Морфология и типы хромосом. Согласно современным представлениям хромосома - это уровень организации наследственного материала в виде нуклеопротеидного (хроматинозого) комплекса. История изучения хромосом. Первое упоминание о хромосомах относится к 1880 году, когда В.Флеминг, исследуя клетки роговицы глаза человека обнаружил от 22-х до 28-ми хроматиновых тел. Сам термин «хромосома» впервые был введен В.Вальдейером в 1888 году.В начале XX века ученые пришли к выводу, что хромосомы являются носителями генетической информации в клетке.В 1956 году Д.Тио и А.Леаан установили, что в соматических клетках человека содержится 46 хромосом. Размер хромосом может быть выражен абсолютной или относительной длиной (в процентах определяемых по отношению к суммарной длине всех хромосом гаплоидного набора женщины).Размеры хромосом у разных организмов варьируют в широких пределах (в среднем от 0.2 до 50 мкм).Длина метафазных хромосом человека колеблется от 2 до 11 мкм. таким образом, самые крупные хромосомы человека в 4-5 раз длиннее самых мелких хромосом.О размерах хромосом можно судить и по числу входящих в них нунлеотидных пар. Самая большая хромосома (1) имеет около 250 млн. пар нуклеотидов, а самая маленькая хромосома (21) включает около 50 млн. пар нуклеотидов. Морфология хромосом В хромосоме выделяют первичную перетяжку, в области которой расположена центромера или, кинетохор - особое образование, играющее важную роль в расхождении хроматид при митозе. По обе стороны от центромеры находятся плечи хромосом, которые заканчиваются теломерами (концевыми участками). Теломерные концы хромосом не способны соединяться с другими хромосомами или их фрагментами. Но если хромосому лишить теломерных участков (в результате разрывов), то она будет присоединяться к таким же: разорванным концам других хромосом. У некоторых хромосом кроме первичной перетяжки может быть вторичная перетяжка. Если она сильно выражена, то от хромосомы отделяется участок, который называется «спутник», а такая хромосома называется спутничной. В области вторичной перетяжки находится ядрышкозый организатор, ответственный за образование ядрышка в конце митоза. В кариотипе человека вторичную перетяжку имеют следующие пары хромосом: 1, 9, 13-15, 16, 21-22. Форма хромосом определяется положением первичной перетяжки, образующейся в районе локализации центромеры и может быть количественно охарактеризована как доля длины короткого плеча (р) к длине всей хромосомы, принятой за 100% (центромерный индекс). Виды: Метацентрическая=равноплечая (ЦИ=50%); Субметацентртеская=слабонеравноплечая (ци немного меньше 50%); Акроцентрическая=сильнонеравноплечая (ЦИ много меньше 50%); Телоцентрическая (второе плечо отсутствует, центромера на конце). Таких хромосом нет в кариотипе человека.
