Вопрос 1. Уровни организации живых систем. Клеточный уровень. Основные компоненты и органеллы эукариотической животной клетки.
| Уровень организации | Элементарная единица уровня |
| Молекулярно-генетический | Ген |
| Клеточный | Клетка |
| Организменный (онтогенетический) | Особь |
| Популяционно-видовой | Популяция |
| Биогеоценотический | Биогеоценоз |
Вопрос 2. Структурно-функциональная организация прокариотической клетки (на примере бактериальной).
Вопрос 3. Структурно-функциональная организация эукариотической клетки (см. 1 ответ). Системы жизнеобеспечения.
САМОСОХРАНЕНИЕ (система мембран), САМОРЕГУЛЯЦИЯ (система получения и превращения энергии), САМОВОСПРОИЗВЕДЕНИЕ (репликация, транскрипция и трансляция), Система мембран (цитоплазматическая мембрана, мембранные органеллы). Система авторепродукции (воспроизведение себе подобных) включает ДНК, РНК, рибосомы, множество ферментов. Система получения и трансформации энергии: митохондрии и хлоропласты.
Вопрос 4. Жизненный цикл клетки. Его периоды для клеток с разной степенью дифференцировки (ГКИ, АКИ, митоз).
Жизненный цикл клетки (ЖЦК) – период существования клетки от ее образования (путем деления материнской клетки) до собственного деления или смерти.
Жизненный цикл клеток, способных к делению, складывается из гетерокаталитической интерфазы и митотического цикла. В период гетерокаталитической интерфазы клетка растет, дифференцируется и выполняет свои специфические функции.
В митотическом цикле выделяют период подготовки клетки к делению (автокаталитическая интерфаза) и само деление – митоз.
Автокаталитическая интерфаза подразделяется на периоды: G1 (пресинтетический), S (синтетический), G2 (постсинтетический). В многоклеточном организме есть клетки, которые после своего рождения вступают в период покоя (G0), они представлены: клетками, выполняющими специфические функции в составе той или иной ткани; клетками, выходящими из митотического цикла; небольшим числом стволовых клеток (недифференцированные клетки с широкими потенциями). Все эти клетки рассеяны среди пролиферирующих клеток и практически неотличимы от них по морфологическим признакам.
Вопрос 5. Митотический цикл. Митоз. Биологическое значение митоза. Возможная патология митоза.
Митоз – основной способ деления соматических клеток, обеспечивающий материальную непрерывность генетического материала в популяции клеток, обеспечивает рост организма, регенерацию соматических клеток, а также фазу размножения гаметогоний, из которых впоследствии за счет мейоза формируются половые клетки.
Патология митоза. Нарушение процесса конденсации хромосом в профазе ведет к набуханию и слипанию хромосом; повреждение веретена деления является причиной задержки митоза в метафазе и рассеивания хромосом; нарушение расхождения хроматид в анафазу митоза ведет к появлению клеток с различным количеством хромосом; отсутствие цитотомии в конце телофазы и образование двуядерных и многоядерных клеток.
Вопрос 6. Хромосомы эукариот, их химический состав. Уровни упаковки ДНК (ДНП) в метафазную хромосому.
Хромосомы эукариот на протяжении жизненного цикла клетки имеют разную морфологию из-за различной степени компактизации ДНК-гистонового комплекса (ДНП).
Вопрос 7. Кариотип как видовая характеристика. Классификация метафазных хромосом человека по группам. Методы идентификации хромосом.
Кариотип – это хромосомный набор человека – генетический паспорт, который не меняется в течение всей жизни. В норме у человека 46 хромосом (по 23 хромосомы от каждого из родителей). Запись нормального женского кариотипа – 46,ХХ; нормального мужского – 46,XY.
Идентификация путем окрашивания хромосом:
Вопрос 8. Нуклеиновые кислоты. Строение и функции рРНК, иРНК, тРНК.
Химический состав нуклеиновых кислот. Нуклеиновые кислоты (НК) являются носителями генетической информации. Во всех клетках имеется два вида нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК), представляющие собой биополимеры, мономерами которых являются нуклеотиды. Каждый нуклеотид состоит из пентозы (в ДНК – дезоксирибоза, в РНК – рибоза), остатка фосфорной кислоты и одного из азотистых оснований (рис. 1). Пуриновые азотистые основания - аденин (А), гуанин (Г); пиримидиновые - цитозин (Ц), тимин (Т), урацил (У). Согласно правилу Чаргаффа, количество пуриновых азотистых оснований в ДНК равно количеству пиримидиновых. Кроме этих нуклеотидов, в составе НК присутствуют редкие минорные азотистые основания, возникающие вследствие химической модификации (например, инозин). Особенно много их в транспортной РНК (до 20%) и в рРНК (до 2%). Предполагают, что они защищают РНК от действия разрушающих ферментов. Нуклеотиды способны соединяться в длинные цепи при помощи фосфодиэфирных связей. Кроме того, полинуклеотидные цепи могут образовывать двухцепочечную пространственную структуру, формируя водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями.
