Упаковка хромосом

Содержание
  1. Cell Biology.ru
  2. Гистоновые гены (Сингер Гены и геномы)
  3. Гистон H1
  4. Аналоги гистонов
  5. аналоги H2A
  6. аналоги Н3
  7. аналоги Н1
  8. Экспрессия гистоновых генов и сборка нуклеосом
  9. Гистоны прокариот
  10. Как работает ДНК? Популярно объясняем азы генетики!
  11. Что такое ДНК?
  12. И для чего нужна днк?
  13. Так, не торопитесь. Что такое РНК?
  14. А рнк чем занимается?
  15. Зачем нужны белки?
  16. Хорошо, а гены и ДНК – это не одно и то же?
  17. Внутри гена есть генетический код, правильно?
  18. Так как можно «запрограммировать» белок?
  19. Чем ген отличается от генома?
  20. Как редактируют ДНК?
  21. Узнать больше
  22. Хромосомы: строение, функции. Число хромосом – УчительPRO
  23. Клетка — генетическая единица живого
  24. Хромосомы
  25. Число хромосом и их видовое постоянство
  26. Хромосомная теория наследственности
  27. Строение и функции хромосом. Размножение в органическом мире. Строение половых клеток
  28. 1.14. Размножение в органическом мире
  29. Строение половых клеток
  30. Из чего состоит ДНК | Структура цепей и молекул ДНК
  31. Использование в медицине
  32. Строение молекулы ДНК
  33. Процесс упаковки ДНК спиралей
  34.  Как гены связаны с ДНК
  35. Хромосома: определение и описание
  36. Наследственные болезни
  37. Синтез РНК
  38. Синтез белка при помощи генов
  39. Факты о ДНК

Cell Biology.ru

Упаковка хромосом

Гистоны – белки образующие комплекс связывающийся с ДНК и участвующий в сворачивании ДНК – фолдинге и регуляции экспрессии.
Характеристика гистонов

гистонаминокислотN-плечоC-плечо
H31354125
H410232
H2A1292416
H2B1253023
H1

Выделяют 5 фракций гистонов

ФракцияЛизинАргининлиз./аргосн.АК/кис.АКМол. вес (Да)
Н1 (очень богатая лизином)29%1%>205.423000
Н2В (умеренно богатая лиз)16%6%~2.51.713774
Н2А (умеренно богатая лиз и арг)11%9%~11.413960
Н4 (богатая арг и гли)11%14%~0.82.511282
Н3 (очень богатая арг); есть цис, а в других – нет10%13%~0.71.815348

рис.1 Общая структура для гистонов H2A, H2B, H3, H4. Три центральные а-спирали образующие фолд домен и свободные концевые участки подвергаемые различным модификациям (см. обзор Модификации гистонов)

Гистоновые гены (Сингер Гены и геномы)

видгруппа гистоновых геновкластер, тпнчисло копий
Дрожжи Sc←H2A→H2B ←H3→H46 и 132 2
Dm←H3→H4←H2A→H2B←H15100
Морской еж S.purpuratus→H1→H4→H2B→H3→H2A рассеянные, нек образ пары6-7500 ранние 10 поздние
Тритон N.viridescens←H4←H2A→H2B←H3←H19700
XenopusH3-H4-H2A-H2B-H1B-H3-H4 →H3→H4←H2A→H2B16 625
Курица←H3→H2A←H4-H1←H2A→H2B H2A-H4-H2A-H2B H3-H4H5 (вместо Н1 в эритроцитах)14 >10>1010 1
ЧеловекH3-H4-H4-H3-H2A-H2B H4-H3-H1-H2B-H2A→H2A→H2B←H420 15610-20 5неизвестно

Большинство гистоновых генов (гг) синтезируется в S-фазе клеточного цикла. Гг объединены в кластеры но транскрибируются отдельно. У птиц и млекопит рассеяны по геному. Большинство реплицирующихся гг лишены интронов, у мРНК нет 3'-poly(A)-конца.

Морской еж: на ранних стадиях развития функционируют специфические гг, ответственные за быстрый синтез гистонов. После образования бластулы начинается синтез других гг.

Dm: гг находятся во второй х-ме.

В эмбриогенезе, возможно, гистоны образуются с альтернативных гг.

Гистон H1

Гистон H1 соединяется с нуклеосомой ДНК и участвует в образовании 30 нм фибриллы. Присутствует у животных, растений и грибов. У некоторых архебактерий имеются схожие аналоги.

human H1 gene

Гистон H2A

Гистон H2B

Гистон H3

Гистон H4

Аналоги гистонов

гистонHs, MmDmSc
H2AH2AX H2A1 H2A.Z H2ABbdmacroH2AH2AvH2AvHtz1
H2B
H3H3.3 Cid
H4
H1H1.1 H1.2 H1.3 H1.4 H1.5 H10 H1tH1ooHho1p

аналоги H2A

H2AX – играет роль в репарации ДНК, SQEY мотиф Р в сайтах где ДНК повреждена и собирает репарирующие белки. H2A.X фосфорилируется во время апоптоза, что приводит к разрушению ДНК, участвует по крайней мере в одном пути репарации у мышей (см. обзор Репарация ДНК). (Smith et al., 2002) H2A1 – инактивация Х-х-мы и дозовая компенсация у млекопит. H2A.