Политенные хромосомы. Хромосомы видны только во время митоза, образуясь в профазе и существуя до телофазы, после чего они деконденсируются.Однако, в некоторых случаях хромосомы продолжают существовать и в интерфазе. Классическим примером таких хромосом служат гигантские, политенные хромосомы слюнных желез личинок насекомых (например, плодовой мушки Drosophila или комара Chironomus). Впервые такие гигантские хромосомы обнаружил итальянский ученый Бальбиани в 1881 году а интерфазных клетках слюнных желез личинки мотыля. В дальнейшем политенные хромосомы были обнаружены у двукрылых в клетках кишечника, мальпигиевых сосудах, в клетках зародышего мешка растений, в клетках некоторых злокачественных опухолей у млекопитающих.Политенные хромосомы образуются благодаря тому, что хроматиды, возникающие в ряде последовательных синтезов ДНК, не расходятся, а остаются вместе, тесно сближенными. Поэтому хромосомы увеличиваются до гигантских размеров, могут содержать 1000-2000 хроматид.Детальное изучение политенных хромосом показало, что в них можно различить поперечные полосы или диски, причем более темные, окрашиваемые основными красителями полосы (диски) чередуются с более светлыми междисковыми участками (междиски). Число и расположение дисков в каждой хромосоме соответствует локализации в ней определенных генов. Исследования, проведенные с помощью электронного микроскопа позволили составить детальную карту некоторых политенных хромосом дрозофилы и установить точное расположение на ней большого числа генов. Часть дисков соответствует одному гену, но встречаются такие, которые содержат несколько разных генов. Обнаружены гены, занимающие несколько дисков или междисков.Морфологически на хромосомах в разных местах наблюдаются вздутия, в которых имеется выраженное утолщение, содержащее повышенное количество РНК и негистоновых белков. Такие активные вздутия на политенных хромосомах насекомых названы кольцами Бальбиани. С помощью электронной микроскопии было показано, что в пуффах нити ДНП частично расплетены, и там идет синтез РНК. В процессе развития можно наблюдать, что одни пуффы исчезают и появляются другие в определенной последовательности, то есть идет постепенное включение и выключение генов, обуславливающих синтез белков, необходимых на данном этапе развития.Особые хромосомы представляют собой так называемые хромосомы типа ламповых щеток. Они обнаруживаются в профазе редукционного деления, главным образом на стадии диплотены, особенно в ооцитах животных. В «ламповых щетках» нити хроматина образуют большие петлеобразные выросты, направленные в разные стороны. Они наблюдаются даже в световом микроскопе и похожи на щетки для чистки стёкол керосиновых ламп («ершей»). Наэтих выростах происходит интенсивный синтез РНК то есть они являются местами активной транскрипции. В них расположены участки, лишенные видимых нуклеосом, и они обладают характерными свойствами активного хроматина. До недавного времени считалось, что «лимповые щитки» встречаются только у животных, однако их удалось обнаружить также в ядре (ризоиде) гигантской одноклеточной водоросли ацетобулярии.
Кариотип. Идиограмма. В 1924 году Г.А.Левитский применил термин «кариотип» для обозначения ядерных - особенностей организма. Кариотип - диплоидный набор хромосом, соматической клетки (2п), характеризующийся их числом, размером и формой; является видоспецифическим признаком (генетический критерий).Нормальный кариотип женщины - 46, XX; нормальный кариотип мужчины - 46, ХУ. Термин «идиограмма» был предложен С.Г.Навашиным, а уточнен Левитским в 30-е годы XX века. Идиограмма (от греч.: idios - своеобразный, gramme - запись) - графическое изображение хромосом, присущих соматической клетке данного вида, со всеми их структурными характеристиками (положение центромеры и спутников, расположение хромомер и гетерохроматина). Денверская классификация хромосом человека. В 1960 году на конгрессе генетиков в г.Денвере (США) была принята первая классификация хромосом человека, которая помогла анализировать кариотипы людей. В основу классификации хромосом были положены морфологические характеристики: размеры, форма, положение центромеры. Все аутосомы получили порядковые номера и были подразделены на 7 групп в порядке убывания размеров: А. В. С. Р. Е, F, G. Половые хромосомы в отдельную группу не выделялись, но по принципу морфологического подобия X-хромосома не отличима от хромосом группы С, а Y-хромосома - от группы G.