Вопрос 9. Нуклеиновые кислоты. Строение и функции ДНК. Генетический код, его структура и свойства.
Уровни структурной организации ДНК
1. Первичный – полинуклеотидная линейная цепь. При синтезе цепи ДНК или РНК новый нуклеотид присоединяется 5'(Ф) - концом к 3'(ОН) - концу предыдущего. Таким образом, полинуклеотидная цепь растет в направлении 5' 3'.
2. Вторичный – две комплементарные антипараллельные полинуклеотидные цепи. У двухцепочечных ДНК, полинуклеотидные цепи антипараллельны, т. е. напротив 5' (Ф) - конца одной цепи стоит 3' (ОН) - конец другой цепи.
3. Третичный – трехмерная двойная спираль полинуклеотидных цепей, чаще закрученных вправо (В-цепь). Молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в двойную спираль. Ширина спирали около 2 нм. Длина шага (полного оборота) спирали 6 – 3,4 нм, в одном шаге – 10 пар нуклеотидов. Кроме классической правозакрученной В-формы, описанной в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком, существуют ещѐ несколько форм ДНК. Самые распространенные из них: A-форма (правозакрученная, в неѐ трансформируется В-форма при транскрипции) и Z-форма (левозакрученная, образуется при сильной спирализации В-формы).
Одна из основных функций ДНК – сохранение и передача наследственной информации.
Генетический код – это система кодирования информации о последовательности аминокислот в белке с помощью последовательности нуклеотидов ДНК (РНК) (таблица 4). Единицей генетического кода является кодон (триплет) – последовательность из трех нуклеотидов. В составе генетического кода 64 кодона, из них кодирующих аминокислоты – 61, а некодирующих (стоп-кодоны) – 3. Кодон АУГ, кодирующий аминокислоту метионин, выполняет функцию кодона-инициатора (старт-кодона) – с него начинается считывание генетической информации с иРНК. Первой к месту синтеза белка – рибосоме подходит тРНК с аминокислотой метионин. У эукариот только один старт-кодон, тогда как у прокариот их может быть несколько.
Свойства генетического кода: триплетность – каждая аминокислота кодируется сочетанием из трех нуклеотидов; специфичность – каждый кодон кодирует одну определенную аминокислоту; вырожденность (избыточность) – почти каждая аминокислота (кроме метионина и триптофана) может быть закодирована двумя или более разными кодонами; универсальность – принцип кодирования аминокислот у всех видов одинаков.
Вопрос 10. Воспроизведение на молекулярном уровне. Репликация ДНК. Понятие о репарации ДНК.
Репликация ДНК у эукариот.
Одна из основных функций ДНК – сохранение и передача наследственной информации. В основе этой функции лежит способность ДНК к самоудвоению – репликации. В результате репликации из одной материнской молекулы ДНК образуются две 10 дочерние молекулы ДНК. Каждая дочерняя молекула содержит одну материнскую и одну вновь синтезированную цепь (полуконсервативный способ удвоения). Репликация в клетке происходит перед каждым еѐ делением в синтетический период интерфазы (S-период).
Единицей репликации является репликон – участок ДНК, способный к самостоятельной репликации. У бактерий и вирусов имеется обычно один репликон на клетку, тогда как у эукариот их содержится много. Репликация начинается в сайте инициации. Двойная спираль ДНК расплетается в точках инициации репликации и образуются репликационные глазки, состоящие из двух репликационных вилок, ведущих синтез в противоположных направлениях (двунаправленная репликация), как показано схематически на рис. 2.
В синтезе полинуклеотидных цепей ДНК участвует фермент ДНК-полимераза, которая наращивает новую цепь в направлении 5' → 3'. Однако синтез дочерних цепей ДНК осуществляется неодинаково. Одна из них создается непрерывно и называется лидирующей. Другая называется отстающей, так как она собирается из отдельных коротких участков (фрагментов Оказаки), которые потом соединяются вместе ДНК-лигазами. Такой феномен наблюдается из-за антипараллельности материнских цепей ДНК.
ФЕРМЕНТЫ и другие БЕЛКИ, обеспечивающие репликацию ДНК:
Геликаза – расплетает двойную спираль ДНК, разрушая водородные связи между комплементарными азотистыми основаниями.
РНК-полимераза (или ДНК-праймаза) – инициирует синтез ДНК, образуя РНК-затравки (праймеры).
ДНК-полимераза – синтезирует полинуклеотидную цепь ДНК в направлении 5' → 3'.
ДНК-лигаза – сшивает вместе фрагменты Оказаки после удаления РНК-праймера и его замещения на нуклеотиды ДНК.
ДНК-топоизомераза – помогает раскручиванию ДНК и работе геликазы, снимая напряжение на спирали материнской молекулы.
Дестабилизирующие белки – негистоновые ядерные белки, связываются с разъединенными цепями ДНК, поддерживают репликационную вилку открытой.
Роль геликазы в репликации ДНК. Геликаза – один из основных ферментов репликации ДНК. Ген геликазы у человека локализован в аутосоме 8. У гомозигот (аа) по мутантному гену геликазы накапливаются мутации в клетках разных тканей и органов. В итоге развивается наследственная болезнь – синдром Вернера, ведущая к преждевременной старости. К 20 годам больные выглядят как глубокие старики.
Репарация ДНК.
Во время репликации, ДНК и рекомбинации ядерного материала в ней (сестринские хроматидные обмены, кроссинговер и др.) возможны «ошибки» в ДНК, и, как следствие этого, могут возникнуть мутации. Однако большинство «ошибок» и повреждений ДНК устраняется благодаря репарации – процессу, обеспечивающему исправление повреждений в ДНК. сходство репликации и репарации ДНК: оба процесса основаны на комплементарном спаривании азотистых оснований; при репликации и репарации ДНК работают сходные ферменты (ДНК-полимераза, лигаза). В некоторых клетках ферменты репарации отсутствуют.
Вопрос 11. Ген как функциональная единица генома эукариот. Кодирующие и регуляторные участки функциональной единицы.
Ген – структурно-функциональная единица наследственности; участок молекулы ДНК (РНК – у вирусов), в котором в виде последовательности нуклеотидов заложена информация о первичной структуре белка, тРНК, рРНК.
Известно, что у человека ~ 75% ДНК хромосом приходится на межгенные промежутки и только ~ 25% ДНК представляет собой собственно гены.
1. СТРУКТУРНЫЕ ГЕНЫ
а) Гены, кодирующие белки:
– уникальные гены (единичные копии в геноме). Это гены большинства ферментов, транспортных и структурных белков.
- гены-повторы (многочисленные копии в геноме). Это протоонкогены, гены рибосомальных белков, белков-гистонов, апобелков.
б) Гены, кодирующие тРНК, рРНК (повторены в геноме 300-1600 раз).
2. РЕГУЛЯТОРНЫЕ ГЕНЫ
Гены, белковые продукты которых регулируют функции структурных генов.
3. МИГРИРУЮЩИЕ ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ (МГЭ)
Генетические элементы, которые перемещаются по геному, влияют на активность соседних генов
4. ПСЕВДОГЕНЫ
«Молчащие» аналоги структурных генов
5. МИТОХОНДРИАЛЬНЫЕ ГЕНЫ
Гены ДНК митохондрий
Вопрос 12-13. Этапы экспрессии гена эукариот в признак. Характеристика этапов.
Вопрос 14. Мейоз – основной этап гаметогенеза. Фазы мейоза, их характеристика. Биологическое значение мейоза.
Мейозом называется тип деления эукариотических клеток, при котором
происходит редукция числа хромосом, т.е. из диплоидной клетки образуются
гаплоидные.
Вопрос 15. Генетический и гонадный пол. Понятие о генной регуляции гонадогенеза у человека. Роль генов HYAS, HYAI, HYARS.
Гонадный пол определяется только генотипом (группой взаимодействующих генов, расположенных как в половых хромосомах, так и в аутосомах) и не зависит от гормонов и факторов среды.
Генетический пол предопределяется набором половых хромосом. При нарушении числа половых хромосом или дефекта их структуры возникает патология формирования гонад (агенезия и дисгенезия гонад).
Норма:
· при кариотипе 46,XY из первичных гонад формируются семенники, т.к. ген-индуктор Y-хромосомы активирует структурный ген, продуцирующий НY- антиген;
· при кариотипе 46,ХХ из первичных гонад формируются яичники, т.к. нет гена-индуктора, но есть ген-супрессор в X-хромосоме, который подавляет работу структурного гена, продуцирующего НY-антиген.
Патология:
Установлено, что присутствие одного лишь гена-индуктора (HYAI) Y-хромосомы, который определяет дифференциацию половых желез по мужскому типу и далее синтез в них гормона тестостерона, не всегда способно обеспечить развитие мужского пола. Для этого необходим также белок- рецептор, обеспечивающий проникновение гормона в клетки ткани-мишени. Мутация гена белка-рецептора тестостерона делает ткани-мишени невосприимчивыми к тестостерону и развитие соматического пола по женскому типу (тестикулярная феминизация или синдром Морриса).
Вопрос 16-17. Периоды овогенеза и сперматогенеза у человека, их сущность. Место овогенеза и сперматогенеза в онтогенезе человека. Характеристика овогенеза и сперматогенеза.
Вопрос 18. Моногенное наследование. Характеристика А-Д и А-Р типов. Понятие о пенетрантности и экспрессивности генов.
Пенетрантность – частота проявления гена в фенотипе.
Экспрессивность – степень выраженности гена в признаке.
Вопрос 19. Моногенное наследование. Виды взаимодействия аллельных генов (полное и неполное доминирование, кодоминирование). Наследование групп крови системы АВ0.