Z (Htz1 у дрожжей) существенный белок дрозофилы, мышей и Sc. вовлеченный в активацию и подавление транскрипции. (Swaminathan 2005) H2Av Dm пресутствует в хромоцентре гетерохроматина и связан с транскрибируемыми и нетранскрибируемыми генами в дисках и междисков политенной хромосомы.

His2Av схож генетически с PcG генами и мутации в His2Av подавляют PEV, предполагает что выриант гистона необходим для эухроматинового сайленсинга и образования гетерохроматина.

[attention type=yellow]

His2Av мутанты обнаруживают уменьшение ацетилирования гистона H4 лизина Lys 12, увеличивается метилирование гистона H3 Lys 9, и уменьшается соединение HP1 с прецентромерными регионами. H2Av накопление или ацетилирование H4K12 не затрагивается мутациями в Su(var)3-9 или Su(var)2-5.

[/attention]

В каскаде ведущему к установлению гетерохроматина и присоединению варианта H2Av обеспечивается H4K12 ацетилированием, являющемся необходимым шагом для метилирования H3K9 и просоединения HP1. (Swaminathan 2005) H2ABbd (Barr body deficient) вариантгистона с 48% идентичностью к гистону H2A обнаружен в 2001 г.

H2ABbd короче чем обычный H2A, и содержит последовательнотсь из шести аргининов на конце и имеет нестандартный для всех H2A С-конец. Аминокислотная последоватльность фолд домена гистона H2ABbd существенно отличается от H2A

macroH2A инактивация Х-хромосомы у млекопитающих. MacroH2A участвует в присоединении транскрипционного фактора и SWI/SNF нуклеосомном ремоделингею. (Gautier, 2004)

аналоги Н3

(Dm) H3.3 – в активном хроматине, Cid – компонент прицентромерного гетерохроматина. Перемещение H3 только при репликации, H3.3, Cid во всем кл цикле | перемещение H3.3 не согласуется с репликацией | H3 отличается от H3.3 на 4 аминокислоты. зависимости м-у увеличением уровня ацетилирования гистонов и повышения уровня экспрессии (Smith, 2002) Гистон H3.

3 вовлечен в репликацию ДНК и может лужить маркером роматиновых регионов высокой транскрипционной активности.(Smith, 2002) Гены гистонов имеют 3’ нетранскрибируемый район вместо poly(A)-конца. Dm: один ген кодирует Сid и два Н3.3 вне S фазы Н3.3 и Н3 встраиваются во время репликации, Н3.3 и Cid могут встраиваться не зависимо от репликации.

Н3-подобный центромерный гистон СеnН3 наблюдается у разных животных, грибов и растений. Н3.3-подобный гистон в активном макронуклеусе Ciliate. Варианты Н3 занимают малую часть хроматина и их свойства обычно не наблюдаются.(Ahmad, 2002) Сначало собирается (H3-H4)2 – тетрамер и затем добавляются два H2A-H2B димера.

Новые гистоны собираются, добавляется H1 и модифицируются гистоновые плечи. (Ahmad, 2002)

PCNA – proliferating cell nuclear antigene

аналоги Н1

H1.1-H1.5,H10,H1t – субтипы у млекопит. Гистон H5 в придшеств эритроцитов курицы
H1oo был обнаружен в ооцитах мыши. H5 встречается только у амфибий и рептилий, где он обнаружен в изобилии в транскрипционно неактивных ядрах эритроцитов. Ядро зрелых эритроцитов почти полностью гетерохроматиновое, что позволяет поддерживать малый объем хроматина.

Экспрессия гистона H5 коррелирует с прекращением работы RNA-полимеразы II. Предполагается, что гистон H5 участвует в инактивации генома и является частью программы конечной дифференциации эритроцитов. Гистон H1.0 гомолог млекопитающих близок по структуре к H5 чем к H1. Исследования показали что его колличество увеличивается в клетках закончивших дифференцировку.

Оверэкспрессия гистона H1.0 способна замедлить прохождение клеточного цикла и подавить экспрессию. H1.0 может конкурировать с одинаковыми последовательностями хроматина с RNA-полимеразой II. H1 состоит из центрального глобулярного домена фланкированного по краям хвостовыми доменами. Наибольшее различие между вариантами заключается в различии их хвостовых доменов.

N-конец не требуется для индукции высокоорганизованных структур. С-конец необходим для сворачивания хроматина, но не существеннен в защите от нуклеаз связанного с присоединением гистона H1. Точечная мутация и делеционные эксперименты с участием гистона H1.

1 показали что одиночное фосфорилирование cdk в пределах С-концевого домена может отвечать за сборку всей гистоновой молекулыe. (Th’ng 2005)

Экспрессия гистоновых генов и сборка нуклеосом

Во время репликации материнские гистоны случайно распределяются по обеим цепям ДНК. Вновь синтезированные гистоны дополняют нуклеосомы. Разделение нуклеосом и добавление новых гистонов, степень репликации и синтез гистонов четко координируется. Во время S-фазы происходит синтез ДНК, синтез гистонов и образование нуклеосом.

Эти три события начинаются одновременно в начале S-фазы. Если подавлять синтез ДНК ингибиторами, то подавляется и синтез гистонов. Механизм точного контроля не известен.

[attention type=red]

При ингибировании синтеза гистонов или сборки хроматина также происходит ингибирование синтеза ДНК

[/attention]Человеческий белок HIRA (histone regulator A) ответственен за контроль синтеза гистонов. Hir1p, Hir2p -репрессоры транскрипции гистонов Sc.В фибробластах Hs HIRA колокализуется с HDAC4.

