК. Пред-ли:вирусы гриппа А, В, С.

3. Линейная двухцепочечная РНК: мелкие бактериофаги,вирусы полиэдроза насекомых,ртровирусы птиц, млекопитающих и человека.



4. Две линейные одноцепочечные одинаковые молекулы мРНК длиной около 10 тн. Ретровирусы. Способны интегрироваться в ДНК. В состав вирионов входит фермент обратная транскриптаза (ревертаза).
9.Взаимодействие геномов вирусов с геномами прокариот и эукариот. Использование вирусов в биотехнологии

Взаимодействие вируса с клеткой хозяина - многоступенчатый процесс, который начинается с адсорбции вирусных частиц на рецепторах клетки хозяина и продолжается после их проникновения внутрь клетки. В результате такого взаимодействия развивается либо продуктивная, либо абортивная, либо интегративная форма клеточной инфекции. При продуктивной форме происходит репродукция вируса, при абортивной - ее нарушение на одном из этапов, при интегративной - интеграция вирусной нуклеиновой кислоты в клеточный геном. Продуктивная инфекция. Репродукция вирусов: 1-я стадия - адсорбция - характеризуется прикреплением вириона к клеточным рецепторам. 2-я стадия - проникновение вируса в клетку хозяина. 3-я стадия - транспорт вируса внутри клетки. 4-я стадия - «раздевание» вириона - заключается в их депротеинизации и освобождении от суперкапсида и капсида, препятствующих репликации вирусной нуклеиновой кислоты. «Раздевание» вириона начинается сразу же после его прикрепления к клеточным рецепторам; продолжается в эндоцитарной вакуоли и ее слиянии с лизосомами при участии протеолитических ферментов, а также в ядерных порах и околоядерном пространстве при слиянии с ядерной мембраной. 5-я стадия называется эклипс-фазой. В эту стадию начинается синтез компонентов вириона, т.е. его репродукция. Она носит дизъюнктивный характер, поскольку компоненты вириона синтезируются в разных частях клетки: белки на рибосомах, нуклеиновые кислоты в ядре или цитоплазме. Вирус использует для этого генетический аппарат клетки, подавляя необходимые ей самой синтетические реакции. Эта стадия начинается с транскрипции и репликации вирусного генома. 6-я стадия - сборка вириона - состоит прежде всего в образовании нуклеокапсидов. Поскольку синтез вирусных нуклеиновых кислот и белков в клетке происходит в разных ее структурах, необходима транспортировка составных частей вириона в одно место сборки. При этом вирусные белки и нуклеиновые кислоты обладают способностью узнавать и самопроизвольно соединяться друг с другом. 7-я стадия - выход вирусных частиц из клетки. Интегративная инфекция. Интеграция (встраивание) вирусной нуклеиновой кислоты в клеточный геном. Данный путь взаимодействия между вирусом и клеткой не одинаков для ДНК- и РНК-содержащих вирусов. В первом случае вирусная ДНК в кольцевой форме интегрирует в клеточный геном. Вирус, интегрированный в клеточный геном, называют провирусом. В случае РНК-содержащих вирусов включение РНК в клеточный геном происходит путем обратной транскрипции. Биологический смысл интегративного типа взаимодействия между вирусом и клеткой хозяина состоит прежде всего в сохранении вирусной информации в составе клеточного генома и ее передаче потомству. Использование вирусов в БТ. Вирусы представляют собой простые системы, которые можно использовать для управления и изучения функционирования клеток. Вирусы применяются в генетических исследованиях. Генетики часто используют вирусы как векторы для ввода  генов в изучаемые клетки. В виротерапии вирусы используют как векторы для лечения различных болезней, так как они избирательно действуют на клетки и ДНК. Это даёт надежды, что вирусы смогут помочь в борьбе с раком  и найдут своё применение в генотерапии.
10. Размеры геномов митохондрий у представителей различных таксономических групп. Плоидность и организация ДНК в нуклеотиды. Структурно- функциональная организация ДНК митохондрий млекопитающих и других животных.

1) Геном митохондрий кл-к большинства жив-х – это кольцевая молекула размером 14–20 Kbp. Геном кодирует: 2 рРНК, 13 специфических полипептидов, до 25 тРНК (кол-во может меняться от 2 до 24 у разных видов), содержит незначительный процент некодирующей ДНК. Интроны в генах белков отсутствуют. Гены тРНК расположены м/у генами белков и, кроме транспорта а\т при биосинтезе белка, вып-ют ф-цию сигналов («запятых»), по кот-м происходит процессинг полицистронной пре-мРНК. Иногда встречаются кольцевые мультимерные (чаще всего димерные) молекулы, устроенные по типу «голова–хвост».

2) Мт‑геном высших растений представлен молекулами от 100 до 1000 Kbp.

Наличие межгенных спейсерных послед-тей. Кол.генов: 40-156.

3) Грибы и высшие растения. Присутствие помимо кольцевой молекулы (разм.мол. 20-1000 Kbp) плазмидоподобных кольцевых или лин.мол.размеры и кол.к-х может варьировать в широких пределах.

