[АКАДЕМИЯ]: Генетика (Genetics) «ДНК – основа наследственности». Часть вторая

Привет! Я продолжаю конспект курса генетика от Новосибирского государственного университета для проекта Академия от @ontofractal . Сегодня публикую «ДНК – основа наследственности» вторую часть.  Из первого конспекта мы узнали, что такое ДНК, ее состав, что такое ген, его структуру и генетический код. Продолжаем углубляться в тему генетики.  

  Геном

Как мы уже знаем, структура ДНК двойная, то есть можно сказать, что клетки ядерных организмов, а в предыдущем конспекте мы рассматривали именно структуру гена эукариота, имеют диплоидный набор хромосом. Его половинный набор называется гаплоидным. В нем есть все необходимые гены, вот именно эту половину ДНК и называют геномом. 

Геном – это совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом данного организма.   

Геномы состоят из миллионов и миллиардов пар нуклеотидов. У человека их примерно 3 миллиарда, но есть и другие организмы, которые превосходят размер генома человека во много раз. Так, например, у рыбы протоптера в 40 раз больше пар нуклеотидов, чем у нас с вами. А у репчатого лука 15 миллиардов, что в 5 раз больше генома человека. А вот у рыбы фугу их, можно сказать, совсем мало, все лишь несколько каких-то сотен миллионов. 

Секвенирование ДНК

Секвенирование ДНК – это методы прочтения последовательности нуклеотидов в молекуле.  

Секвенирование ДНК начало свое развитие в 70-х годах прошлого столетия, благодаря бурному развитию геном человека был отсеквентирован и мы узнали, что генов, которые кодируют белки не так уж и много, как предполагалось и просчитывалось раньше, у нас их всего 23 тысячи. Как выяснили учены это связано с тем, что у всех ядерных организмов есть еще часть, которая не кодирует белки ДНК, так называемая молчащая ДНК. Эта часть составляет 95%, или даже более, всего генома. Ее составляют регуляторные последовательности, которые мы упоминали в первой части, гены для рибосомных, регуляторных и транспортных РНК. Но еще огромная часть молчащей ДНК остается не изучена. 

Что мы еще знаем о молчащей ДНК

1. Многие локусы мало изменились в процессе эволюции, другие же мутировали, наоборот, в повышенной скоростью. 
2. У молчащей ДНК встречаются многократные повторы последовательностей нуклеотидов, их количество достигает миллиона копий.
3. Еще встречаются транспозоны, которые самопроизвольно перемещаются по геному. Несмотря на то, что эти зоны ничего не кодируют, они способны вызывать дефекты у белковых молекул. Их перемещение строго определено по времени. Происходит это в период деления клеток. Доля транспозон очень велика. В геноме человека их примерно 50%.   

Хромосомы  

Хромосомы – это (др.-греч. χρῶμα — цвет и σῶμα — тело) — нуклопротеидные структуры в ядре эукариотической клетки, в которых сосредоточена большая часть наследственной информации и которые предназначены для её хранения, реализации и передачи.  

1. Характеристики эукариотических хромосом:
2. Они линейны, то есть имеют начало и конец 
3. Содержится много некодирующей ДНК 
4. Содержат именно двойные хромосомы 

У человека 23 пар хромосом, то есть всего их у нас 46, у шимпанзе и горилл их 48, а вот у кошки 38. Такие парные хромосомы называют гомологичными. Их половинный набор называется гаплоидным.  Из чего состоит хромосома:  хроматида, центромера, теломера, короткое и длинное плечо.

Хроматида – это одна отдельная нить ДНК 

Центромера – место скрепления молекул ДНК и делит хромосому на короткое и длинное плечо. Весь хромосомный комплекс полностью называется кариотип. 

Кариотип женщины и мужчины  

Женский и мужской кариотип у человека и у млекопитающих всегда будут отличатся по одной хромосоме, их называют половыми хромосомами. Так у женщины будет две большие половые хромосомы Х, а у мужчины две разные хромосомы – крупная Х и маленькой Y. В каждой хромосоме собраны разнообразные гены. Так у мужчин и женщин протекают разные биохимические процессы в организме, формируются разные белки. 

Один из методов изучения хромосом – это идиограмма с дифференцированной окраской, которую получают с помощью флуоресцентных красителей. 

В результате получаются хромосомы, с по-разному окрашенными участками. Участки становятся более четкими, а их рисунок индивидуальным. Такой метод помог выявить некоторые интересные факты и геноме человека. Например, у человека и у человекообразных обезьян есть одинаковые хромосомы. Если рассматривать хромосомы человека по участкам, то точно такое же участки можно встретить в других хромосомах разных организмов.  

Деление клетки. Митоз и мейоз 

Перед делением каждая клетка удваивает свою ДНК, происходит репликация. Полная репликация происходит за 9 часов. После завершения этого процесса клетка может начинать свое деление. Наиболее обычный способ - это митоз.  Митоз состоит из кариокинеза (деление ядра) и цитокинез (деление тела клетки). 

В свою очередь деление ядра тоже имеет несколько стадий: интерфаза, профаза (хромосомы укорачиваются и утолщаются, ядерная оболочка разрушается и хромосомы оказываются в цитоплазме), метафаза (хромосомы прикрепляются к нитям веретена деления), анафаза (хромосомы разделяются и расходятся к полюсам), телофаза (хромосомы деспирализуются).  

Мейоз – это половое размножение с передачей наследственной информации от родителей к детям. Длительность мейоза гораздо больше, длится такое размножение может несколько дней, недель или месяцев. Мейоз проходит в два этапа, при этом репликация ДНК происходит только один раз перед первым этапом. Такой вид размножения позволяет объединить генетический материал сразу двух организмов без увеличения ДНК от поколения к поколению. В результате мейоза происходит перетасовка наследственного материала клеток с помощью кроссинговера. 

Прокариоты 

Прокариоты – это безъядерные организмы. Они тоже имеют ДНК. Рассмотрим сходства и различия с ДНК эукариотами. 

Сходства: 

• двойная спирать  
• ДНК образована двумя полинуклеотидными молекулами 
• в молекуле есть комплементарные пары основания (аденин-тимин и гуанин-цитозин) 

Различия: 

в каждой клетке находится только одна молекула ДНК 

• молекула не линейна, а замкнута сама на себя 
• при упаковке никогда не используются белки по типу гистоновых 
• размер генома всего несколько миллионов, а не миллиардов, как у ядерных клеток

Что для вас было наиболее интересным и впечатляющим в данной неделе курса? 

По моему мнению, геном человека – это величайшее открытие, которое сделали учены. Благодаря этому мы можем узнать, кто и откуда были наши предки, определять родство, обнаружить расположенность человека к какому-то виду болезни. Мы даже можем определить в каком виде спорта у нашего ребенка будут наивысшие результаты, или определить каким талантом наградила его природа. Зная свой геном, можно составить диету или план тренировок с максимальной эффективностью и пользой для нашего здоровья. Впечатляет? Меня очень!)    

Изображения 1, 2, 3, 4, 5, 6