HIRA – субстрат циклинаА или E/cdk2 в S-фазе. Фосфорилирование HIRA циклином/cdk2 регулирует экспрессию гистонов во время клеточного цикла. SLBP – белок стабилизирующий гистоновую мРНК.

CAF1 (Chromatin Assembly Factor) – белковый комплекс из 3 субъед: 150, 60, 50 кДа связывает вновь образ гистоны Н3 и Н4 с ДНК с образованием тетрамера, содержит p150, p60 и p48. Активность CAF1 зависит от связи p150CAF1 с p60CAF1 и с вспомогательными факторами репликации, PCNA (Adams, 2001 scientific report) Вновь синтезируемые H3 и H4 связываются первыми двумя субъединицами (150, 60), из которых пид 150 кДа обладает заряженным доменом, а др содержит в своем составе WD-повтор(TrpAsn). Затем к нуклеосоме добавляются H2A и H2B так же при участии шаперонов с образованием октамера. Шапероны способны запасать гистоны, перемещать к ядру, обменивать гистоны на ДНК, укладывать гистоны в нуклеосому.
Транскрипция ДНК в нуклеосоме подавляется Swi-Snf комплексом.

Гистоны прокариот

Нуклеоид прокариот представляет ~100 петель. Эти петли конденсированы основными протеинами и другими плохо изученными факторами. HU белки (Hu-1 и Hu2) ~18кДа существуют как гетеродимеры. H-NS белок 16,5 кДа формирует димер связывающий ДНК. Имеется ~20000 H-NS молекул, что составляет один димер на ~400пн ДНК.
У аналогов коровых гистонов архебактерий отсутствуют 'хвосты'.

Литература: 

  1. Drlica K, Rouviere-Yaniv J. (1087) Histone proteins of bacteria. Microbiol Rev. 51(3):301-19. Adams, 2001
  2. Downs, 2003
  3. H. KASINSKY, J. LEWIS, J. DACKS, J. AUSIO (2001) Origin of H1 linker histones. The FASEB Journal;15:34-42
  4. C. M. Smith et al., (2002).

    Proc Natl Acad Sci U S A Ahmad, 2002

  5. Th'ng JP, Sung R, Ye M, Hendzel MJ. (2005) H1 family histones in the nucleus. Control of binding and localization by the C-terminal domain.
  6. J Biol Chem. Jul 29;280(30):27809-14.

    Epub 2005 May 23

  7. Gautier Histone variant H2ABbd confers lower stability to the nucleosome, 2004
  8. Chadwick & Willard, 2001
  9. Swaminathan J, Baxter EM, Corces VG.

    (2005) The role of histone H2Av variant replacement and histone H4 acetylation in the establishment of Drosophila heterochromatin. Genes Dev. Jan 1;19(1):65-76.

Источник: https://cellbiol.ru/book/organizatsiya_khromosom/upakovka_dnk/gistony

Как работает ДНК? Популярно объясняем азы генетики!

Упаковка хромосом

С появлением первых «ГМО-детей» в Китае и вообще потоком новостей о редактировании ДНК стало ясно, что разбираться в генетике жизненно важно каждому из нас. «Лаба» начинает серию простых гайдов, чтобы разобраться в этой науке. А то как-то совсем тревожно.

Что такое ДНК?

ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) – это макромолекула, главное хранилище наследственной информации и генетической программы развития и функционирования живого организма. 

ДНК имеет двухцепочечную структуру, где каждая цепочка представляет собой последовательность нуклеотидов: аденина, тимина, цитозина и гуанина. Нуклеотиды работают как небольшие «магнитики», которые сцепляют эти две цепочки водородными связями. Аденин соединяется только с тимином, а цитозин – с гуанином.

Длина ДНК обычно измеряется в числе пар нуклеотидов. У человека их около 3 миллиардов. ДНК человека сохраняется в ядре любой человеческой клетки в виде набора из 23 пар (в норме) хромосом.

И для чего нужна днк?

Соединенные вместе цепочки (знаменитая «двойная спираль» ДНК) представляют собой нечто похожее на винтовую лестницу. Каждая ступенька – это та самая пара нуклеотидов, например, аденин – тимин.

Крепления между ступеньками довольно прочные, а вот сами ступеньки – шаткие и легко переламываются, то есть разъединяются. И тогда на одной цепочке остается аденин, а на другой – тимин.

Это нужно для того, чтобы специальные белки могли «расплетать» ДНК и собирать на основе каждой цепочки комплементарную последовательности ДНК другую цепочку – РНК. Этот процесс называется транскрипцией.

Так, не торопитесь. Что такое РНК?

РНК (рибонуклеиновая кислота) – это одноцепочечная последовательность, которая может выполнять совершенно разные задачи. РНК – своего рода зеркальное отражение ДНК. Если в ДНК на одном месте стоит гуанин, то в РНК на том же месте будет цитозин, и наоборот. Помните: нуклеотиды похожи на магнитики и соединяются только по парам.

Тем же самым зеркальным образом в РНК сохраняется та информация, что есть в ДНК.

А рнк чем занимается?

ДНК находится в ядре клетки, в специальных упаковках-хромосомах. А вот основная работа по синтезу белков происходит в цитоплазме клетки, где белки собирает специальная «машинка» – рибосома. Она связана с РНК. 

Говоря по-простому, дело обстоит так. Белок расплетает ДНК, копирует информацию на РНК (зеркальным образом), а РНК доставляет информацию рибосоме. 