4) 6 из 10 видов пухоедов и вшей: популяция гетерогенных кольцевых молекул.

Набор миникольцевых ДНК с размером 1–2 Kbp. 1 мол.сод.1 рамку считывания. Кол.мол.к-б-ся от 100 до 1000 на кл.

5) У Кинетопластид в единственной м/х кл. им-ся сложный ассоциат: 2 популяции кольцевых молекул ДНК: миникольцевыми (размером 0,5 – 12 Kbp-105 Kbp) и максикольцевыми (20–50 молекул с размером 20–40 Kbp). Ф-ция миникольцевых мол.: кодирование малых «гидовых» РНК, которые необходимы для процесса уридилового редактирования множества первичных транскриптов максиколец.

В кл-х некот.двустворчатых моллюсков 2-х различных вариантов кольцевого мт‑генома: «мужского, M» и «женского, F», насл-е к-х происходит двумя путями: ч/з я-кл. (F) и ч/з сперму (M).

6) Лин.однокомпонентные м/х геномы, обнаруженные в ряде независимых филогенетических линий: грибы, зеленые водоросли, животные группы Cnidaria.

7) Геном - гетерогенная популяция линейных молекул. Amoebidium parasiticum, Euglenozoa (E. gracilis). 60Kbp, но выд-ся как набор коротких линейных фрагментов.

Наибольшее разнообразие хар-но для одноклеточных эукариот (Protists).



Плоидность — число одинаковых наборов хромосом, нах-ся в ядре клетки или в ядрах кл-к многоклеточного организма. Разл-т кл.гаплоидные (с одинарным набором непарных хромосом), диплоидные (с парными хромосомами), полиплоидные и анеуплоидные (когда удвоение или утрата — нулисомия — охватывает не весь геном, а лишь ограниченное число хромосом).

Число генов в ДНК митохондрий позвоночных и беспозвоночных практически постоянно и равно 36-37, в число кот-х входят 3 гена цитохром с оксидазы, 7 генов субъединиц НАДН-дегидрогеназы, гены цитохрома b и двух субъединиц АТФ-синтазы, а также 22 гена тРНК и 2 гена рРНК.

Типовой набор м-х-х генов включает набор генов:

1) кодирующих субъединицы комплекса I (NADH: убихинон оксидоредуктазы) nad 1–9;

2) комплекса III (убихинон:цитохром с оксидоредуктазы) cob;

3) комплекса IV (цитохром с оксидазы) cox 1–3;

4) комплекса V (ATP синтазы) atp 1,6,8.

5) гены рРНК большой и малой субчастиц рибосом

6) гены тРНК.

Этот набор генов за редким исключением присутствует практически во всех мт‑геномах и в частности в геномах первого варианта.


11.Митохондриальный геном высших растений. Особенности митохондриального генетического кода. Взаимодействие геномов митохондрий с геномом ядра. Использование митохондрий в биотехнологии.

Высшие растения имеют более крупный митохондриональный геном среди всех эукариот. У большинства высших растений и водорослей мтДНК представлена многочисленными кольцевыми молеклами размером не более 80 тыс.п.н. В митохондриальном геноме растений,помимо крупных молекул ДНК часто присутствуют кольцевые и линейные плазмиды. Большая часть генома митохондрий состоит из некодирующей последовательностей. Гены отделены друг от друга нескольким и тысячами нуклеотидных пар, поэтому каждый ген считывается автономно. Типовой набор митохондриальных генов включает набор генов: кодирующие субъединицы комплекса I (NADH: убихинон оксидоредуктазы) nad 1–9; комплекса III (убихинон:цитохром с оксидоредуктазы) cob; комплекса IV (цитохром с оксидазы) cox 1–3; комплекса V (ATP синтазы) atp 1,6,8. Кроме того, в геноме имеются гены рРНК большой и малой субчастиц рибосом и варьирующее количество генов тРНК. Этот набор генов за редким исключением присутствует практически во всех мт‑геномах.

Митохондриальный геном растений кодирует три рибосомные РНК, 16 транспортных РНК, около 10 рибосомальных белков, некоторые белки дыхательной цепи, часть субъединиц АТФ-синтетазы, четыре белка, участвующих в синтезе цитохрома с. Наличие межгенных спейсерных последовательностей разной протяженности и присутствием дополнительных генов. Структурные гены у некоторых видов содержат интроны I или II типа. Примером этого варианта организации может быть геном диатомовой водоросли Synedra acus, геномы зеленых и красных водорослей или представителя воротничковых жгутиковых – Monosiga brevicollis.

В том случае, если все митохондрии в клетке имеют одинаковую копию ДНК дикого типа – наблюдается гомоплазмия (однотипность митохондриальной ДНК у индивидов). Гетероплазмия – это присутствие в клетке различающихся молекул митохондриальной ДНК. Различают два варианта гетероплазмии: размерную и сайтовую.

