Биомедицина

1. Структурная организация хроматина.

Хромосомы состоят из ДНК и белков, которые образуют нуклеопротеиновый комплекс-хроматин. В среднем в хроматине около 40% ДНК и 60% приходится на белки, среди которых специфические ядерные белки – гистоны составляют 40-80% от всех белков. Кроме того, в состав хроматина входят мембранные компоненты, РНК, липиды, углеводы, гликопротеиды. Если хроматин упакован плотно, его называют конденсированным или гетерохроматином, он хорошо видим под микроскопом. Если хроматин упакован неплотно, его называют эу- или интерхроматином. Этот вид хроматина гораздо менее плотный при наблюдении под микроскопом и обычно характеризуется транскрипционной активностью.

Сохраняя преемственность в ряду клеточных поколений, хроматин в зависимости от периода и фазы клеточного цикла меняет свою организацию.

Уровни организации хроматина:

1-ый. Спираль ДНК. Имеет диаметр 2 нм.

2-ой. Нуклеосомная нить. 4 вида нулеосомных гистонов H2B, H2B, H3, H4 по 2 молекуле образуют шайбу или белковые коры. Вокруг таких белковых кор спирально закручивается ДНК, вокруг одной коры 146 нуклеотидных пар. Свободные от контакта с белковыми телами, называются связующими(линкерными). Один цикл-200 нуклеотидных пар. Диаметр – 10 нм.

3-ий. Хроматиновая фибрилла. Дальнейшая упаковка ДНК, которая обеспечивается гистоном Н1, который соединяясь с линкерной ДНК и с двумя соседними белковыми телами сближает из друг с другом, в результате образуется новая структура диаметром 20-30 нм.

4-ый. Интерфазная хромонема. Диаметр 100-200 нм. Структурная организация обусловлена укладкой хроматиновой фибриллы в петли.

5-ый. Метафазная хромотида. Максимальная спирализованная хромонема, диаметр 600 нм.

2. Формы хромосом. Денверская классификация.

Хромосома состоит из следующих частей:

А) центромера(первичная перетяжка).

Б) плечи – части хромосомы по сторонам от центромеры.

В) теломеры – конечные участки плечей.

В области центромеры находится кинетохоры – место прикрепления клеточного веретена.

В зависимости от места положения центромеры и длины плеч, расположенных по обе стороны от неё, различают несколько форм хромосом:

1. Метацентрические(равноплечие) – с центромерой посередине, ровными плечами.
2. Субметацентрические – центромера сдвинута к одному из концов, плечи неодинаковой длины.
3. Акроцентрические(палочковидные) – центромера расположена практически на конце хромосомы, одно плечо практически отсутствует.
4. Телоцентрические – центромера расположена у конца хромосом, подковообразная форма.

Денверская классификация.

Была предложена в 1960 г.

Учитывает не только размер хромосом, но и форму, положение центромеры, наличие вторичных перетяжек и спутников. Согласно этой классификации, 23 пары хромосом человека разбили на 7 групп – от A до G.

Группа А содержит 3 пары длинных хромосом (1-3), каждую из которых можно легко индивидуализировать. Самые крупные хромосомы. Хромосомы 1,3 являются метацентриками, хромосома 2 – субметацентрична

Группа В содержит две пары хромосом (4-5). Они короче хромосом из группы А и являются субметацентриками;

Группа С содержит 6 пар аутосом (6-12), хромосомы 6,7,8,11,12 – средние субметацентрики, их трудно индивидуализировать. К этой группе по размеру относится Х-хромосома, которая отличается тем, что заканчивает синтез ДНК позднее других, по размерам и морфологии сходна с 6 и 7.

Группа D содержит 3 пары хромосом (13-15). Хромосомы средних размеров имеют почти терминальное расположение центромеры – акроцентрики. Все они имеют спутники, морфологически похожи;

Группа Е состоит из 3 пар коротких хромосом (16-18). Хромосомы 16-й пары являются метацентриками. Хромосомы 17-й и 18-й пары, похожи между собой и являются субметацентриками;

Группа F имеет 2 пары самых маленьких метацентрических хромосом (19-20), которые неотличимы друг от друга;

Группа G состоит из 2-х пар хромосом (21-22). Это очень короткие акроцентрические хромосомы со спутниками, трудно различимы, хотя несколько отличаются по величине и морфологии. К ним примыкают У-хромосома, которая выделяется как самостоятельная, несколько длиннее и имеет на длинном плече вторичную перетяжку.

3. 5. Денверская классификация. Ответ во 2 вопросе.
4. Кариотип человека. Идиограмма.

Кариотип – диплоидный набор хромосом, свойственный соматическим клеткам организмов данного вида, являющийся видоспецифическим признаком и характеризующийся определенным числом, строением и генетическим составом хромосом. Кариотип, представляющий собой клеточный хромосомный комплекс, является постоянным. Являясь видовой характеристикой организмов, кариотип может отличаться у отдельных организмов. Каждый вид хромосом в кариотипе содержит определенный комплекс генов и представлен двумя гомологами. У человека нормой является наличие хромосом, количество которых равно 46. 22 пары аутосом и 2 половые хромосомы: ХХ у женщин и ХY у мужчин( 44+ХХ и 44+xy). В соматических клетках организмов содержится диплоидный – 2n(двойной) набор хромосом, а в гаметах – гаплоидный -1n(одинарный).

Для описания и исследования хромосом по предложению С.Г. Навашина их располагают в виде идиограммы.

Идиограмма – это систематизированный кариотип, в котором хромосомы располагаются по мере уменьшения их размеров.

7. Карты хромосом человека.

Карты хромосом – схемы, отражающие порядок расположения генов и других генетических элементов на хромосоме с указанием расстояния между ними. Генетическое расстояние измеряется по частоте рекомбинаций между гомологичными хромосомами и выражается в сантиморганидах (сМ). одна сМ соответствует частоте рекомбинаций, равной 1%. Длина всего генома человека равна примерно 3000-3500 сМ.

Впервые в 1913 — 1915 годах на возможность построения генетических карт хромосом указывают Т. Морган и его сотрудники. Οʜᴎ экспериментально показали, что основываясь на явлениях сцепления генов и кроссинговера можно построить генетические карты хромосом. Возможность картирования основана на постоянстве процента кроссинговера между определенными генами. Генетические карты хромосом составлены для многих видов организмов: насекомых, грибов, для бактерий и вирусов.

Генетические карты человека используются в медицине при диагностике ряда тяжелых наследственных заболеваний человека(патологическая анатомия генома человека). В исследованиях эволюционного процесса сравнивают генетические карты разных видов живых организмов.

8. Теломеры и теломеразы.

Теломеры – концевые участки хромосом, которые не несут генетической информации и защищают ДНК от расщепления нуклеазами(группа ферментов, гидролизирующих фосфодиэфирную связь между субъединицами нуклеиновых кислот), и предотвращают слияние молекул. Участвуют в фиксации хромосом к ядерному матриксу, обеспечивая правильную ориентацию хромосом в ядре. Выступают в качестве регулятора количества клеточных делений. Каждое деление клетки сопровождается укорочением теломеры на 50-65 пар нуклеотидов. В отсутствие теломеразной активности количество делений клетки будет определяться протяженностью оставшихся теломер.

В результате репликации молекула ДНК окажется реплицированной не полностью, если не произойдет репликации теломер.

Таким образом, теломеры играют важную роль в создании специфической архитектуры и внутренней упорядоченности клеточного ядра.

Теломераза (ДНК-нуклеотидилтрансфераза) – фермент, восстанавливающий длину теломер, обеспечивает сохранность генетической информации при каждым делением клетки.  Теломераза есть только в зародышевых клетках и клетках опухолей, в соматических клетках теломераза отсутствует. Состоит из белка и РНК. РНК служит матрицей для синтеза теломер.

9. Понятие о геноме. Геном прокариот. Геном митохондрий.

Геном – вся совокупность наследственного материала, заключенного в гаплоидном наборе хромосом данного вида организма. Геном видоспецифичен. При половом размножении в процессе оплодотворения объединяются геномы двух родительских половых клеток, образуя генотип нового организма. Генотип – это генетическая конституция организма, представляет собой совокупность всех наследственных задатков его клеток, заклченных в их хромосомном наборе – кариотипе.

Структурная организация генома является фундаментальным таксономическим признаком, лежащим в основе современной систематики животного и растительного мира. В соответствии со структурной организацией генома все живые организмы разделяют на два надцарства – прокариот и эукариот. К прокариотам относят организмы, геном которых не заключен в ядро, ограниченное ядерной мембраной, и его редупликация не сопровождается митозом. В отличие от эукариот геном прокариот построен очень компактно. Количество некодирующих последовательностей нуклеотидов минимально. Для кодирования белков часто используются всего две или все три рамки считывания одной и той же последовательности нуклеотидов гена, что повышает кодирующий потенциал их генома без увеличения его размера. Простота строения генома прокариот объясняется их упрощенным жизненным циклом.

Геном митохондрий. Митохондрии представляют собой окруженные двойной мембраной органеллы , специализирующиеся на синтезе АТФ. Митохондрии имеют собственную ДНК и аппарат белкового синтеза. Секвенирование генома митохондрий человека в 1981 году. Митохондриальный геном содержит 16 569 пар оснований и кодирует две рибосомные РНК, 29 транспортной РНК и 13 полипептидов.

Строение митохондриальной ДНК. Кольцевая двухцепочная ДНК. Высокая «плотность генов». В кольцевой мтДНК содержится 13 генов и 22 гена тРНК.

Количество мтДНК. В каждой соматической клетке содержится около 1000 митохондрий.

Наследуется по материнскому типу.

Геном непрерывен не содержит интронов, нет гистонов и системы репарации ДНК. Траскрибируется мтДНК обе цепи. Общим свойством всех митохондриальных геномов является максимальная структурная компактность при максимальной информационной нагруженности. Это достигалось за счет изменений генетического кода, которые позволили сократить необходимый для считывания набор тРНК. Митохондриальные генетические коды различных организмов не только отличаются от универсального генетического кода, но и различаются между собой.

10. Генетический аппарат вирусов.

В природе, носителем генетической информации являются нуклеиновые кислоты. Известно два основных типа нуклеиновых кислот: ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота). У большинства живых организмов нуклеиновые кислоты содержатся в ядре и цитоплазме (клеточном соке). Вирусы, хоть и являются неклеточными структурами, но также содержат нуклеиновые кислоты. По типу содержащейся нуклеиновой кислоты вирусы разделяют на два класса: ДНК-содержащие и РНК-содержащие. К ДНК-содержащим вирусам относятся вирусы гепатита В, герпес и др. РНК-содержащие микроорганизмы представлены гриппом и парагриппом, вирусом иммунодефицита человека (ВИЧ), гепатитом А и пр. У данных микроорганизмов, как и у прочих живых организмов, нуклеиновые кислоты играют роль носителя генетической информации. Информация о структуре различных белков (генетическая информация) закодирована в структуре нуклеиновых кислот в виде специфических последовательностей нуклеотидов (составных частей ДНК и РНК). Гены вирусных нуклеиновых кислот кодируют разнообразные ферменты и структурные белки. ДНК и РНК вирусов являются материальным субстратом наследственности и изменчивости этих микроорганизмов – двух основных составляющих в эволюции вирусов в частности и всей живой природы в целом. У всех живых организмов, кроме вирусов, генетический аппарат состоит из двунитевой молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), а рибонуклеиновая кислота (РНК), выполняющая в клетках роль переносчика информации, всегда однонитевая. У вирусов же существуют все возможные варианты устройства генетического аппарата: одно- и двунитевая РНК, одно- и двунитевая ДНК. При этом и вирусная РНК, и вирусная ДНК могут быть либо линейными, либо замкнутыми в кольцо.

11. Характеристика генома человека.

Основное количество ДНК локализировано в хромосомах (99,5%), внехромосомная часть генома человека – это ДНК митохондрий (0,5%). Совсем небольшое количество составляют отдельные кольцевые молекулы ДНК в ядре и в цитоплазме. В ядерной или хромосомной ДНК только 25-30% составляют гены и их регуляторные участки. Лишь 10% относящейся к генам ДНК является кодирующей.

12. Строение ДНК. Особенности пространственной организации.
13. Свойства и функции ДНК.
14. Репликация ДНК. Характеристика репликативного комплекса.
15. Основные пути передачи наследственной информации.
16. Репикация ДНК. Инициация.
17. Репликация ДНК. Полимеризация. Терминация.
18. Строение и функции Мрнк.
19. Строение и функции Ррнк.
20. Строение и функции Трнк.F