В процессе этой доставки («процессинга») РНК проходит через целую последовательность преобразований, в частности, из нее вырезается информация, которая рибосоме не нужна. 

Рибосома двигается по РНК по ней, шаг за шагом расшифровывая генетический код, строит из подходящих аминокислот новые белки. Этот процесс называется трансляцией.

Зачем нужны белки?

Для того, чтобы клетка жила. 

Некоторые белки поддерживают метаболизм клетки. Другие – вновь расплетают ДНК, строят РНК и доставляют информацию рибосоме. Третьи – организуют и реализуют деление клетки. Основную работу внутри клетки делают именно белки.

Если опять применить компьютерную метафору (надеюсь, ученые нас не побьют за огрубление), то ядро клетки с ДНК внутри, – это такой харддиск, где хранятся и данные, и программы. 

Белки – это как раз программы, которые автоматически загружаются с харддиска и обрабатывают полученные данные.

Хорошо, а гены и ДНК – это не одно и то же?

Гены – часть цепочки ДНК. Это специальным образом оформленные – с концом и началом – отрезки цепочки, в которых закодированы белки и РНК. Внутри каждого гена находится особая последовательность нуклеотидов (например, ген CCR5 состоит 339 нуклеотидов). 

Все гены, кодирующие белки, составляют около 2% ДНК. Еще 1% генов отвечают за кодирование РНК. А около 80% генов внутри ДНК выполняют вспомогательные функции, в частности, упаковки ДНК в ядре. Функции почти 20% ДНК в настоящее время неясны.

Внутри гена есть генетический код, правильно?

Да. Чтобы нормально синтезировать нужный белок и запустить его работу, информацию из ДНК надо доставить рибосоме, которая непосредственно занимается сборкой. Рибосома собирает белки из 20 аминокислот, а в ДНК только четыре нуклеотида.

Четырьмя нуклеотидами невозможно закодировать все 20 аминокислот – не хватает вариантов. Как же быть? 

Спасает в этой ситуации как раз тот самый генетический код. Точнее, процесс кодирования с помощью нуклеотидов, выстроенных в определенную последовательность. Аминокислота кодируется последовательностью из трех нуклеотидов в гене. Это позволяет «запрограммировать» не только 20, а 64 аминокислоты (в природе столько не нужно, так ученые уже пытаются понять, что еще могут делать аминокислоты)!

Так как можно «запрограммировать» белок?

Рибосома сдвигает по РНК считывающую рамку. Когда она считывает старт-кодон (это фиксированный набор из трех аминокислот, который дает команду: «Начало»), начинается считывание информации, необходимой для синтеза белка.

Рамка сдвигается – всегда на три нуклеотида – и рибосома поэтапно присоединяет нужную аминокислоту. Когда рамка считывает стоп-кодон, синтез завершается. 

Если при всей этой довольно сложной (и потому не самой надежной) процедуре будет потерян хотя бы один нуклеотид, рамка сдвинется неправильно и все последующие аминокислоты будут считаны неверно. Белок в таких условиях либо не удастся построить, либо он так изменится, что перестанет выполнять свои функции.

Описанная выше работа генетического кода – одно из древнейших изобретений эволюции, он работает практически одинаково как у человека, так и у бактерии.

Чем ген отличается от генома?

Геном – это весь наследственный материал организма, который содержит 3,1 млрд пар нуклеотидов.

Как редактируют ДНК?

Об этом мы совсем скоро напишем отдельный гайд. Все-таки процесс не самый простой, а вы, наверное, уже устали читать. Попробуем объяснить основную идею редактирования ДНК.

Раз уж мы знаем, где на «харддиске» человеческой клетки хранится кодирующая белки и РНК информация, давайте мы ее немного поправим! Это позволит изменить всю работу клеток и всего организма. Но на этом пути очень много опасностей. О каких-то мы уже знаем, другие невозможно вычислить. По крайней мере, пока.

Узнать больше

Следите за обновлениями курса «Это все плохие гены!» Скоро здесь будет еще больше материалов, которые, как мы надеемся, позволят вам лучше понимать, что именно делают с нашей ДНК ученые (и хорошо ли это).

Кроме того, можете посмотреть запись интереснейшей трансляции с ведущим российским генетиком Денисом Ребриковым, проректором РНИМУ им. Н.И.Пирогова.

Он рассказал, как можно редактировать ДНК на обычной кухне и вообще старался как можно понятнее объяснять сложные генетические процессы:

Источник: https://laba.media/materials/kak-rabotaet-dnk-populiarno-obiasniaem-azy-genetiki

Хромосомы: строение, функции. Число хромосом – УчительPRO

Упаковка хромосом

Раздел ЕГЭ: 2.7. Клетка — генетическая единица живого. Хромосомы, их строение (форма и размеры) и функции. Число хромосом и их видовое постоянство. Соматические и половые клетки.

Жизненный цикл клетки: интерфаза и митоз. Митоз — деление соматических клеток. Мейоз. Фазы митоза и мейоза. Развитие половых клеток у растений и животных. Деление клетки — основа роста, развития и размножения организмов.

Роль мейоза и митоза

Клетка — генетическая единица живого

Клетка — структурно-функциональная элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов (кроме вирусов и вироидов — форм жизни, не имеющих клеточного строения). Обладает собственным обменом веществ, способна к самовоспроизведению.

Содержимое клетки отделено от окружающей среды плазматической мембраной. Внутри клетка заполнена цитоплазмой, в которой расположены различные органеллы и клеточные включения, а также генетический материал в виде молекулы ДНК. Каждая из органелл клетки выполняет свою особую функцию, а в совокупности все они определяют жизнедеятельность клетки в целом.

Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — макромолекула (одна из трёх основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Молекула ДНК хранит биологическую информацию в виде генетического кода, состоящего из последовательности нуклеотидов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков.

Хромосомы

Хромосомы— нуклеопротеидные структуры клетки, в которых сосредоточена большая часть наследственной информации и которые предназначены для её хранения, реализации и передачи. Хромосомы чётко различимы в световом микроскопе только в период митоза или мейоза. Набор всех хромосом клетки, называемый кариотипом.

Хромосома образуется из единственной и чрезвычайно длинной молекулы ДНК, которая содержит группу множества генов. Комплекс белков, связанных с ДНК, образует хроматин.

Хроматин — нуклеопротеид, составляющий основу хромосом, находится внутри ядра клеток эукариот и входит в состав нуклеоида у прокариот.

Именно в составе хроматина происходит реализация генетической информации, а также репликация и репарация ДНК.

Строение хромосомы лучше всего видно в метафазе митоза. Она представляет собой палочковидную структуру и состоит из двух сестринских хроматид, удерживаемых центромерой в области первичной перетяжки.

Под микроскопом видно, что хромосомы имеют поперечные полосы, которые чередуются в различных хромосомах по-разному. Распознают пары хромосом, учитывая распределение светлых и темных полос (чередование АТ и ГЦ — пар). Поперечной исчерченностью обладают хромосомы представителей разных видов. У родственных видов, например, у человека и шимпанзе, сходный характер чередования полос в хромосомах.

Генов, кодирующих различные признаки, у любого организма очень много. Так, по приблизительным подсчетам, у человека около 120 тыс. генов, а видов хромосом всего 23. Все это огромное количество генов размещается в этих хромосомах.

Число хромосом и их видовое постоянство

Каждый вид растений и животных в норме имеет строго определенное и постоянное число хромосом, которые могут различаться по размерам и форме. Поэтому можно сказать, что число хромосом и их морфологические особенности являются характерным признаком для данного вида. Эта особенность известна как видовое постоянство числа хромосом.

Число хромосом в одной клетке у разных видов: горилла – 48, макака – 42, кошка – 38, собака – 78, корова – 120, ёж -96, горох – 14, береза – 84, лук – 16, пшеница – 42. Наименьшее число у муравья – 2, наибольшее у одного из видов папоротника – 1260 хромосом на клетку.

В кариотипе человека 46 хромосом — 22 пары аутосом и одна пара половых хромосом. Мужчины гетерогаметны (половые хромосомы XY), а женщины гомогаметны (половые хромосомы XX).

 Y-хромосома отличается от Х-хромосомы отсутствием некоторых аллелей. Например, в Y-хромосоме нет аллеля свертываемости крови.

[attention type=green]

В результате гемофилией болеют, как правило, только мальчики.

[/attention]

Хромосомы одной пары называются гомологичными. Гомологичные хромосомы в одинаковых локусах (местах расположения) несут аллельные гены (гены, отвечающие за один признак).

Хромосомная теория наследственности

Хромосомная теория наследственности создана выдающимся американским генетиком Томасом Морганом (1866—1945):

  1. ген представляет собой участок хромосомы. Хромосомы, таким образом, представляют собой группы сцепления генов.
  2. аллельные гены расположены в строго определенных местах (локусах) гомологических хромосом.
  3. гены располагаются в хромосомах линейно, т. е. друг за другом.
  4. в процессе образования гамет между гомологичными хромосомами происходит конъюгация, в результате которой они могут обмениваться аллельными генами, т.е. может происходить кроссинговер. Гены одной хромосомы не наследуются сцепленно.

Явление кроссинговера помогло ученым установить расположение каждого гена в хромосоме, создать генетические карты хромосом (хромосомные карты). Вероятность расхождения двух генов по разным хромосомам в процессе кроссинговера зависит от расстояния между ними в хромосоме.

К настоящему времени при помощи подсчета кроссинговеров и других, более современных методов построены генетические карты хромосом многих видов живых существ; гороха, томата, дрозофилы, мыши. Кроме того, успешно продолжается работа по составлению генетических карт хромосом человека, что может помочь в борьбе с различными неизлечимыми пока болезнями.

Это конспект биологии для 10-11 классов по теме «Хромосомы: строение, функции. Число хромосом». Выберите дальнейшее действие:

Источник: https://uchitel.pro/%D1%85%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%BE%D1%81%D0%BE%D0%BC%D1%8B/

Строение и функции хромосом. Размножение в органическом мире. Строение половых клеток

Упаковка хромосом

Хромосомы — структуры клетки, хранящие и передающие наследственную информацию. Хромосома состоит из ДНК и белка. Комплекс белков, связанных с ДНК, образует хроматин. Белки играют важную роль в упаковке молекул ДНК в ядре.

ДНК в хромосомах упакована таким образом, что умещается в ядре, диаметр которого обычно не превышает 5 мкм (5-10-4 см).

Упаковка ДНК приобретает вид петельной структуры, похожей на хромосомы типаламповых щеток амфибий или политенных хромосом насекомых.

Петли поддерживаются с помощью белков, которые узнают определенные последовательности нуклеотидов и сближают их. Строение хромосомы лучше всего видно в метафазе митоза.

Хромосома представляет собой палочковидную структуру и состоит из двух сестринских хроматид, которые удерживаются центромерой в области первичной перетяжки. Каждая хроматида построена из хроматиновых петель. Хроматин не реплицируется. Реплицируется только ДНК.

Рис. 14. Строение и репликация хромосомы

С началом репликации ДНК синтез РНК прекращается. Хромосомы могут находиться в двух состояниях: конденсированном (неактивном) и деконденсированном (активном).

Диплоидный набор хромосом организма называют кариотипом. Современные методы исследования позволяют определить каждую хромосому в кариотипе.

Для этого учитывают распределение видимых под микроскопом светлых и темных полос (чередование AT и ГЦ-пар) в хромосомах, обработанных специальными красителями. Поперечной исчерченностью обладают хромосомы представителей разных видов.

У родственных видов, например у человека и шимпанзе, очень сходный характер чередования полос в хромосомах.

Каждый вид организмов обладает постоянным числом, формой и составом хромосом. В кариотипе человека 46 хромосом — 44 аутосомы и 2 половые хромосомы. Мужчины гетерогаметны (ХУ), а женщины гомогаметны (XX).

У-хромосома отличается от Х-хромосомы отсутствием некоторых аллелей (например, аллеля свертываемости крови). Хромосомы одной пары называют гомологичными.

Гомологичные хромосомы в одинаковых локусах несут аллельные гены.

1.14. Размножение в органическом мире

Размножение — это воспроизведение генетически сходных особей данного вида, обеспечивающее непрерывность и преемственность жизни.

Бесполое размножение осуществляется следующими путями:

  • простым делением на две или сразу на много клеток (бактерии, простейшие);
  • вегетативно (растения, кишечнополостные);
  • делением многоклеточного тела пополам с последующей регенерацией (морские звезды, гидры);
  • почкованием (бактерии, кишечнополостные);
  • образованием спор.

Бесполое размножение обычно обеспечивает увеличение численности генетически однородного потомства. Но когда ядра спор образуются в результате мейоза, потомство от бесполого размножения будет генетически разным.

Половое размножение — процесс, в котором объединяется генетическая информация от двух особей.

Особи разного пола образуют гаметы. Женские особи производят яйцеклетки, мужские — сперматозоиды, обоеполые особи (гермафродиты) производят и яйцеклетки, и сперматозоиды. А у некоторых водорослей сливаются две одинаковых половых клетки.

[attention type=yellow]

При слиянии гаплоидных гамет происходит оплодотворение и образование диплоидной зиготы.

[/attention]

Зигота развивается в новую особь.

Все вышеперечисленное справедливо только для эукариот. У прокариот тоже есть половой процесс, но происходит он по-другому.

Таким образом, при половом размножении происходит смешивание геномов двух разных особей одного вида. Потомство несет новые генетические комбинации, что отличает их от родителей и друг от друга.

Один из видов полового размножения — партеногенез, или развитие особей из неоплодотворенной яйцеклетки (тли, трутни пчел и др.).

Строение половых клеток

Яйцеклетки — круглые, сравнительно крупные, неподвижные клетки. Размеры — от 100 мкм до нескольких сантиметров в диаметре. Содержат все органоиды, характерные для эукариотической клетки, а также включения запасных питательных веществ в виде желтка. Яйцеклетка покрыта яйцевой оболочкой, состоящей в основном из гликопротеидов.

Рис. 15. Строение яйцеклетки птицы: 1 — халаза; 2 — скорлупа; 3 — воздушная камера; 4 — наружная подскорлуновая оболочка; 5 — жидкий белок; 6 — плотный белок; 7 — зародышевый диск; 8 — светлый желток; 9 — темный желток.

У мхов и папоротников яйцеклетки развиваются в архегониях, у цветковых растений — в семяпочках, локализованных в завязи цветка.

Яйцеклетки подразделяют следующим образом:

  • изолецитальные — желток распределен равномерно и его немного (у червей, моллюсков);
  • алецитальные — почти лишены желтка (млекопитающие);
  • телолецитальные — содержат много желтка (рыбы, птицы);
  • полилецитальные — содержат значительное количество желтка.

Овогенез — образование яйцеклеток у самок.

В зоне размножения находятся овогонии — первичные половые клетки, размножающиеся митозом.

Из овогониев после первого мейотического деления образуются овоциты первого порядка.

После второго мейотического деления образуются овоциты второго порядка, из которых формируется одна яйцеклетка и три направительных тельца, которые затем гибнут.

Сперматозоиды — мелкие, подвижные клетки. В них выделяют головку, шейку и хвост.

В передней части головки находится акросомальный аппарат — аналог аппарата Гольджи. В нем содержится фермент (гиалуронидаза), растворяющий оболочку яйцеклетки при оплодотворении. В шейке расположены центриоли и митохондрии.

Жгутики сформированы из микротрубочек. При оплодотворении в яйцеклетку попадают только ядро и центриоли сперматозоида. Митохондрии и другие органоиды остаются снаружи.

Поэтому цитоплазматическая наследственность у людей передается только по женской линии.

[attention type=red]

Половые клетки животных и растений, размножающихся половым путем, образуются в результате процесса, называемого гаметогенезом.

[/attention]

Сперматогенез — процесс превращения сперматогониев в сперматозоиды включает следующие этапы:

  • сперматогонии делятся на две дочерние клетки — сперматоциты первого порядка;
  • сперматоциты первого порядка делятся мейозом (1-е деление) на две дочерние клетки — сперматоциты второго порядка;
  • сперматоциты второго порядка приступают ко второму мейотическому делению, в результате которого образуются четыре гаплоидные сперматиды;
  • сперматиды после дифференцировки превращаются в зрелые сперматозоиды.

, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник: https://kaz-ekzams.ru/biologiya/uchebnaya-literatura-po-biologii/biologia-repetitor/537-stroenie-i-funkcii-xromosom-razmnozhenie-v-organicheskom-mire-stroenie-polovyx-kletok.html

Из чего состоит ДНК | Структура цепей и молекул ДНК

Упаковка хромосом
Из чего состоит ДНК? Кому и когда удалось найти эту молекулу в клетках людей, и прочих живых существ? В чём уникальность открытия механизма наследования и чем это обернулось для всего человечества, читайте далее в этой статье.

Открытие дезоксирибонуклеиновой кислоты произошло в 1869 году.

И принадлежит открытие Иоганну Фридриху Мишеру. Он был биологом из Швейцарии и занимался изучением гноя. По большому счёту открытие можно назвать случайным, и сам Мишер не понял, что именно он открыл. Он назвал своё открытие нуклеином.

А позже нуклеиновой кислотой, когда у неё обнаружились кислотные свойства.

Назначение этой кислоты было загадочно и неизвестно, хотя некоторые учёные уже поднимали вопрос о наследственности и существовании механизмов наследования. Современное представление о том из чего состоит цепь ДНК, было сформировано Д. Уотсоном и Ф. Криком в 1953 году.

Несколько ранее, в середине тридцатых годов советские ученые А.Р. Кезеля и А.Н. Белозерский доказали, что ДНК встречается у всех живых видов. До их работы считалось, что эта молекула присутствует только в организме животных видов, а в растениях присутствует только РНК.

Тот факт, что дезоксирибонуклеиновая кислота является механизмом сохранения наследственной информации, был открыт только в 1944 году группой исследователей из Освальда. Так, совокупными усильями разных учёных мира была приоткрыта тайна эволюционного процесса и механизмов в его основе.

Использование в медицине

Открытие того из чего состоит молекула ДНК дало толчок к развитию множества новых услуг и направлений экспериментальной медицины. Благодаря новым технологиям, которые стали возможны вследствие исследования генома, сегодня почти любому доступны:

  1.      Диагностика заболеваний на сверхранней стадии. Анализ позволяет выявить инфекцию, даже если заболевание находится в инкубационном периоде, и нет ни каких симптомов.
  2.      Определение отцовства. Так же материнства и прочих родственных связей. При этом различные тесты можно проводить, как с участием потенциальных родителей, так и без них.
  3.      Тестирование на непереносимость пищевых продуктов. Какие вещества хорошо усваиваются организмом, какие плохо или не усваиваются вовсе, что вызывает аллергические реакции – всё это расскажут результаты индивидуального исследования.
  4.      Анализ этнической принадлежности – с какими народами перекрещивались далекие предки, и какие национальности формируют вас сегодня.
  5.      Исследование на наличие наследственных заболеваний, в том числе и спящих, которые передаются через поколение и более.

И это только самые востребованные тесты, имеющие коммерческий интерес и полезные для простого обывателя. Если говорить о перспективах лабораторных научных исследований, то многие учёные-генетики не без энтузиазма готовятся совершить самое великое открытие за всю человеческую историю – победить болезни и саму смерть.

Строение молекулы ДНК

Дезоксирибонуклеиновая кислота состоит из двух цепочек нуклеотидов, которые объединены меж собой водородными связями и закручиваются в двойную спираль. Нуклеотиды в каждой цепи – это кирпичики, из которых складываются гены, биологическая их кодировка.

Для каждого гена его место положения в цепочке и порядок нуклеотидов условно одинаков. Условно поскольку у одного гена возможны вариации, различное расположение некоторых нуклеотидов в составе гена.

Но, в таком случае вместе со сменой структуры меняется и функциональность самого гена.

У всех живых организмов клеточная структура и эти клетки содержат внутри себя ядро – такие клетки называются эукариоты. У бактерий и архей (древних одноклеточных организмов) такого ядра нет. Так же ядра в клетке нет у вирусов и вироидов ( инфекционных агентов, вызывающих болезни растений), но считать ли их живыми до сих пор вопрос дискуссионный.

Ядра клеток содержат в себе структуры, хранящие наследственную информацию – хромосомы. А вот сама хромосома и содержит внутри себя спиральную молекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты, которая осуществляет функцию хранения наследственной информации.

Процесс упаковки ДНК спиралей

Спираль генов, как не казалась бы она мала, всё же очень большая для микромира. Вероятно отсюда и её спиральная форма, которая позволяет ей быть более компактной. Помимо обычной спиральности ДНК может закручиваться и в форму суперспирали.

Суперспирализация – это явление, когда двойная спираль накручивается на гистоновый белок, и получается, что-то вроде биокатушки.

Если закручивание в двойную спираль укорачивает цепочку генов в 5 или 6 раз, то суперспирализация доводит это сокращение до 30 раз.

 Как гены связаны с ДНК

Гены это самая изученная и расшифрованная на сегодня часть ДНК. Так, каково строение генов ДНК? Фактически цепочки нуклеотидов из генов и состоят. Именно гены определяют цвет глаз, волос, форму черепа, рост, группу крови и прочие физиологические качества.

Остаётся ещё много областей генома, функциональность которых не известна. Всё, что пока о них могут сказать генетики, это то, что данные области генома не участвую (по крайней мере, напрямую) в формировании организма и его функционировании.

Хромосома: определение и описание

Считается, что хромосомы это нуклеотидные биомеханизмы, которые находятся в ядре клетки. Эти биомеханизмы являются носителями и передатчиками наследственной информации, и в свою очередь содержат в себе двойную спираль дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Чем отличаются хромосомы друг от друга

На примере Х хромосомы, цепи нуклеотидов могут пересекаться внутри хромосомы различно:

  1.  В перекрестии хромосомы, пересекаясь точно посередине друг друга.
  2.  Там же, но пересекаясь не точно.

Во втором случае одни концы получившегося перекрестия будут длиннее, а другие короче. Называют такие концы длинным и коротким плечом хромосомы. Отсюда и форма Y хромосомы, у которой ярко выражены длинные плечи, а короткие настолько не велики, что схематически не указываются.

Науке известных хромосомы трёх основных форм:

  •  Х хромосома, которая встречается у женщин и у мужчин.
  •  Y хромосома, встречающаяся только у мужчин.
  •  В хромосома изредка встречается у растений, и считается отмирающей, поскольку редко наследуется. Обычно её наличие в растении связывают с его слабостью и болезненностью.

Всего в клетке человеческого организма находится 46 парных хромосом: 22 пары «обычных» и одна пара половых (ХХ у женщин и XY у мужчин). Интересный факт – если добавить или отнять всего одну пару хромосом, человек может стать помидором или орангутангом.

Наследственные болезни

Генетический код это очень многофункциональная и противоречивая структура. С одной стороны он должен хранить информацию в неизменном эталонном виде, и эта функция проявляется возможностью ДНК восстанавливать искусственные повреждения в следующем поколении. С другой же стороны, геном может быть либо поврежден, либо измениться сам, что называют мутацией.

Мутации естественное свойство генов, и последствия этих мутация бывают, как отрицательные, так и положительные. Хоть мутации и называют поломками, но это определение спорно. Некоторые мутации в чём-то ослабляют организм – именно эти мутации и ищут во время тестирования на непереносимость пищевых продуктов.

Такие мутации создают повышенные риски возникновения, какого либо заболевания при соблюдении некоторых факторов. Соответственно, если исключить эти факторы из своей жизни, то с ними будут исключены и вероятности возникновения заболевания.

Существуют и более сложные повреждения ДНК человека, которые вызывают врождённые наследственные заболевания. Например, одна лишняя хромосома в 21 паре вызывает у человека болезнь Дауна с самого рождения.

Расшифровка ДНК клетки это большое и дорогостоящее исследование всех известных человеческих генов. А после завершения исследовательского проекта «Геном человека» это порядка 25 тысяч генов. И хоть расшифровка значительно подешевела, и за прошедший десяток лет упала со ста тысяч долларов до двух тысяч на одного человека, далеко не каждому это покажется приемлемой ценой.

Для удешевления медицинских и генетических исследований всю расшифровку генома разделили тематически. Так стали появляться различные тестирования, по этому принципу они и планируются – выборка генов отвечающих за интересующие тематику исследования процессы.

Синтез РНК

Нуклеотиды (из которых формируются гены) подразделяются на 4 образующих элемента: аденин, тимин, гуанин и цитозин, которые содержат остатки фосфора, пептозы и азотистого основания. В цепочках ДНК эти нуклеотиды располагаются параллельно друг другу строгими парами: аденин только с тимином, а гуанин только с цитозином.

Необходимо подчеркнуть, что молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты  ни целиком, ни частично не может (или не должна) покинуть пределов ядра. РНК выступает в роли копии участка цепи генома, которая способна покинуть ядро, попасть в саму клетку и воздействовать на идущие в ней процессы. И происходит это удивительным образом:

  •  Спираль генов раскручивается на одном из своих участков и формирует развернутые нити обоих цепочек генов.
  •  К развернутому участку подходит специальный фермент-строитель и поверх этого участка синтезирует копию.
  •  У копии есть одно ключевое отличие от оригинальной структуры нуклеотидов: тимин во всех парах ней заменён на урацил. Это и позволяет ей покидать пространство ядра клетки.

Синтез белка при помощи генов

Основное взаимодействие, которое происходит между генами и клеткой заключается в том, что разные гены могут заставлять клетку синтезировать различные белки с самыми неожиданными свойствами.

Так группа генов участвующих в процессе старения клетки может, как заставить её стареть быстрее, так и омолаживаться.

Тоесть, генов не только много, каждый из них может спровоцировать синтез нескольких видов белка.

Факты о ДНК

  1.      Редко, но бывают случаи, когда при беременности сначала развиваются близнецы, но потом они сливаются в единого человека. У таких людей двойное ДНК.
  2.      Иногда и генная криминалистика даёт сбои. Так, после пересадки костного мозга в теле пациента присутствует некоторое количество ДНК донора, и это может привести к ошибке тестирования.
  3.      Самым похожим на человеческий геном ДНК обладают земляные черви.
  4.      Вся цифровая информация в мире могла бы поместиться в двух граммах дезоксирибонуклеиновой кислоты.

Источник: https://mygenetics.ru/blog/genetika/iz-chego-sostoit-dnk/

Сам себе врач
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: