Теория дифференциальной активности генов

Генетикой установлено, что все соматические клетки организма несут один и тот же набор генов, однако клетки многоклеточного организма очень разнообразны. Даже в одной клетке скорость синтеза и состав белковой фракции могут варьировать.

Механизм индукции-репрессии делает возможным тонкое взаимодействие между внутриклеточной средой и генетическим аппаратом для регуляции метаболизма. Наиболее простой случай — когда метаболический путь простой, субстрат играет роль индуктора, а конечный продукт — репрессора. Таким образом, продукт сам регулирует своё количествово в клетке (он также может инактивировать первый фермент биохимической цепочки, связываясь с ним как репрессор, при этом другие ферменты синтезируются нормально, но сам метаболический путь оказывается блокированным).

Многоклеточные животные и растения начиняют свой жизненный цикл с одной клетки, далее следуют митозы и все клетки содержат один и тот же генетический материал, но имеют определенную структуру позволяющую им выполнять ряд специфических функций более эффективно. Процесс развития организма включает рост и дифференцировку. Причины такого разнообразия клеток не ясна, однако она явно связана с индукцией и репрессией генов. Дифференцировка связана с различным взаимодействием 3-ех факторов: ядра, цитоплазмы и окружающей среды.

Ядро — хранилище генетической информации, оно является первичным источником развития.

Шпеман и Мангольд выдвинули гипотезу об эмбриональной индукции: в зародыше есть группы клеток, действующие на другие как организаторы. Первичный организатор детерминирует дальнейшее развитие (определяет ось зародыша, побуждает появление вторичных и третичных организаторов) в результате чего все органы и системы дифференцируются на нормальных для низ местах. Это лишь один из механизмов развития (у мозаичных яиц — другие механизмы).

Дифференцировка — возникновение различий между клетками, тканями, органами. До 7 дня зигота тотипотентна, т. е. из любой её клетки можно вырастить целый организм или орган. После 7 дня тотипотентность теряется из-за дифференцировки. Все структурные клетки условно делят на 3 типа:

• 1) гены «домашнего» хозяйства — работающего во всех клетках организма;
• 2) гены, работающие в специализированных тканях;
• 3) гены, выполняющие 1-ну узкую функцию. Большинство генов многоклеточного организма работают только на определённых стадиях онтогенеза или в определённых тканях.

Фенокопия — ненаследуемое изменение фенотипа, которое возникает под влиянием внешних факторов и своим проявлением подобно мутации, как бы мутация. Фенокопии — это модификации, которые соответствуют известным мутациям. Добавление к корму личинок дрозофилы солей нитрата серебра ведет к пожелтению тела и щетинок, как у мух с мутацией еллоу. Под влиянием температурного шока, которому подвергались предкуколки и куколки дрозофилы, вылупились мухи с закрученными кверху крыльями, с вырезками на маленьких крыльях, растопыренными крыльями. Они напоминали мутантов нескольких линий. Есть куры с желтыми клювом, ногами, кожей, жиром. Они — гомозиготы по рецессивному гену (рр). Если в корме не хватает каротиноидов, то у таких кур жир становится белым, а клюв, ноги и кожа — светлыми, как у кур, имеющих доминантный ген (РР, Рр).

Морфозы — неадаптивные, ненаследуемые тератологические изменения организма под влиянием внешних факторов. Это экспериментально индуцированные фенокопии. Радиация, высокие температуры, химические вещества, лекарственные препараты в ранние периоды развития действуют как тератогенные факторы — они вызывают уродства. 32% детей у матерей алкоголиков страдают карликовостью, микроцефалией, умственной отсталостью, имеют дефекты конечностей, суставов, пороки сердца, аномалии головы и лица.