А (1,3 пары - большие метацентрические, а 2 пара - большие субметацентрические),В (4,5) - большие субметацентрические,С (6-12) - средние субметацентрические,D (13-15) - средние акроцентрические,Е (16-18) - малые субметацентрические,F (19.20) - малые метацентрические,G (21,22) - малые акроцентрические. Примечание: в практической работе приводится схема, которая поможет более успешному усвоению материала по характеристике хромосом человека. Принятие Денверской классификации способствовало наведению определенного порядка в кариотипе человека. Но так как хромосомы внутри группы окрашивались однотипно и практически не различались между собой, это затрудняло их идентификацию, не позволяло отличить половые хромосомы от аутосом и проводить точную диагностику при хромосомных аномалиях.Недостатки Денверской классификации были устранены на IV Международной конференции по стандартизации и цитогенетике человека в Париже (1971). Парижская классификация хромосом человека. Возможности точной идентификации каждой хромосомы появились только в 1968-1970 гг.. когда 3 группы ученых: Т.Касперсон с сотр. (Швеция), Б.Датрилпэукс и Ж.Лежен (Франция), А.Ф.Захаров и Н.А.Еголина (СССР) предложили 4 основных метода дифференциального окрашивания хромосом человека: G (Гимза), Q (акрихин), R (revers - обратный) и С (конститутивный гетерохроматин) и метод дифференциального окрашивания хроматид с помощью брсмдезоксиуридина (БУДР), являющегося аналогом тимина. Эти методы позволяют идентифицировать различные типы сегментов (блоки) хромосом, а метод дифференциального окрашивания хроматид выявляет сестринские хроматидные обмены (СХО). Методы дифференциальной окраски хромосом основаны на действии солевых растворов со строго заданным pH и определены температурным режимом с последующей обработкой основными красителями или флюорохромами (акрихин, акрихин-иприт), а метод дифференциальной окраски хроматид основан на способности участка хромосомы, включившего БУДР, изменять состояние своей конденсации и окраски. В 1971 году в г. Париже на IV Международной конференции по стандартизации и цитогенетики человека была принята новая классификация хромосом человека. Выявляемое при дифференциальном окрашивании хромосом чередование сегментов (темные и светлые полосы) характеризовалось постоянством, что позволило цитогенетикам идентифицировать каждую хромосому и создать идиограмму хромосом человека. Парижская классификация хромосом человека предназначена для описания по единой форме линейной структуры каждой хромосомы. Причем сохранялась Денверская нумерация хромосом. Каждая хромосома стала рассматриваться как непрерывная совокупность сегментов, независимо от их окраски; межсегментов не существует.Плечи хромосом стали обозначаться латинскими буквами: р-короткое и q-длинное. Плечи разделены на районы, границами которых служат регулярно наблюдаемые четкие морфологические маркеры, а районы, в свою очередь, подразделяются на сегменты, которые четко отличаются от соседних по интенсивности окраски. Районы и сегменты нумеруются арабскими цифрами от центромеры к теломере, отдельно для каждого плеча. Например, запись 5 р 14 означает: 5 хромосома, короткое плечо, район 1, сегмент 4.Молекулярко-генетическую организацию сегментов хромосом можно объяснить с помощью следующей гипотезы. Известно, что различные участки хромосом человека отличаются по количественному содержанию AT- и ГЦ-пар оснований; Q-сегменты (или совпадающие с ними G-сегменты) соответствуют участкам, богатым АТ-парами (55-65% ДНК), и содержат тканеспецифичные гены, реплицирующиеся во второй половине фазы синтеза ДНК (S-период); R-сегменты соответствуют участкам богатым ГЦ-парам (50-60% ДНК), и содержат общеклеточные гены, которые реплицируются в первой половине S-периода.Таким образом, дифференциальное окрашивание метафазных хромосом является выражением их структурно-функциональной дифференцированности. В начале 80-х годов большое распространение получили более совершенные методы дифференциального окрашивания хромосом, позволяющие анализировать хромосомы на стадиях прометафазы и даже профазы.
Строение гена. Классификация генов. Фундаментальным понятием в генетике является представление о гене как единице наследственности. Ниже приводится два определения гена. Ген - это участок ДНК, коллинеарно кодирующий определённый белковый или нуклеиновый продукт. Ген - это фрагмент 2-цепочечной ДНК, несущей определённую генетическую информацию.У кишечной палочки имеется 4 тыс. генов, у дрожжей - 7 тыс. генов, а у дрозофилы и плоских червей -15-20 тысяч генов,У человека имеется приблизительно от 50 тысяч до 100 тысяч структурных генов, по данным на 1989 год около 5 тысяч генов были приблизительно охарактеризованы, а около 2 тысяч генов были нанесены на карты хромосом (картированы).26 июня 2000 года в прессе было сделано сообщение о том, что учеными США, Англии, Японии и других стран, участвующими в программе «Геном человека», завершена основная часть работы (более 90%) по расшифровке генетического кода человека. В ближайшие 2 года планируется уточнить и завершить работу по данной программе, которая имеет важное прикладное значение для медицины.В плане данной темы важно помнить, что ген занимает определённый участок (локус) в хромосоме, это участок ДНК, который может быть представлен десятками, сотнями или тысячами пар нуклеотидов. В настоящее время, с функционально-генетической точки зрения, гены классифицируют на 3 группы: 1. Структурные гены - кодируют структуру синтезируемых клеткой белков (структурных белков, белков-ферментов и др.), а также кодируют последовательности нуклеотидов в молекулах т-РНК и р-РНК. 2. Регуляторные (функциональные) гены - контролируют и направляют работу структурных генов. 3. Гены-модуляторы. К ним относятся гены-ингибиторы (или супрессоры), которые подавляют функции других генов, гены-интенсификаторы, которые усиливают функции других генов и др. Экзонно-интронная структура генов. В 70-х годах XX века было обнаружено, что структурные гены эукариот содержат экзоны (участки ДНК, несущие генетическую информацию и отвечающие за синтез определенных участков белков) и интроны (участки ДНК, которые не несут генетической информации, относящейся к синтезу белка, кодируемого данным геном). Интроны ещё называют вставками, расположенными между экзонами. Таким образом, принципиальным отличием генов эукариот от генов прокариот является то, что их структурные гены имеют разорванную, прерывистую структуру. Однако исключение составляют гены, кодирующие гистоны и интерфероны, они не содержат интронов. Дальнейшие исследования показали, что большинство генов эукариот имеют экзон-интронную организацию. Длина интронов варьирует в очень широких пределах: от 100 до 10000 нуклеотидов и более, нередко их суммарная длина больше длины экзонов. Количество интронов и экзонов в разных генах варьирует. Один из самых коротких - ген бета-глобина, состоящий из 1100 пар нуклеотидов (пн), содержит 3 экзона (90, 222, 126 пн) и 2 интрона (116, 646 пн). Примером протяженного гена служит ген дистрофина, имеющий 2,6 млн пн и более 2000 экзонов.
Представление, что интроны - нефункциональная часть гена, - неверно. И хотя детально их биологическая роль не выяснена, существует ряд гипотез о значении интронов: 1) Строение генов из участков выгодно для процессов генетической рекомбинации, перетасовки генов. Чем дальше в хромосоме расположены фрагменты генетического материала, тем выше вероятность рекомбинации. Именно поэтому и выгодны вставки-интроны. Нуклеотидная последовательность интронов менее консервативна, чем у экзонов, она подвергается быстрым изменениям в эволюции.
Перетасовка частей генов может быть использована для разных целей: а) это путь к образованию новых генов; б) это способ нейтрализации вредных мутаций. 2) Предполагается регуляторная роль интронов в экспрессии (работе) генов. Интроны могут содержать энхансеры. Они могут кодировать особый фермент, который участвует в сплайсинге м-РНК (смотри следующий вопрос). Заканчивая разговор о гене, необходимо отметить ещё одно обстоятельство. У эукариот гены разделены между собой протяженными участками ДНК, которые были названы спейсерами, или разделителями. Накапливается всё более данных, что именно в спейсерах располагаются те сегменты ДНК, которым принадлежит решающая роль в регуляции работы генов (в регуляции транскрипции). Регуляиия биосинтеза белка у прокариот (на примере работы лактозного оперона кишечной папочки). Все клетки любого организма имеют полный набор свойственных данному организму генов. Вместе с тем известно, что клетки разных тканей и органов отличаются по набору имеющихся в них белков. Располагая полной генетической информацией, каждая клетка на определенном этапе развития использует лишь ту её часть, которая необходима в настоящий момент, транскрибируются («работают») только те гены, продукты которых нужны клетке в данный момент для выполнения её функций. Следовательно, клетка должна обладать механизмами, определяющими какие гены и в какой последовательности должны транскрибироваться. Наиболее полно регуляция генной активности изучена на примерах синтеза белков-ферментов у микроорганизмов. Теория регуляции биосинтеза белка у прокариот разработана в 50-х годах X X века французскими учеными Ф.Жакобом и Ж.Моно. Они разработали концепцию опреона и выяснили основные принципы регуляции биосинтеза белка у прокариот. Согласно теории Ф.Жакоба и Ж.Моно, гены функционально неодинаковы: выделяют группу структурных генов (они кодируют структуру синтезируемых клеткой попипептидов, белков, р-РНК, т-РНК) и группу регуляторных генов (они управляют работой структурных генов обычно с помощью присоединения к ним различных белковых факторов).
Единицей генетической регуляции является оперон, который представляет собой совокупность расположенных е линейной последовательности регуляторных и одного или нескольких структурных генов. Гены одного оперона расположены в хромосоме прокариот рядом и кодируют ферменты, осуществляющие последовательные реакции синтеза или расщепления. Эти гены находятся под общим регуляторным контролем и могут включаться и выключаться координированно. Одним из наиболее наглядных и хорошо изученных примеров является лактозный оперон кишечной палочки (Escherichia coli) -- группа генов, контролирующая синтез ферментов, осуществляющих катаболизм молочного сахара - лактозы. Буквально через несколько минут после добавления в питательную среду для кишечной палочки лактозы, бактерии начинают вырабатывать 3 фермента: галактозидпермеазу, бетагалактозидазу и галактоэидтрансацетилазу. Как только ресурсы лактозы в среде исчерпываются, синтез ферментов сразу же прекращается. Строение лактозного оперона кишечной палочки: 1. Начинается оперон с участка А - он предназначен для присоединения белка-активатора ( синий круглешок), в свою очередь необходимого для присоединения к следующему участку фермента (РНК-полимеразы). 2. Следующий участок П (промотор) - место прикрепления фермента РНК-полимеразы (зеленый треугольник), это участок начала транскрипции. 3. За промотором следует О (оператор) - он играет важную роль в транскрипции генов оперона, т.к. с ним может прикрепляться регуляторный белок-репрессор(красн 2 треугольника) 4. За оператором следуют структурные гены (z, у, а), которые кодируют построение 3-х упомянутых ранее белков-ферментов.5. Заканчивается оперон Т (терминатором) - участком, прекращающим продвижение РНК-полимеразы и транскрипции оперона.
6. Основная регуляция работы структурных генов осуществляется регуляторным белком(красн 2 треугольн) который кодируется Р (геном-регулятором), который не входит в состав оперона, а лежит поблизости в другом месте хромосомы. Работа лактозного оперона Регуляторный белок-репрессор в незначительном количестве синтезируется в клетке постоянно. Этот белок обладает сродством к последовательности нуклеотидов в области оператора, а также сродством к лактозе. Репрессия: В отсутствие лактозы регуляторный белок связывается с участком-оператором (О) и препятствует продвижению по ДНК РНК-полимеразы: не синтезируется м-РНК, не синтезируются и белки-ферменты. Индукция: После добавления в среду лактозы, регуляторный белок связывается с ней быстрее, чем с участком-оператором, который остаётся свободным и не препятствует продвижению РНК-полимеразы. Идёт транскрипция и трансляция. Синтезирующие белки-ферменты расщепляют лактозу. После того, как вся лактоза будет израсходована, нечем будет связывать регуляторный белок и он снова окажется с О (оператором), прекратив транскрипцию оперона.
Другой известный тип индукции - позитивная индукция. Она свойственна другому оперону кишечной палочки, кодирующему ферменты катаболизма другого сахара -арабинозы. Этот оперон структурно очень похож на предыдущий. Разница в регуляции состоит в том, что добавленная в среду арабиноза взаимодействует с белком-репрессороми, освобождая операторный участок, одновременно превращает белок-репрессор в белок-активатор, способствующий. присоединению РНК-полимеразы к промотору. В этих условиях транскрипции имеет место. Как только запасы арабинозы в среде исчерпываются, синтезирующийся белок-репрессор опять связывается с оператором, выключая транскрипцию. Кроме индукции, известны также 2 типа (негативный и позитивный) ре гуляции по принципу репрессии. Если при негативной индукции эффектор (индуктор) препятствует присоединению белка-репрессора к оператору, то при негативной репрессии, наоборот, эффектор придаёт регуляторному белку способность присоединяться к оператору. Если в первом случае соединение эффектора с белком-регулятором разрешало транскрипцию, то во втором оно запрещает её. Примером негативной репрессии может служить хорошо изученный триптофановый оперон кишечной палочки. В его состав входят пять структурных генов, обеспечивающих синтез аминокислоты триптофана, оператор и два промотора. Белок-регулятор синтезируется вне триптофонового оперона. Пока клетка успевает расходовать весь синтезирующийся триптофан, оперон работает, синтез триптофана продолжается. Если же в клетке появляется избыток триптофана, он соединяется с регуляторным белком и изменяет его таким образом, что этот белок приобретает сродство с оператором. Измененный белок-регулятор взаимодействует с оператором и препятствует транскрипции структурных генов вследствии чего синтез триптофана прекращается. При позитивной репрессии эффектор лишает регуляторный белок способности связываться с оператором, обуславливая таким образом, транскрипцию структуоных генов. Описанные типы регуляции характеризуют механизмы регуляции отдельных оперонов, практически не касаясь регуляции экспрессии генома в целом, в то время как совершенно очевидно, что регуляция разных оперонов должна носить согласованный характер. Такой согласованный характер работы разных оперонов и генов получил у вирусов и фагов название каскадной регуляции. Согласно принципу каскадной регуляции, сначала происходит транскрипция «предранних», затем «ранних» и наконец «поздних» генов, в зависимости от того, какие белки требуются на разных стадиях вирусной (фаговой) инфекции. Конечно, принцип каскадной регуляции у фагов относится к наиболее простым. У более сложно организованных организмов для осуществления большого количества функций, происходящих одновременно или с определённой последовательностью, необходима согласованная работа многих генов и оперонов, Особенно это касается эукариотов, отличающихся не только более сложной организацией генома, но и многими другими особенностями механизмов регуляции генной активности. По принципам регуляции гены эукариотов можно условно разделить на 3 группы: 1) функционирующие во всех клетках организма; 2) функционирующие в тканях только одного типа; 3) обеспечивающие выполнение специализированными клетками конкретных функций. Кроме того, у эукариотов известно одновременное групповое выключение генной активности, осуществляемое гистонами - основными белками, входящими в состав хромосом. Ещё одним существенным отличием транскрипции у эукариотов является то, что многие м-РНК длительное время сохраняются в клетке в виде особых частиц -информосом, в то время как м-РНК прокариотов практически ещё в процессе транскрипции поступают в рибосомы, транслируются, после чего быстро разрушаются.
Вместе с тем, имеется много данных, указывающих, что транскрипция у эукариотов осуществляется с участков, подобных оперонам прокариотов и состоящих из регуляторных и структурных генов. Отличительной особенностью оперонов эукариотов является то, что почти всегда они содержат только структурный ген, а гены, контролирующие различные этапы определённой цепи метаболических превращений! разбросаны по хромосоме и даже по разным хромосомам. Другой отличительной чертой оперонов эукариотов является то, что они состоят из значащих (экзонов) и незначащих (интронов) участов. чередующихся друг с другом. При транскрипции считываются как экзоны, так и интроны, а образующийся при этом предшественник информационной РНК (про-мРНК) затем претерпевает созревание (процессинг), в результате которого происходит вырезание интронов и образование собственно м-РНК (сплайсинг). У эукариотов известны и другие типы регуляции активности генов, такие как эффект положения или дозовая компенсация. В первом случае речь идёт об изменении генной активности е зависимости от конкретного окружения: перемещение гена из одного места хромосомы в другое может приводить к изменению активности как этого гена, так и близлежащих. Во втором случае, нехватка одной дозы какого-либо гена (в первую очередь это относится к генам, локализованным в половых хромосомах гетерогаметного пола, когда одна из гомологичных половых хромосом либо генетически инертна, либо полностью отсутствует) фенотипически не проявляется за счет компенсаторного увеличения активности оставшегося гена, В целом же, регуляция активности генов у эукариотов изучена недостаточно.
«Центральная догма (основной постулат) молекулярной биологии».
Представление о том, что генетическая информация хранится в ДНК и, таким образом, предаётся от клетки к клетке и из поколения в поколение, что она реализуется благодаря транскрипции в РНК и следующей за ней трансляцией, определяющей синтез белка, известно как «центральная догма молекулярной биологии».
Её выражает следующая схема
ДНК -(репликация)-> ДНК -(транскрипция)-> РНК -(трансляция)-> Белок
Исследования последних лет показали, что «центральная догма" должна быть дополнена и несколько изменена.
В 1972 г. Г.Тёмин и Д.Балтимор (США) открыли обратную транскриптазу, или ревертазу, - фермент, который осуществляет синтез ДНК' по матрице РНК. Его выделили сначала из очищенных ретровирусов, а затем обнаружил и в клетках различных организмов от бактерий до млекопитающих и человека.
В этом случае ревертаза осуществляет синтез цепи ДНК комплементарной м-РНК, а затем достраивает вторую цепь либо с помощью той же ревертазы, либо с помощью ДНК-полимеразы. Полная ДНК-копия с м-РНК содержит всю информацию для синтеза белка, т.е. соответствует структурной части того или иного гена.
Таким образом, оказалось, что генетическая информация может передаваться не только от ДНК к РНК, но и в обратном направлении от РНК к ДНК.
Таким образом, «центральную догму» можно схематично изобразить так:
ДНК <-> ДНК <-> РНК -> Белок.
Биологическое значение обратной транскрипции заключается з увеличении числа одинаковых генов, благодаря чему возрастает количество РНК и рибосом и повышается образование белка. Это особенно важно в развивающихся организмах.
Генетический код и его свойства.
Генетический код - единая система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов. Генетический код основан на использовании алфавита, состоящего всего, из 4 букв-нуклеотидов, отличающихся азотистыми основаниями.
1953 год обычно считают годом рождения молекулярной биологии. В это время американец Джеймс Уотсон и англичанин Френсис Крик в Кембридже расшифровали структуру ДНК - двойную спираль. Их работа базировалась на данных М.Уилкинса и Р.Франклина (Великобритания) по рентгеноструктурному анализу ДНК и на данных Э.Чаргаффа (США) о нуклеотидном составе ДНК.
Попытки расшифровки генетического кода были предприняты в 1954 году Г.Гамовым. Основные свойства кода «триплетность» и «вырожденность» выявили в 1961 году Ф.Крик и С.Бреннер. В 1961 году впервые дешифровали первую триплетную последовательность - это сделали ученые М.Ниренеберг и Г.Маттеи. К 1965 году был расшифрован полностью весь генетический код. В настоящее время определение нуклеотидных последовательностей ДНК и РНК проводится с помощью специального метода - секвенирования, в котором используются ферменты рестриктазы.
Принцип кодирования генетической информации заключается в том, что порядок расположения аминокислот в белке закодирован в порядке расположения кодонов (триплетов нуклеотидов) в ДНК гена, т.е. структура гена и структура кодируемого им белка коллинеарны.
Свойства генетического кода:
1. Код является триплетным. Триплет - последовательность трех нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту.
2. Код является непрерывным. Каждый триплет соседствует со следующим без промежутков.
3. Код является неперекрывающимся. Процесс считывания генетической информации не допускает возможности перекрывания кодонов.
4. Код является вырожденным (избыточным), т.е. одна аминокислота может кодироваться различными триплетами нуклеотидов (исключение составляют метионин и триптофан, которые кодируются только одним триплетом). Аминокислот - 20. Различных триплетов нуклеотидов - 43=64.Три триплета УАА, УАГ, УГА - это стоп-сигналы(терминирующие кодоны), прекращающие синтез белка.