Транскрипция мтДНК начинается с двух промоторов тяжелой цепи (HSP1 и HSP2) и одного промотора легкой цепи (LSP). С LSP синтезируется полицистронная РНК, состоящая из восьми тРНК и одной мРНК, кодирующей субъединицу ND6, в то время как с HSP1 и HSP2 синтезируются транскрипты, включающиие остальные 14 тРНК, две рРНК и 12 мРНК, причем количество транскриптов, включающих две рРНК и две тРНК, на порядок больше. Трансляция белков, кодируемых мтДНК, происходит в матриксе на митохондриальных рибосомах (миторибосомы).

Для митохондриального генетического кода характерны те же структуры и свойства что и в случае ядерного генетического кода. Однако известны и отличия. В митохондриальной ДНК все нуклеотиды входят в состав кодонов, кодирующих либо белки, либо рРНК и тРНК. Для трансляции используется только 22 тРНК. Митохондриальная ДНК человека и других млекопитающих со-держит 64 кодона, из которых 4 являются стоп-кодонами.

Каждый антикодон в случае митохондриального генетического кода способен спариваться с несколькими кодонами мРНК. Например, антикодон УАГ спаривается с кодонами ЦУУ, ЦУЦ, ЦУА и ЦУТ, кодирующими лейцин. 22 антикодона тРНК спариваются с 60 кодонами иРНК. Генетический код ДНК и белоксинтезирующий аппарат хлоропластов несколь-ко отличны от кода и белоксинтезирующего аппарата митохондрий.
12. Митохондриальные болезни.

Митохондриа́льные заболева́ния — группа наследственных заболеваний, связанных с дефектами в функционировании митохондрий, приводящими к нарушениям энергетических функций в клетках эукариотов, в частности — человека.Митохондриальные заболевания обусловлены генетическими, структурными, биохимическими дефектами митохондрий, приводящими к нарушениям тканевого дыхания. Они передаются только по женской линии к детям обоих полов.

Можно выделить 2 группы митохондриальных заболеваний:

Ярко выраженные наследственные синдромы, обусловленные мутациями генов, ответственных за митохондриальные белки (синдром Барта, синдром Кернса-Сейра, синдром Пирсона, синдром MELAS, синдром MERRF и другие).

«Вторичные митохондриальные заболевания», включающие нарушение клеточного энергообмена как важное звено формирования патогенеза (болезни соединительной ткани, синдром хронической усталости, гликогеноз, кардиомиопатия, мигрень, печеночная недостаточность, панцитопения, а также гипопаратиреоз, диабет, рахит и другие).

Для описания заболеваний обычно применяют классификацию, основанную на том, какую область мтДНК затрагивает мутация. В соответствии с этим патогенные мутации

мтДНК подразделяют на: 1) мутации структурных генов; 2) мутации генов рРНК и тРНК;

3) структурные перестройки, затрагивающие большие сегменты мтДНК.

Митохондриальные цитопатии - гетерогенная группа системных расстройств, вызываемых нарушениями в функционировании митохондрий. Данные патологии поражают преимущественно мышечную и нервную системы и, как правило, характеризуются поздним началом клинических проявлений.

Симптомы, встречающиеся при митохондриальных цитопатиях

- в скелетных мышцах: низкая толерантность к физической нагрузке, гипотония,

проксимальная миопатия, включающая фациальные и фарингеальные мышцы,офтальмопарез, - в сердце: нарушения сердечного ритма, гипертрофическая миокардиопатия - в центральной нервной системе: атрофия зрительного нерва, пигментная ретинопатия, миоклонус, деменция, инсультоподобные эпизоды, расстройства психики

- в периферической нервной системе: аксональная нейропатия, нарушения двигательной функции гастроинтестинального тракта и др.

В настоящее время лечение митохондриальных заболеваний находится в стадии разработки, но распространённым терапевтическим методом служит симптоматическая профилактика с помощью витаминов . Также в качестве одного из методов применяются пируваты.


13.Вариация размеров геномов хлоропластов. Плоидность. Изменения плоидности и организации генома в онтогенезе

Хлоропласт имеет собственную ДНК, то есть собственный геном. В отличие от линейных молекул ДНК в хромосомах ядра хлДНК представляет собой замкнутую кольцевую двуспиральную молекулу. Ее размеры варьируют у разных видов растений преимущественно в интервале от 130 тыс. до 160 тыс. п.о. хлДНК содержит около 130 генов. Геном хлоропластов по своей информационной емкости составляет малую часть по отношению к ядерному геному растений. Однако наличие в нем генов ключевых ферментных систем, участвующих в фотосинтетической деятельности растений и полиплоидность генома, достигающая сотен копий на хлоропласт, отражают его важную роль в жизни растений. Плоидность генома. Одной из основных особенностей органельных геномов в клетке являет­ся их множественность. Обычно диплоидная растительная клетка содержит две копии ядерных генов, но тысячи копий генов пластид. Так, только в одном хлоропласте Antirrhinum обнаружено 50—60 одинаковых молекул ДНК, у Euglena их количество чрезвычайно изменчиво и может достигать 200 пластидных геномов на органеллу. Однако в хромоплас­тах Narcissus найдено всего 8 молекул ДНК на органеллу. Показано, что количество пластидной ДНК на клетку в процессе онтоге­неза может изменяться в десять и более раз. Так, у шпината при развитии листа обнаружено увеличение числа пластидных геномов от 500 до 13000 на клетку и от 50 до 200 на пластиду. В течение трех первых дней прорастания пшеницы обнаружено увеличение количества ДНК на пластиду в 7,5 раза и пластидной ДНК на клетку в 34 раза. Онтогенез и изменение организации пластид. Увеличение числа хлоропластов и образование других форм пластид (лейкопластов и хромопластов) следует рассматривать как путь превращения структур-предшественников — пропластид. Весь же процесс развития различных пластид можно представить в виде монотропного (идущего в одном направлении) ряда смены форм:



Многими исследованиями был установлен необратимый характер онтогенетических переходов пластид. Судьба пропластид зависит от условий развития растений. При нормальном освещении пропластиды превращаются в хлоропласты. Несколько иначе развитие пластид происходит в темноте. У этиолированных проростков вначале увеличивается объем пластид (этиопластов). В мембранах этиопластов содержится протохлорофилл — предшественник хлорофилла желтого цвета. Под действием света из этиопластов образуются хлоропласты, протохлорофилл превращается в хлорофилл.

Лейкопласты отличаются от хлоропластов отсутствием развитой ламеллярной системы. Другой формой пластид у высших растений является хромопласт, окрашивающийся обычно в желтый свет в результате накопления в нем каротиноидов.
14. Структурно-функциональная организация ДНК хлоропластов. Повторы и уникальные последовательности. Разнообразие функциональных участков (белок-кодирующие гены, интроны, гены РНК и т.д.). Информационная плотность генома.

Хлоропласт имеет собственную ДНК, то есть собственный геном. В отличие от линейных молекул ДНК в хромосомах ядра хлоропластная ДНК (хлДНК) представляет собой замкнутую кольцевую двуспиральную молекулу.Ее размеры варьируют у разных видов растений преимущественно в интервале от 130 тыс. до 160 тыс. пар оснований. В настоящее время полностью расшифрована нуклеотидная последовательность хлДНК ряда видов, в том числе табака и риса. хлДНК содержит около 130 генов. В ней представлены по два гена четырех типов рибосомальных РНК (рРНК), гены всех транспортных РНК (около 30 видов), гены рибосомальных белков (около 20), гены субъединиц РНК-полимеразы - фермента, осуществляющего синтез РНК на хлДНК. Хлоропластный геном кодирует около 40 белков тилакоидной мембраны, участвующих в формировании комплексов электрон-транспортной цепи. По организации генетический аппарат хлоропластов имеет много общего с генетическим аппаратом бактерий. По прокариотическому типу организованы промоторы, регулирующие начало транскрипции и локализованные в области 35-10 пар нуклеотидов до точки начала транскрипции, и терминаторы, определяющие ее окончание. Вместе с тем в отличие от прокариот в ДНК хлоропластов обнаружены интроны, характерные для генов эукариот, - транскрибируемые области гена, не несущие информации о структуре белка. Как известно, интроны вырезаются из первичного транскрипта, а смысловые участки (экзоны) сшиваются между собой (сплайсинг) в ходе созревания (процессинга) РНК. Имея собственный генетический аппарат, хлоропласт обладает и собственной белоксинтезирующей системой.Рибосомы мельче чем эукариотические рибосомы, константа седиментацйи составляет 70S .

В организации хлоропластной ДНК обнаружены гистоноподобные белки, однако по аминокислотному составу они отличаются от типичных гистонов высших растений. Хлоропластная ДНК так же, как и в бактериальной клетке, находится в составе компактных структур нуклеоидов. Хлоропласт содержит обычно несколько нуклеоидов и в каждом нуклеоиде имеется обычно несколько копий хлоропластной ДНК.

Транскрипция пластидных генов обеспечивается двумя типами РНК-полимераз, одна из которых кодируется в ядре растительной клетки, тогда как другая — пластидной ДНК.


Собственная РНК-полимераза пластид обладает типичными прокариотическими чертами. Она состоит из четырех типов субъединиц α2ββ'β" (у эубактерий из трех — α2ββ')- Эти субъединицы кодируются в пластидном геноме. Все гены пластид можно разделить на три группы:

• имеющие стандартные эубактериальные промоторы — к ним относятся почти все гены белков, участвующих в процессах фотосинтеза, их транскрип­цию обеспечивает собственная РНК-полимераза пластид;

• имеющие нестандартные промоторы — такие промоторы свойственны лишь немногим генам; важно, что таким промотором снабжен rif-оперон, содержащий гены собственной пластидной РНК-полимеразы; их активность связана с мономерной РНК-полимеразой фагового типа;

• имеющие универсальные промоторы — подобные промоторы характерны для большинства генов «домашнего хозяйства» пластид; успешно распознают­ся обеими РНК-полимеразами.

У всех высших растений хлоропластная ДНК содержит 37.8 + 1% (Г+Ц), а плавучая плотность в CsCl равна 1.7 г/см3, что близко к параметрам ядерной ДНК. Необычность хлоропластной ДНК проявляется также в том, что она содержит удаленные друг от друга встроенные рибонуклеотиды: обычно 9 в одной цепи кольцевой молекулы и 10 - в другой. Число и суммарная длина белоккодирующих генов без интронов , экзонов и интронов близки. Количество генов тРНК и рРНК практически идентично. Число открытых рамок считывания (ОРС), кодирующих белки с неустановленной функцией, заметно отличается. Доля межгенных участков (МУ) с длиной более 100 н. изменяется от 7 до 18%.
15.Взаимодействие геномов хлоропластов с геномами ядра и митохондрий растений. Использование хлоропластов в биотехнологии

Хлоропласт, обладающий собственным генетическим аппаратом тем не менее "полуавтономен", так как его рост, деление, развитие тилакоидной системы и формирование ферментативных комплексов темновых реакций фотосинтеза находятся под контролем двух геномов: ядра и хлоропласта. Это осуществляется таким образом, что каждый функционально важный комплекс в хлоропластах состоит из белков, часть которых кодируется и синтезируется в хлоропласте, а часть кодируется в ядре, синтезируется на 80S рибосомах цитоплазмы, а затем проникает в хлоропласт и здесь включается вместе с образованными в хлоропласте белками в построение функционально активных комплексов. Н-р, для формирования хлоропластных рибосом используются синтезированные в хлоропластах рибосомальные РНК и часть рибосомальных белков, а другая часть белков, необходимых для построения рибосом, кодируется в ядре и синтезируется в цитоплазме. Транспортные РНК, которые доставляют аминокислоты в рибосому и находят им место в растущей полипептидной цепи, синтезируются в хлоропласте, но ферменты, которые активируют аминокислоту и помогают ей найти свою транспортную РНК и присоединиться к ней (аминоацил-тРНК-синтетазы), кодируются в ядре и синтезируются в цитоплазме. Так на уровне формирования сложных пептидных комплексов происходит интеграция работы ядерного и хлоропластного геномов в построении тилакоидной мембраны хлоропластов, осуществляющей фотозависимые реакции фотосинтеза. Это объясняет невыполнимость идеи создания культуры изолированных хлоропластов, где бы они самостоятельно размножались на питательной среде. Хлоропластный геном кодирует около 40 белков тилакоидной мембраны, участвующих в формировании комплексов электрон-транспортной цепи. Это составляет около половины входящих в них белков. Остальные белки тилакоидной мембраны кодируются в ядре. Транскрипция пластидных генов обеспечивается двумя типами РНК-полимераз, одна из которых кодируется в ядре растительной клетки, тогда как другая — пластидной ДНК. Пластиды, так же как и митохондрии, не возникают вновь, а размножаются путем деления. В яйцеклетке имеются так называемые инициальные частицы, из которых в дальнейшем и развиваются как митохондрии, так и пластиды. Так же как и для митохондрии, начальной стадией роста хлоропластов являются инициальные частицы. Эти частицы — глобулярные образования, окруженные двойной мембраной значительно более плотной консистенции по сравнению с окружающей гиалоплазмой.

Достижения в секвенировании геномов хлоропластов позволяют более успешно проводить генетическую трансформацию этих органелл. Геномы хлоропластов обладают рядом особенностей, способствующих интеграции в них генов с высоким уровнем экспрессии. В последние годы хлоропластный геном все чаще является объектом генно-инженерных исследований и используется в биотехнологических целях. Уникальные свойства хлоропластов служат стимулом к секвенированию и исследованию их полных геномов в результате чего можно будет более эффективно модифицировать функции этих органелл.
16. Размеры геномов прокариот и их структурная организация. Структурно-функциональные свойства ДНК геномов прокариот. Информационная плотность геномов прокариот.

Прокариоты – это организмы, в кл-х кот-х отсутствует оформленное ядро. Его ф-ции вып-т нуклеоид; в отличие от ядра, н-д не имеет собственной оболочки. Тело прокариот состоит из 1-й клетки. При неполном расхождении делящихся кл-к возникают нитчатые, колониальные и полинуклеоидные формы (бактероиды). В прокариотических кл-х отсутствуют постоянные двумембранные и одномембранные органоиды: пластиды и митохондрии, ЭПР, аппарат Гольджи и их производные. Их ф-ции вып-ют мезосомы – складки плазматической мембраны. В цитоплазме фотоавтотрофных прокариот им-ся разнообразные мембранные стр-ры, на кот-х протекают р-ции фотосинтеза. Иногда их наз-ют бактериальными хроматофорами.

Специфическим в-вом кл-ной стенки прокариот яв-ся муреин, однако у некоторых прокариот муреин отсутствует. Поверх кл-ной стенки часто им-ся слизистая капсула. Пространство м\у мембраной и кл-ной стенкой служит резервуаром протонов при фотосинтезе и аэробном дыхании.