Женщины, которые употребляли снотворное талидомид во время беременности (критический день — тридцатый), родили тысячи уродов. Дети были с короткими деформированными конечностями, дефектами ушей, внутренних органов. Эти уроды — морфозы, индуцированные талидомидом, — копировали наследственно обусловленную фокемию (наследственное заболевание, которое встречается в отдельных семьях в Бразилии). Из личинок, которые развиваются при 15° С, вылупляются дрозофилы с зачаточными крыльями, как У особей гомозиготных по рецессивному гену зачаточности крыльев. Если яйца рыб или амфибий поместить в раствор, в котором много хлорида магния, развивается циклопия, так как магний хлор тормозит развитие переднего мозгового пузыря зародыша.

4. У кур розовидный гребень контролируется геном «R», гороховидный геном «Р», а листовидный — их рецессивными аллелями «r» «р».

Петуха с ореховидным гребнем спарили с тремя курицами. Курица № 1, гребень которой ореховидной формы, дала потомство с отношением фенотипов: 3 ореховидный и 1 розовидный. Курица № 2 (гороховидный гребень) дала потомков в следующем отношении: 3 ореховидных, 3 гороховидных, 1 розовидный и 1 листовидный (простой). От курицы № 3 получены потомки только с ореховидным гребнем. Определите генотипы петуха, трех кур и их потомков, составив для этого схемы скрещиваний.

Скрещивание петуха с курицей № 1.

Р: + RRPp x > RrP_.

F1 по фенотипу: 12 ореховидных и 4 розовидных гребня.

Таким образом, генотипы родителей — + RRPp, > RrP_.

Скрещивание петуха с курицей № 2.

Р: + __Pр x > RrP_.

F1 по фенотипу: 6 ореховидных, 6 гороховидных, 2 розовидных и 2 листовидных гребня.

Таким образом, генотипы родителей — + __Pр, > RrP_.

Скрещивание петуха с курицей № 3

Р: + R_P_ x > RrP_.

F1 по фенотипу: все потомки с 16 ореховидным гребнем.

Таким образом, генотипы родителей — + R_P_, > RrP_.

5. Определите порядок следования друг за другом аминокислот в участке молекулы белка, если он кодируется такой последовательностью азотистых оснований участка молекулы ДНК: ТГАТГЦГТТТАТГЦГЦ Как изменится ответ, если из молекулы ДНК удалить девятое и двенадцатое азотистые основани?

ТГАТ ГЦГТ ТТАТ ГЦГЦ — ДНК.

АЦУАЦГЦАААУАЦГЦГ — иРНК.

иле-тре-глн-иле-арг — белок.

ТГАТ ГЦГТ ТА ГЦГЦ — измененная ДНК.

АЦУАЦГЦААУЦГЦГ — иРНК.

иле-тре-глн-сер-арг — измененный белок Удаление из ДНК 9 и 12 оснований приведет к изменению структуры белка и невозможности выполнения им своих функций.

6. Выпишите и дайте объяснение всем терминам, встретившимся вам при выполнении работы Генетика — наука о закономерностях наследственности и изменчивости.

Генетический код — язык ДНК и РНК, в котором все слова складываются только из трех букв алфавита, состоящего всего из четырех букв. Каждое слово из трех букв, кодон, обозначает одну специфическую аминокислоту, начало или конец кодирующей последовательности.

Генотип — генетический план организма в отличие от фенотипа, представляющего совокупность физических признаков организма.

Гетерозиготный — состояние диплоидного генома, при котором на каждой из пары хромосом существуют различные аллели.

Гомозиготный — состояние диплоидного генома, при котором в каждой паре хромосом имеются две копии одного аллеля.

Доминирование — явление преобладания признаков при скрещивании.

Доминантный признак — преобладающий.

Изменчивость — свойство организмов приобретать новые по сравнению с родителями признаки. В широком смысле под изменчивостью понимают различия между особями одного вида.

Наследственность — свойство организмов передавать свои признаки от одного поколения к другому.

Онтогенез — это процесс индивидуального развития особи от момента образования зиготы при половом размножении до конца жизни.

Признак — любая особенность строения, любое свойство организма.

Рецессивный признак — отступающий или исчезающий.

Фенотип — физическое выражение генетического плана организма.