Єдиний генетичний код живої речовини. Генетичний код як спосіб запису спадкової інформації

ГЕНЕТИЧНИЙ КОД, система запису спадкової інформації у вигляді послідовності основ нуклеотидів у молекулах ДНК (у деяких вірусів – РНК), що визначає первинну структуру (розташування амінокислотних залишків) у молекулах білків (поліпептидів). Проблема генетичного коду була сформульована після доказу генетичної ролі ДНК (американські мікробіологи О. Ейвері, К. Мак-Леод, М. Маккарті, 1944) та розшифровки її структури (Дж. Вотсон, Ф. Крик, 1953), після встановлення того, що гени визначають структуру та функції ферментів (принцип «один ген - один фермент» Дж. Бідла та Е. Тейтема, 1941) і що існує залежність просторової структури та активності білка від його первинної структури (Ф. Сенгер, 1955). Питання про те, як комбінації з 4 основ нуклеїнових кислот визначають чергування 20 звичайних амінокислотних залишків у поліпептидах, вперше поставив Г. Гамов у 1954 році.

На підставі експерименту, в якому досліджували взаємодії вставок і випадень пари нуклеотидів, в одному з генів бактеріофага Т4 Ф. Крик та інші вчені в 1961 році визначили загальні властивості генетичного коду: триплетність, тобто кожному амінокислотному залишку в поліпептидному ланцюзі трьох підстав (триплет, або кодон) у ДНК гена; зчитування кодонів у межах гена йде з фіксованої точки, в одному напрямку і «без ком», тобто кодони не відокремлені будь-якими знаками один від одного; виродженість, або надмірність, - той самий амінокислотний залишок можуть кодувати кілька кодонів (кодони-синоніми). Автори припустили, що кодони не перекриваються (кожна основа належить лише одному кодону). Пряме вивчення кодуючої здатності триплетів було продовжено з використанням безклітинної системи синтезу білка під контролем синтетичної матричної РНК (мРНК). До 1965 генетичний код був повністю розшифрований в роботах С. Очоа, М. Ніренберга і Х. Г. Корани. Розкриття таємниці генетичного коду стало одним із видатних досягнень біології в 20 столітті.

Реалізація генетичного коду в клітині відбувається в ході двох матричних процесів – транскрипції та трансляції. Посередником між геном та білком є ​​мРНК, що утворюється в процесі транскрипції на одній із ниток ДНК. При цьому послідовність основ ДНК, яка несе інформацію про первинну структуру білка, «переписується» у вигляді послідовності основ мРНК. Потім у ході трансляції на рибосомах послідовність нуклеотидів мРНК зчитується транспортними РНК (ТРНК). Останні мають акцепторний кінець, до якого приєднується амінокислотний залишок, і адаптерний кінець або антикодон-триплет, який дізнається відповідний кодон мРНК. Взаємодія кодону та анти-кодону відбувається на підставі комплементарного спарювання основ: Аденін (А) – Урацил (U), Гуанін (G) – Цитозин (С); при цьому послідовність основ мРНК переводиться в амінокислотну послідовність білка, що синтезується. Різні організми використовують для однієї і тієї ж амінокислоти різні кодони-синоніми з різною частотою. Зчитування мРНК, що кодує поліпептидний ланцюг, починається (ініціюється) з кодону AUG, що відповідає амінокислоті метіоніну. Рідше у прокаріотів ініціюючими кодонами служать GUG (валін), UUG (лейцин), AUU (ізолейцин), у еукаріотів - UUG (лейцин), AUA (ізолейцин), ACG (треонін), CUG (лейцин). Це задає так звану рамку або фазу зчитування при трансляції, тобто далі всю нуклеотидну послідовність мРНК зчитують триплет за триплетом тРНК до тих пір, поки на мРНК не зустрінеться будь-який з трьох кодонів-термінаторів, часто званих стоп-кодонами: UAA, UAG , UGA (таблиця). Зчитування цих триплетів призводить до завершення синтезу поліпептидного ланцюга.

Кодони AUG і стоп-кодони стоять відповідно на початку та в кінці ділянок мРНК, що кодують поліпептиди.

Генетичний код квазіуніверсальний. Це означає, що існують невеликі варіації у значенні деяких кодонів у різних об'єктів, і це стосується насамперед кодонів-термінаторів, які можуть бути значними; наприклад, в мітохондріях деяких еукаріотів і у мікоплазм UGA кодує триптофан. Крім того, у деяких мРНК бактерій та еукаріотів UGA кодує незвичайну амінокислоту - селеноцистеїн, а UAG в однієї з архебактерій - піролізин.

Існує точка зору, згідно з якою генетичний код виник випадково (гіпотеза «замороженого випадку»). Імовірніше, що він еволюціонував. На користь такого припущення говорить існування більш простого і, мабуть, більш давнього варіанта коду, який зчитується в мітохондріях згідно з правилом «два з трьох», коли амінокислоту визначають лише дві з трьох основ у триплеті.

Літ.: Crick F. Н. а. о. General natural of the genetic code for proteins // Nature. 1961. Vol. 192; The genetic code. N. Y., 1966; Ічас М. Біологічний код. М., 1971; Як читається генетичний код: правила та винятки // Сучасне природознавство. М., 2000. Т. 8; Ратнер В. А. Генетичний код як система // Соросівський освітній журнал. 2000. Т. 6. №3.

С. Г. Інге-Вечтом.

Кожен живий організм має особливий набір білків. Певні сполуки нуклеотидів та їх послідовність у молекулі ДНК утворюють генетичний код. Він передає інформацію про будову білка. У генетиці було прийнято певну концепцію. Відповідно до неї, одному гену відповідав один фермент (поліпептид). Слід сказати, що дослідження про нуклеїнові кислоти та білки проводилися протягом досить тривалого періоду. Далі у статті докладніше розглянемо генетичний код та його властивості. Буде також наведено коротку хронологію досліджень.

Термінологія

Генетичний код – це спосіб зашифрування послідовності білків амінокислот за участю нуклеотидної послідовності. Цей спосіб формування відомостей уражає всіх живих організмів. Білки – природні органічні речовини з високою молекулярністю. Ці сполуки також є у живих організмах. Вони складаються з 20 видів амінокислот, які називаються канонічними. Амінокислоти вибудовані в ланцюжок і з'єднані в встановленій послідовності. Вона визначає структуру білка та його біологічні властивості. Зустрічається також кілька ланцюжків амінокислот у білку.

ДНК та РНК

Дезоксирибонуклеїнова кислота – це макромолекула. Вона відповідає за передачу, зберігання та реалізацію спадкової інформації. ДНК використовує чотири азотисті основи. До них належать аденін, гуанін, цитозин, тимін. РНК складається з тих же нуклеотидів, крім того, у складі якого перебуває тімін. Замість нього є нуклеотид, що містить урацил (U). Молекули РНК і ДНК є нуклеотидні ланцюжки. Завдяки такій структурі утворюються послідовності – "генетичний алфавіт".

Реалізація інформації

Синтез білка, що кодується геном, реалізовується за допомогою об'єднання мРНК на матриці ДНК (транскрипції). Також відбувається передача генетичного коду послідовність амінокислот. Тобто має місце синтез поліпептидного кола на мРНК. Для зашифрування всіх амінокислот та сигналу закінчення білкової послідовності достатньо трьох нуклеотидів. Цей ланцюг називається триплетом.

Історія дослідження

Вивчення білка та нуклеїнових кислот проводилося тривалий час. У середині 20 століття нарешті з'явилися перші ідеї про те, яку природу має генетичний код. 1953 року з'ясували, що деякі білки складаються з послідовностей амінокислот. Щоправда, тоді ще не могли визначити їх точну кількість, і з цього приводу точилися численні суперечки. У 1953 році авторами Вотсоном і Криком було опубліковано дві роботи. Перша заявляла про вторинну структуру ДНК, друга говорила про її допустиме копіювання за допомогою матричного синтезу. Крім того, було зроблено акцент на те, що конкретна послідовність підстав - це код, який несе спадкову інформацію. Американський та радянський фізик Георгій Гамов припустився гіпотези кодування та знайшов метод її перевірки. У 1954 році була опублікована його робота, в ході якої він висунув пропозицію встановити відповідності між бічними амінокислотними ланцюгами та "дірками", що мають ромбоподібну форму, і використовувати це як механізм кодування. Потім його назвали ромбічним. Роз'яснюючи свою роботу, Гамов припустив, що генетичний код може бути триплетним. Праця фізика стала однією з перших серед тих, які вважалися близькими до істини.

Класифікація

Через кілька років пропонувалися різні моделі генетичних кодів, що являють собою два види: перекриваються і неперекриваються. В основі першої було входження одного нуклеотиду до складу кількох кодонів. До неї належить трикутний, послідовний та мажорно-мінорний генетичний код. Друга модель передбачає два види. До тих, що не перекриваються, відносяться комбінаційний і "код без ком". В основі першого варіанта лежить кодування амінокислоти триплетами нуклеотидів і головним є його склад. Згідно з "кодом без ком", певні триплети відповідають амінокислотам, а решта немає. В цьому випадку вважалося, що при розташуванні будь-яких значущих триплетів послідовно інші, що знаходяться в іншій рамці зчитування, вийдуть непотрібними. Вчені вважали, що є можливість підбору нуклеотидної послідовності, яка задовольнятиме цим вимогам, і що триплетів рівно 20.

Хоча Гамов із співавторами ставили під сумнів таку модель, вона вважалася найбільш правильною протягом наступних п'яти років. На початку другої половини 20-го століття з'явилися нові дані, які дозволили виявити деякі недоліки в "коді без ком". Було виявлено, що кодони здатні стимулювати синтез білка в пробірці. Ближче до 1965 року осмислили принцип усіх 64 триплетів. В результаті виявили надмірність деяких кодонів. Іншими словами, послідовність амінокислот кодується кількома триплетами.

Відмінні особливості

До властивостей генетичного коду належать:

Варіації

Вперше відхилення генетичного коду від стандартного було виявлено в 1979 під час вивчення генів мітохондрій в організмі людини. Далі виявили ще подібні варіанти, зокрема безліч альтернативних мітохондріальних кодів. До них відносяться розшифрування стоп-кодону УГА, що використовується як визначення триптофану у мікоплазм. ГУГ та УУГ у архей і бактерій нерідко застосовуються в ролі стартових варіантів. Іноді гени кодують білок зі старт-кодону, який відрізняється від стандартно використовуваного цим видом. Крім того, в деяких білках селеноцистеїн та піролізин, які є нестандартними амінокислотами, вставляються рибосомою. Вона прочитує стоп-кодон. Це від послідовностей, що у мРНК. В даний час селеноцистеїн вважається 21-ою, піролізан - 22-ою амінокислотою, що присутня у складі білків.

Загальні риси генетичного коду

Однак усі винятки є рідкістю. У живих організмів переважно генетичний код має низку загальних ознак. До них відносяться склад кодону, до якого входять три нуклеотиди (два перші належать до визначальних), передача кодонів тРНК та рибосомами в амінокислотну послідовність.

07.04.2015 13.10.2015

В епоху нано-технологій та новацій у всіх сферах життя людини необхідно знати багато чого для самовпевненості та спілкування з людьми. Технології двадцять першого століття зробили крок далеко, наприклад, у сфері медицини і генетики. У цій статті спробуємо докладно описати найголовніший крок людства у дослідженнях ДНК.

Опис коду ДНК

Що ж таке цей код? Код вироджений генетичними властивостями та займаються його дослідженням вчені генетики. Цим кодом наділені всі живі істоти нашої планети. Науково визначається як метод білкової послідовності амінокислот за допомогою ланцюжка нуклеотидів.
Так званий алфавіт складається з чотирьох основ, що позначаються А, Г, Т, Ц:
А – аденін,
Г – гуанін,
Т - тімін,
Ц – цитозин.
Ланцюг коду являє собою спіраль послідовно складених вище описаних основ, виходить, що кожній сходинці спіралі відповідає певна літера.
Вироджений код ДНК білками, які беруть участь у складанні та складаються з ланцюжків. У яких беруть участь двадцять видів амінокислот. Амінокислоти розкривного коду мають назву канонічні, вибудовуються певним чином у кожній істоті та утворюють білкові ланки.

Історія виявлення

Вивчення білків і кислот людство займається з давніх-давен, але перші гіпотези і постанова теорії про спадковість виникли тільки в середині ХХ століття. На цей час вчені зібрали достатню кількість знань цього питання.
У 1953 році дослідження показали, що білок окремого організму має унікальний ланцюжок з амінокислот. Далі було виведено, що цей ланцюжок не має жодного обмеження в поліпептиді.

Порівнювалися записи різних світових учених, які були різними. Тому сформувалося певне поняття: кожному гену відповідає певний поліпептид. В цей же час виникає назва ДНК, яка безперечно доведена, що не білок.
Дослідники Крик і Вотсон вперше говорили про матричну схему шифру, що пояснює, в 1953 році. У останній роботі великих вчених було доведено факт, що шифр є носієм інформації.

Згодом залишалося розібратися лише у питанні визначення та формування ланцюжків амінокислот білка, основи та властивості.

Першим ученим, який побудував гіпотезу генетичного кодування, був фізик Гамов, який також запропонував певний спосіб перевірки матриці.
Генетики припустили встановити відповідність між двома бічними перекладинами ланцюга амінокислот і ромбовидними сходинками, що утворюються. Ромбоподібні ступені ланцюга утворюються за допомогою чотирьох нуклеотидів генетичного коду. Ця відповідність була названа бубновою.
Гамов надалі своєму дослідженні пропонує теорію триплетного коду. Це стає першочерговим у питанні про природу генетичного коду. Хоча теорія фізика Гамова має недоліки, одним із яких є кодування структури білків через генетичний код.
Відповідно Георгій Гамов став першим вченим, який розглянув питання про гени як кодування чотиризначної системи у перекладі її в двадцятизначний основний факт.

Принцип дії

Один білок складається з кількох низок амінокислот. Логічність сполучних ланцюжків визначає будову та характеристики білка організму, що відповідно сприяє виявленню інформації про біологічні параметри живої істоти.

Інформація з живих клітин видобувається двома матричними процесами:
Транскрипцією, тобто синтезованим процесом злиття матриць РНК та ДНК.
Трансляцією, тобто синтезування ланцюжка поліпептидів на матриці РНК.
У процесі трансляції генетичний код перенаправлений у логічний ланцюжок амінокислот.

Для виявлення та реалізації інформації генів необхідно не менше трьох ланцюжкових нуклеотидів, при розгляді двадцяти послідовно послідовних амінокислот. Такий набір із трьох нуклеотидів позначається як триплет.
Генетичні коди розподілені між двома категоріями:
Перекриваючі – код мінорний, трикутний та послідовний.
Неперекриваються – комбінаційний код і «без ком».
Дослідження доводили, що порядок амінокислот хаотичний і відповідно індивідуально, на основі цього вчені віддають перевагу кодам, що не перекриваються. Згодом теорія «без ком» була спростована.
Для чого необхідно знати код ДНК
Знання про генетичний код живого організму дозволяють визначити інформацію молекул у спадковому та еволюційному сенсі. Необхідний запис спадковості, виявляє дослідження щодо формування системних знань у світі генетики.
Універсальність генетичного коду вважається унікальною властивістю живого організму. На основі даних можна отримати відповіді на більшість питань медичного та генетичного характеру.

Використання знань у медицині та генетиці

Досягнення в молекулярної біології двадцятого століття дозволило широко зробити крок у дослідженнях хвороб і вірусів, що мають різні підстави. Інформація про генетичний код повсюдно використовується в медицині та генетики.
Виявлення природи певного захворювання чи вірусу накладається вивчення генетичного розвитку. Знання та формування теорій і практик здатні вилікувати важко-виліковні або невиліковні захворювання сучасного світу та майбутнього.

Перспективи розвитку

Оскільки науково доведено, що в генетичному коді закладено інформацію не лише про спадковість, а й про тривалість життя організму, розвиток генетики задається питанням про безсмертя та довголіття. Ця перспектива підтримується низкою гіпотез наземного безсмертя, клітин ракових захворювань, стовбурових клітин людини.

Науковий співробітник технічного інституту П. Гаряєв у 1985 році виявив у разі спектрального аналізу порожнє місце, назване згодом фантом. Фантоми визначають померлі генетичні молекули.
Що означило надалі теорію про зміну живого організму з часом, що передбачає, що людина здатна жити понад чотириста років.
Феноменом є те, що клітини ДНК здатні видавати звукові коливання сто герц. Тобто, ДНК може говорити.

ГЕНЕТИЧНИЙ КІД(грец, genetikos що відноситься до походження; син.: код, біологічний код, амінокислотний код, білковий код, код нуклеїнових к-т) - система запису спадкової інформації в молекулах нуклеїнових кислот тварин, рослин, бактерій та вірусів чергуванням послідовності нуклеотидів.

Генетична інформація (рис.) з клітини в клітину, з покоління в покоління, за винятком РНК-вірусів, передається шляхом редуплікації молекул ДНК (див. Реплікація). Реалізація спадкової інформації ДНК у процесі життєдіяльності клітини здійснюється через 3 типи РНК: інформаційну (іРНК або мРНК), рибосомну (рРНК) та транспортну (тРНК), які за допомогою ферменту РНК-полімерази синтезуються на ДНК як на матриці. При цьому послідовність нуклеотидів у молекулі ДНК однозначно визначає послідовність нуклеотидів у всіх трьох типах РНК (див. Транскрипція). Інформацію гена (див.), що кодує білкову молекулу, несе лише іРНК. Кінцевим продуктом реалізації спадкової інформації є синтез білкових молекул, специфічність яких визначається послідовністю амінокислот, що входять до них (див. Трансляція).

Оскільки у складі ДНК або РНК представлено лише по 4 різні азотисті основи [в ДНК - аденін (А), тимін (Т), гуанін (Г), цитозин (Ц); в РНК - аденін (А), урацил (У), цитозин (Ц), гуанін (Г)], послідовність яких визначає послідовність 20 амінокислот у складі білка, виникає проблема Р. к., тобто проблема перекладу 4-літерного алфавіту нуклеїнових к-т у 20-літерний алфавіт поліпептидів.

Вперше ідея матричного синтезу білкових молекул з правильним передбаченням властивостей гіпотетичної матриці була сформульована Н. К. Кольцовим в 1928 р. У 1944 р. Ейвері (О. Avery) з співавт, встановив, що за передачу спадкових ознак при трансформації ДНК . У 1948 р. Чаргафф (E. Chargaff) показав, що у всіх молекулах ДНК має місце кількісна рівність відповідних нуклеотидів (А-T, Г-Ц). У 1953 р. Ф. Крік, Дж. Вотсон і Вілкінс (М. H. F. Wilkins), виходячи з цього правила і даних рентгеноструктурного аналізу (див.), дійшли висновку, що молекула ДНК являє собою подвійну спіраль, що складається з двох полінуклеотидних ниток, з'єднаних між собою водневими зв'язками. Причому проти однієї ланцюга в другій може бути тільки Т, проти Р - тільки Ц. Ця комплементарність призводить до того, що послідовність нуклеотидів одного ланцюга однозначно визначає послідовність іншого. Другий істотний висновок, що з цієї моделі, - молекула ДНК здатна до самовідтворення.

У 1954 р. Гамов (G. Gamow) сформулював проблему Р. до її сучасному вигляді. У 1957 р. Ф. Крик висловив Гіпотезу адаптера, припустивши, що амінокислоти взаємодіють з нуклеїновою к-тою не безпосередньо, а через посередників (тепер відомих під назвою тРНК). У найближчі після цього всі принципові ланки загальної схеми передачі генетичної інформації, спочатку гіпотетичні, були підтверджені експериментально. У 1957 р. було відкрито иРНК [А. С. Спірін, А. Н. Білозерський з співавт.; Фолькін та Астрахан (E. Volkin, L. Astrachan)] і тРНК [Хоугленд (М. В. Hoagland)]; у 1960 р. синтезовано ДНК поза клітиною з використанням як матрицю існуючих макромолекул ДНК (А. Корнберг) та відкрито ДНК-залежний синтез РНК [Вейсс (S. В. Weiss) із співавт.]. У 1961 р. була створена безклітинна система, в якій у присутності природної РНК або синтетичних полірибонуклеотидів здійснювався синтез білковоподібних речовин [М. Ніренберг та Маттеї (J. H. Matthaei)]. Проблема пізнання Р. до. складалася з дослідження загальних властивостей коду та власне його розшифровки, тобто з'ясування, які комбінації нуклеотидів (кодони) кодують певні амінокислоти.

Загальні властивості коду були з'ясовані незалежно від його розшифровки та в основному до неї шляхом аналізу молекулярних закономірностей утворення мутацій (Ф. Крик та співавт., 1961; Н. В. Лучник, 1963). Вони зводяться до наступного:

1. Код універсальний, т. е. ідентичний, по крайнього заходу переважно, всім живих істот.

2. Код триплетен, тобто кожна амінокислота кодується трійкою нуклеотидів.

3. Код, що не перекривається, тобто даний нуклеотид не може входити до складу більш ніж одного кодону.

4. Код вироджений, тобто одна амінокислота може кодуватися кількома триплетами.

5. Інформація про первинну структуру білка зчитується з послідовно іРНК, починаючи з фіксованої точки.

6. Більшість можливих триплет має «сенс», тобто кодує амінокислоти.

7. З трьох «літер» кодону переважне значення мають лише дві (облігатні), третя ж (факультативна) несе значно меншу інформацію.

Пряме розшифрування коду полягало в порівнянні послідовності нуклеотидів у структурному гені (або синтезованої на ньому іРНК) з послідовністю амінокислот у відповідному білку. Однак такий шлях поки що технічно неможливий. Були застосовані два інші шляхи: синтез білка в безклітинній системі з використанням як матриця штучних полірибонуклеотидів відомого складу та аналіз молекулярних закономірностей утворення мутацій (див.). Перший приніс позитивні результати раніше і історично зіграв у розшифровці Р. до. велику роль.

У 1961 р. М. Ніренберг і Маттеї застосували як матрицю гомополімер - синтетичну поліуридилову к-ту (тобто штучну РНК складу УУУУ...) і отримали поліфенілаланін. З цього випливало, що кодон фенілаланіну складається з декількох У, тобто у випадку коду триплетного розшифровується як УУУ. Пізніше поряд із гомополімерами були використані полірибонуклеотиди, що складалися з різних нуклеотидів. При цьому був відомий тільки склад полімерів, розташування ж нуклеотидів у них було статистичним, тому аналіз результатів був статистичним і давав непрямі висновки. Досить швидко вдалося знайти хоча б один триплет для всіх 20 амінокислот. З'ясувалося, що присутність органічних розчинників, зміна pH або температури деякі катіони і особливо антибіотики роблять код неоднозначним: ті ж кодони починають стимулювати включення інших амінокислот, в деяких випадках один кодон починав кодувати до чотирьох різних амінокислот. Стрептоміцин впливав на зчитування інформації як у безклітинних системах, так і in vivo, причому був ефективним лише на стрептоміцинчутливих штамах бактерій. У стрептоміцинзалежних штамів він «виправляв» зчитування з кодонів, що змінилися внаслідок мутації. Подібні результати давали підставу сумніватися у правильності розшифрування Р. до. за допомогою безклітинної системи; потрібно підтвердження, і в першу чергу даними in vivo.

Основні дані про Г. к. in vivo отримані при аналізі амінокислотного складу білків в організмів, оброблених мутагенами (див.) з відомим механізмом дії, напр, азотистої до-тої, яка викликає в молекулі ДНК заміну Ц на У і А на Г. Корисну інформацію дають також аналіз мутацій, викликаних неспецифічними мутагенами, порівняння відмінностей у первинній структурі споріднених білків у різних видів, кореляція між складом ДНК та білків тощо.

Розшифровка Г. к. на підставі даних in vivo та in vitro дала збігаються результати. Пізніше були розроблені три інші методи розшифрування коду в безклітинних системах: зв'язування аміноацил-тРНК (тобто тРНК з приєднаною активованою амінокислотою) тринуклеотидами відомого складу (М. Ніренберг та співавт., 1965), зв'язування аміноац триплета (Маттеї з співавт., 1966), і використання як іРНК полімерів, в яких відомий не тільки склад, але й порядок нуклеотидів (X. Корану та співавт., 1965). Усі три методи доповнюють один одного, а результати перебувають у відповідності з даними, отриманими у дослідах in vivo.

У 70-х роках. 20 ст. з'явилися методи особливо надійної перевірки результатів розшифрування Р. до. Відомо, що мутації, що виникають під дією профлавіну, полягають у випаданні або вставці окремих нуклеотидів, що призводить до зсуву рамки зчитування. У фага Т4 був викликаний профлавін ряд мутацій, при яких змінився склад лізоциму. Цей склад був проаналізований і зіставлений з тими кодонами, які мали вийти при зсуві рамки зчитування. Вийшла повна відповідність. Додатково цей метод дозволив встановити, які саме триплет виродженого коду кодують кожну з амінокислот. У 1970 р. Адамсу (J. М. Adams) зі співробітниками вдалося провести часткове розшифрування Г. до. прямим методом: у фага R17 визначили послідовність підстав у фрагменті довжиною 57 нуклеотидів і порівняли з амінокислотною послідовністю білка його оболонки. Результати повністю збіглися з менш прямими методами. Т. о., код розшифрований повністю і правильно.

Результати розшифрування зведені до таблиці. У ній вказано склад кодонів та РНК. Склад антикодонів тРНК комплементарний кодонам іРНК, тобто замість У в них знаходиться А, замість А - У, замість Ц - Г і замість Г - Ц, і відповідає кодонам структурного гена (той нитки ДНК, з якої зчитується інформація) з тією лише різницею, що місце тиміну займає урацил. З 64 триплетів, які можуть бути утворені поєднанням 4 нуклеотидів, 61 має «сенс», т. Е. Кодує амінокислоти, а 3 є «нонсенсами» (позбавленими сенсу). Між складом триплетів та його змістом є досить чітка залежність, к-рая було виявлено ще за аналізі загальних властивостей коду. У ряді випадків триплети, що кодують певну амінокислоту (напр., пролін, аланін), характеризуються тим, що два перші нуклеотиди (облігатні) у них однакові, а третій (факультативний) може бути будь-яким. В інших випадках (при кодуванні, напр., аспарагіну, глутаміну) один і той же сенс мають два подібні триплети, у яких збігаються два перші нуклеотиди, а на місці третього стоїть будь-який пурин або будь-який піримідин.

Нонсенс-кодони, 2 з яких мають спеціальні назви, що відповідають позначенню фагових мутантів (УАА-охра, УАГ-амбер, УГА-опал), хоча і не кодують будь-яких амінокислот, але мають велике значення при зчитуванні інформації, кодуючи кінець поліпептидного ланцюга .

Зчитування інформації відбувається у напрямку від 5 1 -> 3 1 - до кінця нуклеотидного ланцюга (див. Дезоксирибонуклеїнові кислоти). При цьому синтез білка йде від амінокислоти з вільною аміногрупою до амінокислоти з вільною карбоксильною групою. Початок синтезу кодується триплетами АУГ та ГУГ, які в цьому випадку включають специфічну стартову аміноацил-тРНК, а саме N-формілметіоніл-тРНК. Ці триплети при локалізації всередині ланцюга кодують відповідно метіонін і валін. Неоднозначність знімається тим, що початку зчитування передує нонсенс. Є дані, що говорять на користь того, що межа між ділянками іРНК, що кодують різні білки, складається з більш ніж двох триплетів і що в цих місцях змінюється вторинна структура РНК; це питання перебуває у стадії дослідження. Якщо нонсенс-кодон виникає всередині структурного гена, то відповідний білок будується лише до розташування цього кодону.

Відкриття і розшифровка генетичного коду - видатне досягнення молекулярної біології - вплинуло на всі біол, науки, започаткувавши в ряді випадків початок розвитку спеціальних великих розділів (див. Молекулярна генетика). Ефект відкриття Г. до. і пов'язаних з ним досліджень порівнюють з тим ефектом, який справила на біол, теорія науки Дарвіна.

Універсальність Р. до. є прямим доказом універсальності основних молекулярних механізмів життя в усіх представників органічного світу. Тим більше що великі розбіжності у функціях генетичного апарату та її будову під час переходу від прокаріотів до еукаріотів і зажадав від одноклітинних до багатоклітинним, мабуть, пов'язані і з молекулярними відмінностями, дослідження яких - одне із завдань майбутнього. Оскільки дослідження Г. к.- справа лише останніх років, значення отриманих результатів для практичної медицини носить лише Непрямий характер, дозволяючи поки що зрозуміти природу захворювань, механізм дії збудників хвороб та лікарських речовин. Однак відкриття таких явищ, як трансформація, трансдукція, супресія, вказує на принципову можливість виправлення патологічно зміненої спадкової інформації або її корекції - так зв. генна інженерія (див.).

Таблиця. ГЕНЕТИЧНИЙ КІД

* Кодує кінець ланцюга.

** Кодує також початок ланцюга.

Бібліографія:Ічас М. Біологічний код, пров. з англ., М., 1971; Лучник Н.Б. Біофізика цитогенетичних уражень та генетичний код, Л., 1968; Молекулярна генетика, пров. з англ., за ред. А. Н. Білозерського, ч. 1, М., 1964; Нуклеїнові кислоти, пров. з англ., за ред. А. Н. Білозерського, М., 1965; Уотсон Дж. Д. Молекулярна біологія гена, пров. з англ., М., 1967; Фізіологічна генетика, за ред. М. Є. Лобашева С. Р., Інге-Вечтомова, Л., 1976, бібліогр.; Desoxyribonuc-leins&ure, Schlttssel des Lebens, hrsg. v„ E. Geissler, B., 1972; The genetic code, Gold Spr. Harb. Symp. quant. Biol., v. 31, 1966; W o e s e C. R. The genetic code, N. Y. a. o., 1967.

Генетичний код– єдина система запису спадкової інформації у молекулах нуклеїнових кислот як послідовності нуклеотидів. Генетичний код заснований на використанні алфавіту, що складається всього з чотирьох букв А, Т, Ц, Р, що відповідають нуклеотидам ДНК. Усього 20 видів амінокислот. З 64 кодонів три - УАА, УАГ, УГА - не кодують амінокислот, вони були названі нонсенс-кодонами, виконують функцію розділових знаків. Кодон (кодуючий тринуклеотид) - одиниця генетичного коду, трійка нуклеотидних залишків (триплет) у ДНК або РНК, що кодують включення однієї амінокислоти. Самі гени беруть участь у синтезі білка. Посередником між геном та білком є ​​іРНК. Структура генетичного коду характеризується тим, що він є триплетним, тобто складається з триплетів (трійок) азотистих основ ДНК, що отримали назву кодонів. З 64

Властивості ген. коду
1) Триплетність: одна амінокислота кодується трьома нуклеотидами. Ці 3 нуклеотиди в ДНК
називаються триплет, іРНК – кодон, в тРНК – антикодон.
2) Надмірність (виродженість): амінокислот всього 20, а триплетів, що кодують амінокислоти 61, тому кожна амінокислота кодується кількома триплетами.
3) Однозначність: кожен триплет (кодон) кодує лише одну амінокислоту.
4) Універсальність: генетичний код однаковий всім живих організмів Землі.
5.) безперервність та незаперечність кодонів при зчитуванні. Це означає, що послідовність нуклеотидів зчитується триплет за триплет без пропусків, при цьому сусідні триплет не перекривають один одного.

88. Спадковість та мінливість – фундаментальні властивості живого. Дарвінське розуміння явищ спадковості та мінливості.
Спадковістюназивають загальну властивість всіх організмів зберігати та передавати ознаки від батьківської особини до потомства. Спадковість- Це властивість організмів відтворювати в поколіннях подібний тип обміну речовин, що склався в процесі історичного розвитку виду і проявляється за певних умов довкілля.
Мінливістьє процес виникнення якісних відмінностей між особами одного й того ж виду, який виражається або у зміні під впливом зовнішнього середовища лише одного фенотипу, або в генетично обумовлених спадкових варіаціях, що виникають в результаті комбінацій, рекомбінацій та мутацій, що мають місце у ряді поколінь, що змінюють один одного. та популяцій.
Дарвінське розуміння спадковості та мінливості.
Під спадковістюДарвін розумів здатність організмів зберігати у потомстві свої видові, сортові та індивідуальні особливості. Ця особливість була добре відома і була спадковою мінливістю. Дарвін докладно проаналізував значення спадковості в еволюційному процесі. Він звернув увагу на випадки одномастності гібридів першого покоління та розщеплення ознак у другому поколінні, йому була відома спадковість, пов'язана зі статтю, гібридні атавізми та низка інших явищ спадковості.
Мінливість.Виробляючи порівняння багатьох порід тварин та сортів рослин Дарвін зауважив, що в межах будь-якого виду тварин та рослин, а в культурі в межах будь-якого сорту та породи немає однакових особин. Дарвін зробив висновок про те, що всім тваринам і рослинам властива мінливість.
Аналізуючи матеріал щодо мінливості тварин, вчений зауважив, що достатньо будь-якої зміни в умовах утримання, щоб викликати мінливість. Таким чином, під мінливістю Дарвін розумів здатність організмів набувати нових ознак під впливом умов довкілля. Він розрізняв такі форми мінливості:
Певна (групова) мінливість(тепер називається модифікаційної) - подібна зміна всіх особин потомства в одному напрямку внаслідок впливу певних умов. Певні зміни, зазвичай, бувають неспадковими.
Невизначена індивідуальна мінливість(тепер називають генотипною) - Поява різноманітних незначних відмінностей у особин одного й того ж виду, сорту, породи, якими, існуючи в подібних умовах, одна особина відрізняється від інших. Така різноспрямована мінливість – наслідок невизначеного впливу умов існування на кожен окремий індивід.
Корелятивна(або співвідносна) мінливість. Дарвін розумів організм як цілісну систему, окремі частини якої тісно пов'язані між собою. Тому зміна структури чи функції однієї частини нерідко зумовлює зміну інший чи інших. Прикладом такої мінливості може бути зв'язок між розвитком м'яза, що функціонує, і утворенням гребеня на кістки, до якої він прикріплюється. У багатьох болотяних птахів спостерігається кореляція між довжиною шиї та довжиною кінцівок: птахи з довгою шиєю мають і довгі кінцівки.
Компенсаційна мінливість полягає в тому, що розвиток одних органів або функцій часто є причиною пригнічення інших, тобто спостерігається зворотна кореляція, наприклад, між молочністю та м'ясистістю худоби.

89. Модифікаційна мінливість. Норма реакції генетично детермінованих ознак. Фенокопії.
Фенотиповамінливість охоплює зміни стану безпосередньо ознак, що відбуваються під впливом умов розвитку чи факторів довкілля. Розмах модифікаційної мінливості обмежений нормою реакції. Виникла конкретна модифікаційна зміна ознаки не успадковується, але діапазон модифікаційної мінливості обумовлений спадковістю. Спадковий матеріал у зміні не залучається.
Норма реакції- це межа модифікаційної мінливості ознаки. Успадковується норма реакції, а чи не самі модифікації, тобто. здатність до розвитку ознаки, а форма його прояву залежить від умов довкілля. Норма реакції - конкретна кількісна та якісна характеристика генотипу. Розрізняють ознаки з широкою нормою реакції, вузькою () та однозначною нормою. Норма реакціїмає межі або межі для кожного біологічного виду (нижній та верхній) - наприклад, посилене годування призведе до збільшення маси тварини, проте вона буде знаходитись у межах норми реакції, характерної для даного виду або породи. Норма реакції генетично детермінована та успадковується. Для різних ознак межі норми реакції дуже різняться. Наприклад, широкі межі норми реакції мають величина надою, продуктивність злаків та багато інших кількісних ознак, вузькі межі - інтенсивність забарвлення більшості тварин та багато інших якісних ознак. Під впливом деяких шкідливих факторів, з якими людина не стикається у процесі еволюції, можливості модифікаційної мінливості, що визначає норми реакції, виключаються.
Фенокопії- Зміни фенотипу під впливом несприятливих факторів середовища, за проявом схожі на мутації. Виниклі фенотипічні модифікації не успадковуються. Встановлено, що виникнення фенокопій пов'язані з впливом зовнішніх умов певну обмежену стадію розвитку. Більш того, один і той же агент залежно від того, на яку фазу він діє, може копіювати різні мутації, або одна стадія реагує на один агент, інша на інший. Для викликання однієї і тієї ж фенокопії можуть бути використані різні агенти, що вказує на відсутність зв'язку між результатом зміни та фактором, що впливає. Відносно легко відтворюються найскладніші генетичні порушення розвитку, тоді як копіювати ознаки значно складніше.

90. Адаптивний характер модифікації. Роль спадковості та середовища у розвитку, навчанні та вихованні людини.
Модифікаційна мінливість відповідає умовам проживання, має пристосувальний характер. Модифікаційної мінливості схильні такі ознаки, як зростання рослин та тварин, їх маса, забарвлення тощо. Виникнення модифікаційних змін пов'язано з тим, що умови середовища впливають на ферментативні реакції, що протікають в організмі, що розвивається, і до певної міри змінюють його перебіг.
Т. до. фенотипове прояв спадкової інформації може модифікуватися умовами середовища, в генотипі організму запрограмовано лише можливість формування в певних межах, званих нормою реакції. Норма реакції є межі модифікаційної мінливості ознаки, що допускається при даному генотипі.
Ступінь вираженості ознаки при реалізації генотипу в різних умовах отримала назву експресивності. Вона пов'язана із мінливістю ознаки в межах норми реакції.
Одна і та сама ознака може виявлятися в деяких організмів і бути відсутнім в інших, які мають той же ген. Кількісний показник фенотипного прояву гена називається пенетрантністю.
Експресивність та пенетрантність підтримується природним відбором. Обидві закономірності необхідно пам'ятати щодо спадковості в людини. Змінюючи умови середовища, можна впливати на пенетрантність та експресивність. Той факт, що той самий генотип може стати джерелом розвитку різних фенотипів, має істотне значення для медицини. Це означає, що обтяжена не обов'язково має проявитися. Багато залежить від умов, у яких перебуває людина. У ряді випадків хвороби як фенотипічний прояв спадкової інформації можна запобігти дотриманню дієти або прийому лікарських препаратів. p align="justify"> Реалізація спадкової інформації залежить від середовища Формуючись на основі історично сформованого генотипу, модифікації зазвичай носять адаптивний характер, так як вони завжди є результатом відповідних реакцій організму, що розвивається на впливають на нього екологічні фактори. Інший характер мутаційних змін: вони є результатом змін у структурі молекули ДНК, що викликає порушення в процесі синтезу білка, що склався раніше. при утриманні мишей в умовах підвищеної температури у них народжується потомство з подовженими хвостами і збільшеними вухами. Така модифікація носить адаптивний характер, оскільки виступаючі частини (хвіст і вуха) відіграють в організмі терморегулювальну роль: збільшення поверхні дозволяє збільшити тепловіддачу.

Генетичний потенціал людини обмежений у часі, причому досить жорстко. Якщо пропустити термін ранньої соціалізації, він згасне, не встигнувши реалізуватися. Яскравим прикладом цього твердження є численні випадки, коли немовлята силою обставин потрапляли у джунглі та проводили серед звірів кілька років. Після повернення їх у людську спільноту вони не могли вже повною мірою надолужити втрачене: опанувати промову, набути досить складних навичок людської діяльності, у них погано розвивалися психічні функції людини. Це і є свідченням того, що характерні риси людської поведінки та діяльності набувають лише через соціальне успадкування, лише через передачу соціальної програми у процесі виховання та навчання.

Однакові генотипи (у однояйцевих близнюків), опинившись у різних середовищах, можуть давати різні фенотипи. З урахуванням всіх факторів впливу фенотип людини можна уявити, що складається з декількох елементів.

До них відносяться:біологічні задатки, що кодуються в генах; середовище (соціальне та природне); діяльність індивіда; розум (свідомість, мислення).

Взаємодія спадковості та середовища у розвитку людини відіграє важливу роль протягом усього її життя. Але особливої ​​важливості воно набуває у періоди формування організму: ембріонального, грудного, дитячого, підліткового та юнацького. Саме в цей час спостерігається інтенсивний процес розвитку організму та формування особистості.

Спадковість визначає те, яким може стати організм, але розвивається людина під одночасним впливом обох факторів – і спадковості, і середовища. Сьогодні стає загальновизнаним, що адаптація людини здійснюється під впливом двох програм спадковості: біологічної та соціальної. Всі ознаки та властивості будь-якого індивіда є результатом взаємодії його генотипу та середовища. Тому кожна людина є і частиною природи, і продуктом суспільного розвитку.

91. Комбінативна мінливість. Значення комбінативної мінливості у забезпеченні генотипного розмаїття людей: Системи шлюбів. Медико-генетичні аспекти сім'ї
Комбінативна мінливістьпов'язана з отриманням нових поєднань генів у генотипі. Досягається це результаті трьох процесів: а) незалежного розбіжності хромосом при мейозі; б) випадкового їх поєднання при заплідненні; в) рекомбінації генів завдяки Кросінговеру. Самі спадкові фактори (гени) при цьому не змінюються, але виникають нові поєднання, що призводить до появи організмів з іншими генотиповими і фенотиповими властивостями. Завдяки комбінативної мінливостістворюється різноманітність генотипів у потомстві, що має велике значення для еволюційного процесу у зв'язку з тим, що: 1) збільшується різноманітність матеріалу для еволюційного процесу без зниження життєздатності особин; 2) розширюються можливості пристосування організмів до умов середовища, що змінюються, і тим самим забезпечується виживання групи організмів (популяції, виду) в ціле

Склад і частота алелів у людей, у популяціях багато в чому залежить від типів шлюбів. У зв'язку з цим вивчення типів шлюбів та їх медико-генетичних наслідків має важливе значення.

Шлюби можуть бути: вибірковими, невибірковими.

До невиборчихвідносяться панміксні шлюби. Панміксія(грец.nixis – суміш) – зведені шлюби для людей з різними генотипами.

Виборчі шлюби: 1. Аутбридінг- шлюби між людьми, які не мають родинних зв'язків із заздалегідь відомим генотипом, 2.Інбридинг- шлюби між родичами, 3.Позитивно-асортативні- шлюби між індивідами зі подібними фенотипами між (глухонімими, низькорослі з низькорослими, високі з високими, недоумкі зі слабоумними та ін). 4.Негативно-асортативні-шлюби для людей з несхожими фенотипами (глухонімі-нормальні; низькорослі-високі; нормальні – з ластовинням та інших.). 4.Інцести– шлюби між близькими родичами (між братом та сестрою).

Інбредні та інцесні шлюби у багатьох країнах заборонені законом. На жаль, трапляються регіони з високою частотою інбредних шлюбів. Донедавна частота інбредних шлюбів у деяких регіонах Центральної Азії досягала 13-15%.

Медико-генетичне значенняінбредних шлюбів дуже негативне. При таких шлюбах спостерігається гомозиготизація, частота аутосомно-рецесивних хвороб збільшується у 1,5-2 рази. У інбредних популяціях спостерігається інбредна депресія, тобто. різко зростає частота зростає частота несприятливих рецесивних алелів, збільшується дитяча смертність. Позитивно-асортативні шлюби також призводять до подібних явищ. Аутбридинги мають позитивне значення у генетичному відношенні. За таких шлюбів спостерігається гетерозиготизація.

92. Мутаційна мінливість, класифікація мутацій за рівнем зміни ураження спадкового матеріалу. Мутації у статевих та соматичних клітинах.
Мутацієюназивається зміна, обумовлена ​​реорганізацією відтворюючих структур, зміною його генетичного апарату. Мутації виникають стрибкоподібно і передаються у спадок. Залежно від рівня зміни спадкового матеріалу всі мутації поділяються на генні, хромосомніі геномні.
Генні мутації, або трансгенації, що зачіпають структуру самого гена. Мутації можуть змінювати ділянки молекули ДНК різної довжини. Найменша ділянка, зміна якої призводить до появи мутації, названа мутоном. Його може становити лише пара нуклеотидів. Зміна послідовності нуклеотидів у ДНК зумовлює зміну в послідовності триплетів і зрештою – програму синтезу білка. Слід пам'ятати, що порушення у структурі ДНК призводять до мутацій лише тоді, коли здійснюється репарація.
Хромосомні мутаціїхромосомні перебудови або аберації полягають у зміні кількості або перерозподілі спадкового матеріалу хромосом.
Перебудови поділяють на нутріхромосомніі міжхромосомні. Внутрішньохромосомні перебудови полягають у втраті частини хромосоми (делеція), подвоєння або множення деяких її ділянок (дуплікація), поворот фрагменту хромосоми на 180 ° зі зміною послідовності розташування генів (інверсія).
Геномні мутаціїпов'язані із зміною числа хромосом. До геномних мутацій відносять анеуплоїдію, гаплоїдію та поліплоїдію.
Анеуплоїдієюназивають зміну кількості окремих хромосом – відсутність (моносомія) чи наявність додаткових (трисомія, тетрасомія, у випадку полісомія) хромосом, т. е. незбалансований хромосомний набір. Клітини зі зміненим числом хромосом з'являються внаслідок порушень у процесі мітозу або мейозу, у зв'язку з чим розрізняють мітотичну та мейотичну анеуплодію. Кратне зменшення числа хромосомних наборів соматичних клітин у порівнянні з диплоїдним називається гаплоїдією. Кратне захоплення числа хромосомних наборів соматичних клітин порівняно з диплоїдним називається поліплоїдією.
Перелічені види мутацій зустрічаються як і статевих клітинах, і у соматичних. Мутації, що виникають у статевих клітинах, називаються генеративними. Вони передаються наступним поколінням.
Мутації, що виникають у тілесних клітинах на тій чи іншій стадії індивідуального розвитку організму, називаються соматичними. Такі мутації успадковуються нащадками лише тієї клітини, де вона сталася.

93. Генні мутації, молекулярні механізми виникнення, частота мутацій у природі. Біологічні антимутаційні механізми.
Сучасна генетика наголошує, що генні мутаціїполягають у зміні хімічної структури генів. Саме генні мутації є замінами, вставками, випаданнями і втратами пар нуклеотидів. Найменша ділянка молекули ДНК, зміна якої призводить до мутації, називається мутоном. Він дорівнює одній парі нуклеотидів.
Існує кілька класифікацій генних мутацій . Спонтанною(мимовільною) називають мутацію, яка відбувається поза прямим зв'язком з будь-яким фізичним або хімічним фактором зовнішнього середовища.
Якщо мутації викликаються навмисно, впливом на організм факторами відомої природи вони називаються індукованими. Агент, який індукує мутації, називають мутаген.
Природа мутагенів різноманітна– це фізичні фактори, хімічні сполуки. Встановлено мутагенну дію деяких біологічних об'єктів – вірусів, найпростіших, гельмінтів при проникненні в організм людини.
В результаті домінантних та рецесивних мутацій у фенотипі з'являються домінантні та рецесивні змінені ознаки. Домінантнімутації проявляються у фенотипі вже в першому поколінні. Рецесивнімутації приховані в гетерозиготах від дії природного відбору, тому вони накопичуються у генофондах видів у великій кількості.
Показником інтенсивності мутаційного процесу служить частота мутування, яку розраховують у середньому геном або окремо для конкретних локусів. Середня частота мутування можна порівняти у широкого кола живих істот (від бактерій до людини) і не залежить від рівня та типу морфофізіологічної організації. Вона дорівнює 10-4 - 10-6 мутації на 1 локус за покоління.
Антимутаційні механізми.
Фактором захисту проти несприятливих наслідків генних мутацій є парність хромосом у диплоїдному каріотипі соматичних клітин еукаріотів. Парність алейних генів перешкоджає фенотиповому прояву мутацій, якщо вони мають рецесивний характер.
У зниження шкідливих наслідків генних мутацій вносить явище екстракопіювання генів, що кодують життєво важливі макромолекули. Приклад гени рРНК, тРНК, гістонових білків, без яких життєдіяльність будь-якої клітини неможлива.
Перелічені механізми сприяють збереженню відібраних у ході еволюції генів і одночасно накопиченню в генофонді популяції різних алелей, формуючи резерв спадкової мінливості.

94. Геномні мутації: поліплоїдія, гаплоїдія, гетероплоїдія. Механізми їхнього виникнення.
Геномні мутації пов'язані із зміною числа хромосом. До геномних мутацій відносять гетероплоїдія, гаплоїдіїі поліплоїдію.
Поліплоїдія- Збільшення диплоїдного числа хромосом шляхом додавання цілих хромосомних наборів в результаті порушення мейозу.
У поліплоїдних форм відзначається збільшення числа хромосом, кратне гаплоїдним набором: 3n - триплоїд; 4n - тетраплоід, 5n - пентаплоїд і т.д.
Поліплоїдні форми фенотипно відрізняються від диплоїдних: разом із зміною числа хромосом змінюються і спадкові властивості. У поліплоїдів клітини зазвичай великі; іноді рослини мають величезні розміри.
Форми, що виникли внаслідок множення хромосом одного геному, називають автоплоїдними. Однак відома й інша форма поліплоїдії – алоплоїдія, за якої множиться число хромосом двох різних геномів.
Кратне зменшення числа хромосомних наборів соматичних клітин у порівнянні з диплоїдним називається гаплоїдією. Гаплоїдні організми в природних умовах проживання виявляються переважно серед рослин, у тому числі вищих (дурман, пшениця, кукурудза). Клітини таких організмів мають по одній хромосомі кожної гомологічної пари, тому всі рецесивні алелі проявляються у фенотипі. Цим пояснюється знижена життєздатність гаплоїдів.
Гетероплоїдія. В результаті порушення мітозу та мейозу число хромосом може змінюватися і не ставати кратним гаплоїдного набору. Явище, коли якась із хромосом, замість того щоб бути парною, виявляється в потрійному числі, отримало назву трисомії. Якщо спостерігається трисомія по одній хромосомі, такий організм називається трисоміком і його хромсомний набір 2п+1. Трисомія може бути за будь-якою з хромосом і навіть кількома. При подвійній трисомії має набір хромосом 2п+2, потрійний – 2п+3 тощо.
Явище, протилежне трисомії, тобто. втрата однієї з хромосоми з пари в диплоїдному наборі називається моносомією, А організм - моносоміком; його генотипна формула 2п-1. За відсутності двох різних хромосом організм є подвійним моносоміком із генотипичною формулою 2п-2 і т.д.
Зі сказаного видно, що анеуплоїдія, тобто. порушення нормального числа хромосом, призводить до змін у будові та до зниження життєздатності організму. Чим більше порушення, тим нижча життєздатність. У людини порушення збалансованого набору хромосом спричиняє хворобливі стани, відомі під загальною назвою хромосомних хвороб.
Механізм виникненняГеномні мутації пов'язані з патологією порушення нормального розбіжності хромосом у мейозі, у результаті утворюються аномальні гамети, що й веде до мутації. Зміни в організмі пов'язані із присутністю генетично різнорідних клітин.

95. Методи вивчення спадковості людини. Генеалогічний та близнюковий методи, їх значення для медицини.
Основними методами вивчення спадковості людини є генеалогічний, близнюковий, популяційно-статистичний, метод дерматогліфіки, цитогенетичний, біохімічний, метод генетики соматичних клітин, метод моделювання
Генеалогічний метод.В основі цього методу лежить складання та аналіз родоводів. Родовід - це схема, що відображає зв'язки між членами сім'ї. Аналізуючи родоводи, вивчають будь-яку нормальну або (частіше) патологічну ознаку в поколіннях людей, які перебувають у родинних зв'язках.
Генеалогічні методи використовуються визначення спадкового чи неспадкового характеру ознаки, домінантності чи рецесивності, картирования хромосом, зчеплення зі статтю, вивчення мутаційного процесу. Як правило, генеалогічний метод є основою для висновків при медико-генетичному консультуванні.
При складанні родоводів застосовують стандартні позначення. Персона з якого починається дослідження – пробандом. Нащадок шлюбної пари називається сиблінгом, рідні брати та сестри – сібсами, кузени – двоюрідними сібсами тощо. Нащадки, які мають спільна мати (але різні батьки), називаються одноутробними, а нащадки, які мають спільний батько (але різні матері) – однокровними; якщо ж у сім'ї є діти від різних шлюбів, причому, вони не мають спільних предків (наприклад, дитина від першого шлюбу матері та дитина від першого шлюбу батька), то їх називають зведеними.
За допомогою генеалогічного методу може бути встановлена ​​спадкова обумовленість ознаки, що вивчається, а також тип його успадкування. При аналізі родоводів за декількома ознаками може бути виявлено зчеплений характер їх успадкування, що використовують при складанні хромосомних карток. Цей метод дозволяє вивчати інтенсивність мутаційного процесу, оцінити експресивність та пенетрантність алелю.
Близнюковий метод. Він полягає у вивченні закономірностей успадкування ознак у парах одно- та двояйцевих близнюків. Близнюки – це дві і більше дитини, зачаті та народжені однією матір'ю майже одночасно. Розрізняють однояйцевих та різнояйцевих близнюків.
Однояйцеві (монозиготні, ідентичні) близнюки виникають на ранніх стадіях дроблення зиготи, коли два або чотири бластомери зберігають здатність при відокремленні розвинутися в повноцінний організм. Оскільки зигота ділиться мітозом, генотипи однояйцевих близнюків, по крайнього заходу, вихідно, цілком ідентичні. Однояйцеві близнюки завжди однієї статі, у період внутрішньоутробного розвитку у них одна плацента.
Різнояйцеві (дизиготні, неідентичні) виникають при заплідненні двох або декількох яйцеклітин, що одночасно дозріли. Таким чином вони мають близько 50% загальних генів. Іншими словами, вони подібні до звичайних братів і сестер за своєю генетичною конституцією і можуть бути як одностатевими, так і різностатевими.
При порівнянні однояйцевих і різнояйцевих близнюків, вихованих у тому самому середовищі, можна зробити висновок про роль генів у розвитку ознак.
Близнюковий метод дозволяє робити обґрунтовані висновки про успадковуваність ознак: роль спадковості, середовища та випадкових факторів у визначенні тих чи інших ознак людини
Профілактика та діагностика спадкової патології
В даний час профілактика спадкової патології проводиться на чотирьох рівнях: 1)прегаметичному; 2) презиготичному; 3) пренатальному; 4) неонатальному.
1.)Прегаметичний рівень
Здійснюється:
1.Санітарний контроль за виробництвом - виключення впливу на організм мутагенів.
2.Звільнення жінок дітородного віку від роботи на шкідливому виробництві.
3.Створення переліків спадкових захворювань, які поширені на певній
території з опр. частотою.
2.Презиготичний рівень
Найважливішим елементом цього рівня профілактики є медико-генетичне консультування (МГК) населення, що інформує сім'ю про ступінь можливого ризику народження дитини з наслідковою патологією та надати допомогу у прийнятті правильного рішення про дітонародження.
Пренатальний рівень
Полягає у проведенні пренатальної (допологової) діагностики.
Пренатальна діагностика- Це комплекс заходів, який здійснюється з метою визначення спадкової патології у плода та переривання даної вагітності. До методів пренатальної діагностики належать:
1. Ультразвукове сканування (УЗС).
2. Фетоскопія– метод візуального спостереження плода у порожнині матки через еластичний зонд, оснащений оптичною системою.
3. Біопсія хоріону. Метод заснований на взятті ворсин хоріону, культивуванні клітин та дослідженні їх за допомогою цитогенетичних, біохімічних та молекулярногенетичних методів.
4. Амніоцентез- Пункція навколоплідного міхура через черевну стінку та взяття
амніотичної рідини. Вона містить клітини плода, які можуть бути досліджені
цитогенетично чи біохімічно залежно від передбачуваної патології плода.
5. Кордоцентез- Пункція судин пуповини та взяття крові плода. Лімфоцити плода
культивують та піддають дослідженню.
4.Неонатальний рівень
На четвертому рівні проводиться скринінг новонароджених щодо виявлення аутосомно рецесивних хвороб обміну на доклінічній стадії, коли своєчасно розпочате лікування дає можливість забезпечити нормальний розумовий і фізичний розвиток дітей.

Принципи лікування спадкових захворювань
Розрізняють такі види лікування.
1. Симптоматичне(Вплив на симптоми хвороби).
2. Патогенетичне(Вплив на механізми розвитку захворювання).
Симптоматичне та патогенетичне лікування не усуває причин захворювання, т.к. не ліквідує
генетичний дефект.
У симптоматичному та патогенетичному лікуванні можуть використовуватися такі прийоми.
· Виправленнявад розвитку хірургічними методами (синдактилія, полідактилія,
незарощення верхньої губи.
· Замісна терапія, сенс якої полягає у введенні в організм
відсутні або недостатні біохімічні субстрати.
· Індукція метаболізму- Введення в організм речовин, які посилюють синтез
деяких ферментів і, отже, прискорюють процеси.
· Інгібіція метаболізму- введення в організм препаратів, що зв'язують та виводять
аномальні продукти обміну.
· Дієтотерапія (лікувальне харчування) – усунення з харчового раціону речовин, які
не можуть бути засвоєні організмом.
Перспективи:Найближчим часом генетика посилено розвиватиметься, хоча вона й у наші дні
дуже поширена у сільськогосподарських культурах (селекції, клонуванні),
медицини (медичної генетики, генетики мікроорганізмів). У майбутньому вчені сподіваються
використовувати генетику для усунення дефектних генів та знищення хвороб, що передаються
у спадок, мати можливість лікувати такі тяжкі захворювання як рак, вірусні
інфекції.

За всіх недоліків сучасної оцінки радіогенетичного ефекту немає сумнівів у серйозності генетичних наслідків, які очікують людство у разі безконтрольного підвищення радіоактивного фону у навколишньому середовищі. Небезпека подальших випробувань атомної та водневої зброї очевидна.
У той же час застосування атомної енергії в генетиці та селекції дозволяє створити нові методи управління спадковістю рослин, тварин та мікроорганізмів, глибше зрозуміти процеси генетичної адаптації організмів. У зв'язку з польотами людини у космічний простір виникає необхідність досліджувати вплив космічної реакцію живі організми.

98. Цитогенетичний метод діагностики хромосомних розладів людини. Амніоцентез. Каріотип та ідіограма хромосом людини. Біохімічний спосіб.
Цитогенетичний метод полягає у вивченні хромосом з допомогою мікроскопа. Найчастіше об'єктом дослідження служать мітотичні (метафазні), рідше мейотичні (профазні та метафазні) хромосоми. Цитогенетичні методи використовуються при вивченні каріотипів окремих індивідів.
Отримання матеріалу внутрішньоутробного організму, що розвивається, здійснюють різними способами. Одним з них є амніоцентез, за допомогою якого на 15-16 тижні вагітності отримують амніотичну рідину, що містить продукти життєдіяльності плода та клітини його шкіри та слизових.
Матеріал, що забирається при амніоцентезі, використовують для біохімічних, цитогенетичних і молекулярно-хімічних досліджень. Цитогенетичними методами визначають стать плода і виявляють хромосомні та геномні мутації. Вивчення амніотичної рідини та клітин плода за допомогою біохімічних методів дозволяє виявити дефект білкових продуктів генів, проте не дає можливості визначати локалізацію мутацій у структурній або регуляторній частині геному. Важливу роль у виявленні спадкових захворювань та точної локалізації ушкодження спадкового матеріалу плода відіграє використання ДНК-зондів.
В даний час за допомогою амніоцентезу діагностуються всі хромосомні аномалії, понад 60 спадкових хвороб обміну речовин, несумісність матері та плода за еритроцитарними антигенами.
Диплоїдний набір хромосом клітини, що характеризується їх числом, величиною та формою, називається каріотипом. Нормальний каріотип людини включає 46 хромосом, або 23 пари: з них 22 пари аутосом і одна пара - статевих хромосом
Для того, щоб легше розібратися в складному комплексі хромосом, що становить каріотип, їх розташовують у вигляді ідіограми. У ідіограміХромосоми розташовуються попарно у порядку спадної величини, виняток робиться для статевих хромосом. Найбільшій парі присвоєно №1, найдрібнішій - №22. Ідентифікація хромосом лише за величиною зустрічає великі труднощі: ряд хромосом має схожі розміри. Однак останнім часом шляхом використання різного роду барвників встановлена ​​чітка диференціювання хромосом людини за їх довжиною на барвні спеціальними методами і смуги, що не фарбуються. Вміння точно диференціювати хромосоми має велике значення для медичної генетики, оскільки дозволяє точно встановити характер порушень у каріотипі людини.
Біохімічний метод

99. Каріотип та ідіограма людини. Характеристика каріотипу людини у нормі
та патології.
Каріотип- Сукупність ознак (число, розміри, форма і т. д.) повного набору хромосом,
властива клітинам даного біологічного виду (видовий каріотип), даного організму
(Індивідуальний каріотип) або лінії (клону) клітин.
Для визначення каріотипу використовують мікрофотографію або замальовку хромосом при мікроскопії клітин, що діляться.
Кожна людина має 46 хромосом, дві з яких статеві. У жінки це дві X хромосоми.
(каріотип: 46, ХХ), а чоловіки мають одна Х хромосома, іншу – Y (каріотип: 46, ХY). Дослідження
Каріотип проводиться за допомогою методу, званого цитогенетика.
Ідіограма- схематичне зображення гаплоїдного набору хромосом організму, які
розташовують у ряд відповідно до їх розмірів, попарно в порядку зменшення їх розмірів. Виняток робиться для статевих хромосом, які виділяються особливо.
Приклади найчастіших хромосомних патологій.
Синдром Дауна є трисомією по 21 парі хромосом.
Синдром Едвардса і є трисомією по 18-й парі хромосом.
Синдром Патау є трисомією по 13-й парі хромосом.
Синдром Клайнфельтера є полісомією по Х хромосомі у хлопчиків.

100. Значення генетики для медицини. Цитогенетичний, біохімічний, популяційно-статистичний метод вивчення спадковості людини.
Дуже важлива роль генетики у житті. Реалізується за допомогою медико-генетичного консультування. Медико-генетичне консультування покликане позбавити людство страждань, пов'язаних зі спадковими (генетичними) захворюваннями. Головні цілі медико-генетичного консультування полягають у встановленні ролі генотипу у розвитку даного захворювання та прогнозуванні ризику мати хворих нащадків. Рекомендації, що надаються в медико-генетичних консультаціях щодо укладення шлюбу або прогнозу генетичної повноцінності потомства, спрямовані на те, щоб вони враховувалися особами, які консультуються добровільно, приймають відповідне рішення.
Цитогенетичний (каріотипний) метод.Цитогенетичний метод полягає у вивченні хромосом з допомогою мікроскопа. Найчастіше об'єктом дослідження служать мітотичні (метафазні), рідше мейотичні (профазні та метафазні) хромосоми. Також цей метод використовується для вивчення статевого хроматину ( тільця барра) Цитогенетичні методи використовуються, при вивченні каріотипів окремих індивідів
Застосування цитогенетичного методу дозволяє не тільки вивчати нормальну морфологію хромосом і каріотипу в цілому, визначати генетичну стать організму, але, головне, діагностувати різні хромосомні хвороби, пов'язані зі зміною числа хромосом або порушенням їх структури. Крім того, цей метод дозволяє вивчати процеси мутагенезу на рівні хромосом і каріотипу. Застосування його в медико-генетичному консультуванні для пренатальної діагностики хромосомних хвороб дає можливість шляхом своєчасного переривання вагітності попередити появу потомства з грубими порушеннями розвитку.
Біохімічний методполягає у визначенні в крові або сечі активності ферментів або вмісту деяких продуктів метаболізму. За допомогою даного методу виявляють порушення в обміні речовин та обумовлені наявністю в генотипі несприятливого поєднання алельних генів, частіше рецесивних алелей у гомозиготному стані. За своєчасної діагностики таких спадкових захворювань профілактичні заходи дозволяють уникати серйозних порушень розвитку.
Популяційно-статистичний метод.Цей метод дозволяє оцінити ймовірність народження осіб з певним фенотипом у цій групі населення або у близьких родинних шлюбах; розрахувати частоту носійства у гетерозиготному стані рецесивних алелей. В основі методу лежить закон Харді – Вайнберга. Закон Харді-Вайнберга- Це закон популяційної генетики. Закон говорить: «В умовах ідеальної популяції частоти генів та генотипів залишаються постійними від покоління до покоління»
Головними рисами людських популяцій є: спільність території та можливість вільного одруження. Чинниками ізоляції, т. е. обмеження свободи вибору подружжя, в людини може бути як географічні, а й релігійні і соціальні бар'єри.
Крім того, цей метод дозволяє вивчати мутаційний процес, роль спадковості та середовища у формуванні фенотипного поліморфізму людини за нормальними ознаками, а також у виникненні хвороб, особливо зі спадковою схильністю. Популяційно-статистичний метод використовують для з'ясування значення генетичних факторів в антропогенезі, зокрема, у розутворенні.

101. Структурні порушення (аберації) хромосом. Класифікація залежно зміни генетичного матеріалу. Значення для біології та медицини.
Хромосомні аберації виникають внаслідок перебудови хромосом. Вони є наслідком розриву хромосоми, що призводить до утворення фрагментів, які надалі відтворюються, але при цьому нормальна будова хромосоми не відновлюється. Розрізняють 4 основні типи хромосомних аберацій: нестачі, подвоєння, інверсії, транслокації, делеція- Втрата хромосомою певної ділянки, яка потім зазвичай знищується
Нестачівиникають внаслідок втрати хромосомою тієї чи іншої ділянки. Нестачі в середній частині хромосоми прийнято називати делеціями. Втрата значної частини хромосоми призводять організм до загибелі, втрата незначних ділянок спричиняє зміну спадкових властивостей. Так. При нестачі однієї з хромосом у кукурудзи її проростки позбавлені хлорофілу.
Подвоєнняпов'язано з включенням зайвої, дублюючої ділянки хромосоми. Це також призводить до появи нових ознак. Так, у дрозофіли ген смугоподібних очей обумовлений подвоєнням ділянки однієї з хромосоми.
Інверсіїспостерігаються при розриві хромосоми і перевертанні ділянки, що відірвалася, на 180 градусів. Якщо розрив стався в одному місці, фрагмент, що відірвався, прикріплюється до хромосоми протилежним кінцем, якщо ж у двох місцях, то середній фрагмент, перевернувшись, прикріплюється до місць розриву, але іншими кінцями. На думку Дарвіна інверсії відіграють важливу роль в еволюції видів.
Транслокаціївиникають у випадках, коли ділянка хромосоми з однієї пари прикріплюється до негомологічної хромосомі, тобто. хромосома з іншої пари. Транслокаціяділянок однієї з хромосом відома у людини; вона може бути причиною хвороби Дауна. Більшість транслокацій, що торкаються великих ділянок хромосом, робить організм нежиттєздатним.
Хромосомні мутаціїзмінюють дозу деяких генів, викликають перерозподіл генів між групами зчеплення, змінюють локалізацію в групі зчеплення. Цим вони порушують генний баланс клітин організму, внаслідок чого відбуваються відхилення у соматичному розвитку особини. Зазвичай, зміни поширюються кілька систем органів.
Хромосомні аберації мають важливе значення в медицині. Прихромосомних абераціях спостерігається затримка загального фізичного та розумового розвитку Хромосомні хвороби характеризуються поєднанням багатьох вроджених вад. Таким пороком є ​​прояв синдрому Дауна, який спостерігається у разі трисомії за невеликим сегментом довгого плеча 21 хромосоми. Картина синдрому котячого крику розвивається при втраті ділянки короткого плеча 5 хромосоми. У людини найчастіше відзначаються вади розвитку головного мозку, опорно-рухової, серцево-судинної, сечостатевої систем.

102. Поняття виду, сучасні погляди видоутворення. Критерії виду.
Вид– це сукупність особин, подібних за критеріями виду настільки, що можуть в
природних умовах схрещуватися та давати плідне потомство.
Плодючі потомство- Те, що саме може розмножуватися. Приклад неплідного потомства - мул (гібрид осла та коня), він безплідний.
Критерії виду– це ознаки, якими порівнюють 2 організму, щоб визначити, ставляться вони до одного виду чи до різних.
· Морфологічний - внутрішня та зовнішня будова.
· Фізіолого-біохімічний - як працюють органи та клітини.
· Поведінковий - поведінка, особливо в момент розмноження.
· Екологічний – сукупність чинників довкілля, необхідні життя
виду (температура, вологість, їжа, конкуренти тощо)
· Географічний - ареал (область поширення), тобто. територія, де живе даний вид.
· Генетико-репродуктивний - однакова кількість та будова хромосом, що дозволяє організмам давати плідне потомство.
Критерії виду відносні, тобто. за одним критерієм не можна судити про вид. Наприклад, існують види-двійники (у малярійного комара, щурів і т.д.). Вони морфологічно один від одного не відрізняються, але мають різну кількість хромосом і тому не дають потомства.

103. Населення. Її екологічні та генетичні характеристики та роль у видоутворенні.
Населення– мінімальне самовідтворюване угруповання особин одного виду, більш-менш ізольоване від інших подібних угруповань, що населяє певний ареал протягом тривалого ряду поколінь, що утворює власну генетичну систему та формує власну екологічну нішу.
Екологічні показники популяції.
Чисельність- загальна кількість особин у популяції. Ця величина характеризується широким діапазоном мінливості, проте вона не може бути нижчою за деякі межі.
густина- число особин на одиницю площі чи обсягу. У разі збільшення чисельності щільність популяції, зазвичай, зростає
Просторова структураНаселення характеризується особливостями розміщення особин на займаній території. Вона визначається властивостями місцеперебування та біологічними особливостями виду.
Статева структуравідбиває певне співвідношення чоловічих та жіночих особин у популяції.
Вікова структуравідбиває співвідношення різних вікових груп у популяціях, що залежить від тривалості життя, часу настання статевої зрілості, числа нащадків.
Генетичні показники популяції. Генетично населення характеризується її генофондом. Він представлений сукупністю алелів, що утворюють генотипи організмів цієї популяції.
При описі популяцій чи їх порівнянні між собою використовують низку генетичних характеристик. Поліморфізм. Популяція називається поліморфною по даному локусу, якщо в ній зустрічається два або більше алелів. Якщо локус представлений єдиним алелем, говорять про мономорфізм. Досліджуючи багато локусів, можна визначити у тому числі частку поліморфних, тобто. оцінити ступінь поліморфізму, що є показником генетичної різноманітності популяції.
Гетерозиготність. Важливою генетичною характеристикою популяції є гетерозиготність – частота гетерозиготних особин у популяції. Вона відбиває також генетичну різноманітність.
Коефіцієнт інбридингу. За допомогою цього коефіцієнта оцінюють поширеність близькоспоріднених схрещувань у популяції.
Асоціація генів. Частоти алелів різних генів можуть залежати друг від друга, що характеризується коефіцієнтами асоціації.
Генетичні відстані.Різні популяції відрізняються один від одного за частотою алелів. Для кількісної оцінки цих відмінностей запропоновано показники, які називають генетичними відстанями

Населення- Елементарна еволюційна структура. В ареалі будь-якого виду особини поширені нерівномірно. Ділянки щільної концентрації особин перемежовуються з місцями, де їх небагато або відсутні. В результаті виникають більш менш ізольовані популяції, в яких систематично відбувається випадкове вільне схрещування (панміксія). Схрещування коїться з іншими популяціями відбувається дуже рідко і нерегулярно. Завдяки панміксії в кожній популяції створюється характерний для неї генофонд, який відрізняється від інших популяцій. Саме популяцію і слід визнати елементарною одиницею еволюційного процесу

Роль популяцій велика, оскільки майже всі мутації відбуваються всередині неї. Ці мутації, передусім, пов'язані із ізольованістю популяцій і генофондом, який відрізняється через їх відокремленості друг від друга. Матеріалом для еволюції служить мутаційна мінливість, що починається у популяції і закінчується утворенням образу.