Размеры прокариотических кл-к изм-ся от 0,1-0,15 мкм (микоплазмы) до 30 мкм и более. Большинство бактерий имеет размеры 0,2-10 мкм. У подвижных бактерий им-ся жгутики, основой кот-х служит белки флагеллины.



Основу генома кишечной палочки сост-ют кольцевые молекулы ДНК: прокариотические хр-мы и плазмиды. Множество молекул ДНК обр-ет 2 взаимосвязанные подсистемы: хр-ную, плазмидную. Основу хр-ной подсистемы прокариотического генома сост. прокариотическая хр-ма (генофор), входящая в состав н-да . Н-д по морфологии напоминает соцветие цветной капусты и занимает примерно 30% объема цитоплазмы. Бактериальная хр-ма представляет собой кольцевую двуспиральную правозакрученную молекулу ДНК, кот-я свернута во вторичную спираль. Вторичная стр-ра хр-мы поддерживается с помощью гистоноподобных белков и РНК. Точка прикрепления бактериальной хр-мы к мезосоме (складке плазмалеммы) яв-ся точкой начала репликации ДНК (эта точка носит название сайта OriC). Бактериальная хр-ма удваивается перед делением клетки. Репликация ДНК идет в 2 стороны от сайта OriC и завершается в точке TerC. Молекулы ДНК, способные себя воспроизводить путем репликации, наз-ся репликоны. Длина прокариотической хр-мы составляет несколько миллионов нуклеотидных пар (мпн); н-р, минимальная длина ДНК прокариотической хр-мы E. coli штамма MG1655 составляет 4639221 пн. Размер генома прокариот может варьировать от 0,5- до 6 мпн. Примерно 11% ДНК прокариотической хр-мы E. coli представлено «некодирующими» (нетранскрибируемыми) послед-тями. Остальные 89% ДНК транскрибируются или могут транскрибироваться с обр-ем РНК. Примерно 75% транскрипционных единиц ДНК (участок ДНК от промотора до терминатора) содержит 1 ген (обычно это гены «домашнего хозяйства», т.е. гены, необходимые для поддержания жизнед-ти клетки), остальные 25% представляют собой опероны (геном E. coli содержит 600…700 оперонов). Среди функц-щих генов различают: гены «домашнего хозяйства» - ГОФ (гены общеклеточных ф-ций), гены «роскоши» - ГСП (гены специализированных ф-ций - экспрессируются в специализ-х кл-х; гены глобулинов). Кроме бактериальной хр-мы в состав генома прокариот входят плазмиды – кольцевые молекулы ДНК длиной в тысячи п.н. Плазмиды такого размера содержат несколько десятков генов. Обычно это «гены роскоши», обеспечивающие уст-ть к антибиотикам, тяжелым металлам, кодирующие специфические токсины, а также гены конъюгации и обмена генетическим материалом с другими особями. Известны также мелкие плазмиды длиной 2...3 тпн, кодирующие не более 2 белков. У многих бактерий открыты мегаплазмиды длиной порядка миллиона п.н., т.е. немногим меньше бактериальной хр-мы. Сущ-ют плазмиды, представленные одной копией – они реплицируются синхронно с ДНК бактериальной хр-мы. Другие плазмиды могут быть представлены многими копиями, и их репликация происходит независимо от репликации бактериальной хр-мы. Репликация свободных плазмид часто протекает по принципу «катящегося кольца» – с одной кольцевой матрицы ДНК считывается «бесконечная» копия. Некоторые плазмиды могут находиться в автономном и в интегрированном состоянии. В интегрированном состоянии плазмида вкл-ся в состав бактериальной хр-мы в опред-х точках attB. Т.о., одна и та же плазмида может вкл-ся в состав хр-мы и может вырезаться из нее. Это обеспечивает обмен ген-кой инф-цией м\у разными подсистемами прокариотического генома: хр-ной и плазмидной.
17.Особенности функциональной организации генома прокариот (архебактерии, эубактерии).

Существенные отличия выявлены у архебактерий в строении генома. Именно в группе архебактерий наименьший геном среди свободноживущих форм прокариот: у Thermoplasma acidophilum - 0,8*109 Да, изученных метанобразующих бактерий - порядка 1*109 Да (для сравнения молекулярная масса генома Е. coli - 2,5* 109 Да). Но у галобактерий величина генома оказалась больше, чем у Е. coli. Особенность генома архебактерий - наличие многократно повтор-ся нк послед-тей, а в генах, кодирующих белки, тРНК и рРНК, - интронов , что характерно для организации генет-го материала эукариот. У нек-х арх-ий обнаружены основные гистоноподобные белки, связанные с ДНК. Функция - обеспечение опред-ной упаковки ДНК в нуклеоиде. Помимо хромосомной ДНК в клетках архебактерий обнаружены типичные для эубактерий фаги, плазмиды, мигрирующие элементы. Существование механизмов переноса ген. инф. с помощью фагов и плазмид позволяет предполагать, что арх-ии должны как-то защищать собственный ген. материал от чужеродного. У эубактерий эта проблема решена с помощью системы рестрикции-модификации. У эукариот такой системы нет. Найдено, что архебактерий обладают системой рестрикции-модификации, аналогичной эубактериальной. Архебактерии: репликация, транскрипция, трансляция. Инф. об аппарате репликации арх-ий огран-ся данными о выделенной из ограниченного числа видов ДНК- зависимой ДНК-полимеразе. Ген. код арх-ий такой же, как у других организмов. ДНК-зависимая РНК-полимераза арх-ий сочетает св-ва, харак-ые для эукариот и эубактерий. У всех изученных представителей арх-ий РНК-полимераза одной формы осущ-ет транскрипцию всех генов. (н-р у  дрожжей сущ-ют 3 формы РНК-полимеразы, различ-ся функц-но, компонентным составом, чувств-ью к ингибиторам.) Фермент арх-ий отличается структурной сложностью, в его состав входят от 5 до 11 отдельных субъединиц. (РНК-полимеразы эубактерий состоят из 4-8 компонентов, а эукариот - 10-14). Характерным для РНК- полимераз всех эубактерий яв-ся их чувств-ть к антибиотикам, специфически ингибирующим инициацию (рифампицин) и элонгацию (стрептолидигин) транскрипции. Архебактериальная и все РНК-полимеразы эукариот не чувствительны к этим антибиотикам. У арх-ий описан известный только у эукариот процессинг: вырезание из первичного продукта транскрипции опред-ных нк участков, укорачивание и образование зрелых молекул РНК. Процесс трансляции у арх-ий происходит по тому же пути, что и у других организмов, но обнаружены особенности в организации трансляционного аппарата. Рибосомы арх-ий сочетают св-ва, присущие эубактериям и эукариотам: по размерам они схожи с рибосомами эубактерий (имеют константу седиментации 70S, а их субъединицы - 30S и 50S), по форме ближе к 80S рибосомам эукариот. Состав рРНК арх-ий типично эубактериальный (5S, 16S и 23S рРНК), но их первичные структуры отличны от эубактериальных и эукариотных. Изучение нк послед-тей 16S (18S) рРНК разных представителей живого мира привело к выявлению среди прокариот группы арх-ий. Значения коэффициента сходства (SAB), отделяющие рРНК эубактерий, арх-ий и эукариот друг от друга, лежат в области 0,1. Арх-ные 5S рРНК по нк послед-ти отличаются от соответ-их рРНК эубактерий и эукариот. Вторичные структуры этих РНК у различ. представ-ей арх-ий проявляют наличие эубактериальных, эукариотных и уникальных черт в разных соотнош. и по своему разнообразию охватывают широкий спектр структур от эубактериальной до эукариотной. Кол-во рибосомальных белков у арх-ий больше, чем у эубактерий, но меньше, чем у эукариот. Для тРНК арх-ий характерно сходство с остальными организмами по общим принципам организации, но значительные различия по многим частным деталям. Это проявляется, н-р, в специф-ой модификации ряда нк в молекуле арх-ной тРНК, происходящей после окончания транскрипции. Модификации могут быть уник. для арх-ий, общими для эубактерий и эукариот, харак-ми только для эубактерий или только для эукариот. В целом тРНК арх-ий отличается от тРНК эубактерий и эукариот в такой же степени, как последние различаются м/у собой. Несмотря на выявленные многочисл. различия в аппаратах транскрипции и трансляции м/у эубактериями и арх-ми, было показано, что арх-ная ДНК, перенесенная с помощью плазмиды в клетку эубактерий, может считываться в ней, резул-ом чего яв-ся синтез функц-но активных ферментов.
18. Системы регуляции функциональной активности геномов прокариот. Использование прокариот в биотехнологии. Разнообразие размера геномов у представителей различных таксонов одноклеточных эукариот.

Для прокариот характерна регуляция экспрессии генов на уровне транскрипции и осуществляется регуляторным геном.

Гены: структурные гены содержат информацию о структуре белка и РНК (рибосомальных и транспортных); регуляторные гены координируют активность структурных генов на уровне клетки и на уровне организма( ген-регулятор лактозного оперона, ген ТFМ и др.)

Гены прокариот в геноме группируются вместе в структурные единицы (опероны). Согласно теории Жакоба и Моно, оперонами называют участки молекулы ДНК, которые содержат информацию о группе функционально взаимосвязанных структурных белков, и регуляторную зону, контролирующую транскрипцию этих генов. Оперон содержит 3 гена,которые кодируют ферменты:ацетилаза,пермеаза,β-галактозидаза.

Лактозный оперон может быть: «выключен»- репрессирован, или «включен» -экспрессирован. Для регуляции работы оперона необходимы еще два гена: ген, кодирующий белок–репрессор, и ген, кодирующий белок СYА. Белок СYА катализирует образование цАМФ из АТФ. Если в клетке имеется глюкоза, то белок СYА вступает с ней в реакцию и переходит в неактивную форму. Таким образом, глюкоза блокирует синтез цАМФ и делает невозможным присоединение РНК-полимеразы к промотору. Итак, глюкоза является репрессором. Если же в клетке имеется лактоза, то она взаимодействует с белком–репрессором и превращает его в неактивную форму. Белок–репрессор, связанный с лактозой, не может присоединиться к оператору и не преграждает путь РНК-полимеразе. Итак, лактоза является индуктором. Оперон «включен»: лактоза поступает в клетку и соединяется с белком–репрессором, оператор освобождается и РНК-полимераза соединяется с промотором; осуществляется процесс транскрипции. Оперон «выключен» - белок репрессор соединен с оператором, РНК-полимераза не может присоединиться к промотору, транскрипция отсутствует; синтеза ферментов нет.

Т.е.У бактерий используется два принципиальных способа регуляций экспрессий генов:

-регуляция связывания РНК-полимеразы с промоторами;

-регуляция перемещения связавшиеся РНК-полимеразы от промотора к генам.

Благодаря большому разнообразию бактерий, обладающих широким диапазоном биохимического состава и своеобразием протекающих в них реакций, бактерии наиболее часто служат биотехнологическими объектами. Из биомассы бактерий получают различные органические вещества, в частности, аминокислоты, разнообразные белковые вещества, в том числе ферменты. Бактерии являются удобным объектом для генетических исследований, так как быстро размножаются и содержат плазмидную ДНК, способную включать в свой состав чужеродные фрагменты. Генетически модифицированные и иммобилизованные на носителях клетки бактерии используются в научно-исследовательских и промышленных целях. Наиболее изученной и широко применяемой в генноинженерных исследованиях клеткой является кишечная палочка, обитающая в толстом кишечнике человека. Одним из направлений микробиологии в биотехнологическом производстве является создание микроорганизмов-продуцентов. Природные микроорганизмы, как правило, обладают низкой продуктивностью тех веществ, производство которых необходимо. Для биотехнологии нужны высокопродуктивные штаммы микроорганизмов. Их создают методами селекции – направленного отбора спонтанных или индуцированных (химическими мутагенами или радиацией) мутантов. Получение таких штаммов занимает иногда многие годы. В результате селекции производительность продуцентов удается увеличить в сотни-тысячи раз. Например, в работе с Penicillium методами селекции выход пенициллина был увеличен, в конце концов, примерно в 10 тыс. раз по сравнению с исходным диким штаммом.

Показатель величины С у эукариот обычно гораздо больше, чем у прокариот, но существуют и исключения. Например, дрожжи Saccharomyces cerevisiae имеют геном меньше, чем многие грамположительные бактерии и . Поскольку эукариотический геном имеет множественные точки инициации репликации, эукариоты способны реплицировать гораздо большие количества ДНК примерно за то же время, которое необходимо для значительно меньших по размеру прокариотических геномов . Отклонения в величине С у эукариот гораздо больше, чем у бактерий: от 8.8*106 н.п. до 6.9*1011н.п., приблизительно в 80,000 раз! Отсутствие соответствия между величиной С и предполагаемым количеством генетической информации, содержащейся внутри генома, известно как парадокс величины С (C-value парадокс). Суть его в следующем: а) размеры генома большинства эукариот настолько велики, что их потенциальная информационная емкость намного превышает реальное число генов; б) виды одного и того же рода могут существенно (в несколько раз) отличаться по величине генома; Избыточность величины генома конкретно выражается в наличии многочисленных семейств повторяющейся ДНК. Единственным "виновником" существования С-парадокса остается некодирующая фракция ДНК. Как было установлено, количество негенной ДНК на геном варьирует у эукариот от 3.0*10 6до более чем 1.0*1011 н.п. (в 100,000 раз!) и составляет от 30% до почти 100% всего генома


19. Структурная организация генетического аппарата эукариотической клетки.

Структурная организация г-ма на всех ур-х обесп-т выполнение осн-х ф-ций, связанных с хранением, защитой, воспроизведением и реализацией ген-тич-й инфо., заключенной в г-мных НП.



: uploads
uploads -> Стоматология история открытий
uploads -> Санкт-Петербург Москва
uploads -> В интернатуру/ординатуру на конкурсной основе принимаются лица, имеющие высшее профессиональное образование
uploads -> Занятие №1 Эргономика в стоматологии. Ручные дентальные вращающиеся инструменты. Вспомогательные приспособления и средства для эстетической реставрации зубов, их назначение. Средства изоляции от ротовой жидкости
uploads -> Тема №1 Клинические и лабораторные этапы изготовления вкладок, виниров. Особенности одонтопрепарирования под вкладки, виниры. Моделирование вкладок, виниров из воска, пластмассы
uploads -> Дважды в день следует чистить зубы, межзубные промежутки, после чего полоскать ротовую полость с помощью ополаскивателя
uploads -> Профилактика кариеса и заболеваний десен
uploads -> Памятка после санации и/или после проведения профессиональной гигиены полости рта


  1   2   3   4


База данных защищена авторским правом ©stomatologo.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница