Чем отличается днк больного анемией от днк здорового

В состав ДНК входят остаток фосфорной кислоты, сахар дезоксирибоза и одно из четырех возможных азотистых оснований, пуриновых (А, Г) или пиримидиновых (Т, Ц). ДНК – полимерная молекула, в ней периодически повторяются все эти компоненты. При гидролизе ДНК образуются нуклеозиды (сахар + основание). Нуклеозиды, соединяясь с одной молекулой фосфорной кислоты, образуют нуклеотиды. Именно они и являются мономерами нуклеиновой кислоты.

Нуклеотидный состав ДНК впервые исследовал в 1905 г Эрвин Чаргафф. Он обнаружил, что в составе ДНК число пуриновых оснований равно числу пиримидиновых, т.е. А = Т, Г = Ц (по числу водородных связей, возникающих между парами оснований, можно записать: А = Т, Г ≡ Ц). Эта закономерность получила название правила Чаргаффа. По другому правилу можно записать: А + Г = Т + Ц. Эти правила очень важны при проведении генетического анализа биологических объектов. Каждая из пар оснований обладает симметрией, что позволяет ей включаться в двойную спираль ДНК в двух ориентациях: А – Т, Т – А; Г – Ц, Ц – Г. Такая специфичность спаривания называется принцип дополнения, или принцип комплементарности. Пары оснований называются комплементарными.

Молекула РНК тоже полимер, ее мономерами тоже являются нуклеотиды. Однако имеются некоторые отличия: сахар – рибоза, вместо основания тимина входит гомологичное ему вещество – урацил. РНК – однонитчатая молекула. В связи с выполняемыми функциями выделяют несколько видов РНК:

— информационная (и-РНК), или матричная (м-РНК), содержится и в ядре и в цитоплазме клетки. Переносит информацию о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в рибосомах;

— транспортная (т-РНК) имеет форму клеверного листа, содержится в цитоплазме клетки и переносит молекулы аминокислот;

— рибосомная (р-РНК), самые крупные из молекул РНК, составляет существенную часть рибосомы;

— митохондриальная (мт-РНК) содержится в митохондриях и до некоторой степени является автономной, независимой от клетки. Она имеет собственный ферментативный аппарат и может воспроизводиться без участия ферментативного аппарата клетки.

Все виды РНК синтезируются на ДНК, которая служит матрицей.

Воспроизведение и действие гена связаны с матричным синтезом макромолекул – ДНК, РНК, белков, причем, если молекулы нуклеиновых кислот участвуют в хранении и передаче информации, то воспроизведение возможно только с помощью белков.

Воспроизведение информации состоит из нескольких этапов: репликация, или наработка копий ДНК; транскрипция, или перенос информации с молекулы ДНК на молекулу РНК; трансляция, или биосинтез белка.

Транскрипция у эукариот – сложный, многоэтапный процесс. Вначале образуется про-мРНК, в состав которой входят, чередуясь, интроны, или несмысловые кодоны (выполняют регуляторные функции), и экзоны, или смысловые кодоны (несут информацию). В ходе процессинга, или созревания, интроны вырезаются, а экзоны сшиваются в единую молекулу м-РНК. Поэтому любые молекулы РНК будут короче соответствующего участка ДНК, с которого они транскрибировались.

Во время трансляции данный белок считывается с гена, – определенного и всегда постоянного участка молекулы ДНК. Последовательность составляющих ген нуклеотидов определяет последовательность аминокислотных остатков в полипептидной цепи. В дальнейшем это представление было расширено: ген не обязательно отвечает за синтез полипептида, он может быть регуляторным, т.е. может модулировать действие других генов (разрешать или запрещать считывание информации и т.п.).

Таблица 1 – Биохимический код наследственности (соответствие между кодонами РНК и аминокислотами)

В приведенной таблице генетического кода (таблица 1) представлено соответствие между кодонами РНК и аминокислотами. Большинству из 20 аминокислот, входящих в состав белковых молекул соответствует более чем один триплет (избыточность, «синонимичность» или вырожденность кода). Для того, чтобы составить последовательность аминокислот (расшифровать структуру РНК или ДНК), последовательность нуклеотидов разбивают на триплеты и выбирают соответствующие им аминокислоты, причем вначале берут только первые аминокислоты-«синонимы», затем вторые и т.д.

Изменение состава нуклеиновых кислот не всегда приводит к изменению состава полипептида, благодаря существованию аминокислот-синонимов (избыточность кода).

Репарация генетических повреждений – свойство живых организмов восстанавливать повреждения, возникшие в ДНК в результате воздействия разнообразных мутагенных факторов как радиационной, так и химической природы. В настоящее время описано много реакций репарации. Одни происходят немедленно после мутагенного воздействия, другие требуют индукции синтеза новых ферментов и поэтому растянуты во времени. Некоторые реакции идут до того, как клетки вступят в новую фазу деления, другие могут осуществляться и после того, как клетка закончила деление (при этом часть повреждений в геноме сохраняется неотрепарированной). Если в клетке остались повреждения, которые ни одна из систем репарации не смогла устранить, репликация застопорится на первом же неустраненном поражении, и если их в ДНК много, клетка должна погибнуть.

SOS-репарация. При возникновении множества повреждений в клетках активируется еще один механизм репарации, обнаруженный впервые в 1974 году югославским ученым М. Радманом. Он установил, что при этом индуцируется синтез регуляторных белков, которые присоединяются к ДНК-полимеразному комплексу, «загрубляют» его работу, и такой измененный комплекс становится способным строить дочернюю ДНК напротив дефектных звеньев матричной нити. В дочерней нити теперь появляется довольно много ошибок, мутаций. Радман назвал этот механизм «SOS-репарация».

В результате SOS-репарации клетка спасается от гибели на этом этапе: ее ДНК оказывается удвоенной, хотя и с ошибками, и теперь может произойти клеточное деление, но если жизненно важные функции испорчены, такая клетка все равно погибнет позже из-за неспособности правильно функционировать. Если же возникшие мутации не окажут летального действия, клетка живет, и ее потомки будут нести уже измененную информацию.

Задание: решите приведенные генетические задачи.

1 У больных серповидно-клеточной анемией (СКА) в молекуле гемоглобина глутаминовая кислота замещена на валин. Чем отличается ДНК человека, больного серповидной анемией от ДНК здорового человека?

2 Какое изменение молекулы ДНК сильнее повлияет на строение белка: выпадение одного нуклеотида из триплета или целого триплета?

3 Как изменится состав полипептида, если в участке ДНК, копией которого является м-РНК: УУГГАЦЦГГУУА, произошли следующие изменения: после первого триплета вставлен тимин, после второго и третьего – аденин, а на конце данного участка присоединен кодон, определяющий фенилаланин?

4 Ген состоит из 3 одинаковых смысловых и 4 одинаковых несмысловых участков, причем, интроны состоят из 120 нуклеотидов каждый, а весь ген – из 1470 нуклеотидов. Сколько нуклеотидов будет иметь про-мРНК, м-РНК, каково количество аминокислот в белке?

5 Ген эукариотической клетки содержит 4 интрона (2 по 24 нуклеотида, 2 по 36 нуклеотидов) и 3 экзона (2 по 120 нуклеотидов и 1 – 96 нуклеотидов). Какое количество кодонов входит в про-мРНК, сколько кодонов в м-РНК и каково количество аминокислот в белке?

6 Проанализируйте возможности изменений в структуре синтезируемого полипептида при возникновении следующих мутационных изменений структуры одного из информационных триплетов молекулы м-РНК на другой:

— замена AAA на AГА; – замена ЦУЦ на ЦУУ;

— замена ГГЦ на ГУЦ; – замена УУА на УУГ;

— замена УУА на УГА; – замена УАА на УАЦ.

7 Сколько хроматид отойдет к полюсам в анафазе–2 мейоза у человека?

8 В культуре ткани человека произошла элиминация одной хромосомы. Сколько хромосом будет в дочерних клетках после митоза? Рассмотрите возможность элиминации в разных фазах митоза.

9 Сколько хромосом будет в дочерних клетках, если во время митоза у человека не разошлась одна пара хромосом? Две пары?

10 Доминантный ген Д определяет развитие у человека окостеневшего и согнутого мизинца на руке, что представляет неудобство для человека. Ген в гетерозиготном состоянии вызывает развитие такого мизинца, но только на одной руке. Может ли родиться ребенок с нормальными или двумя ненормальными руками у супругов, имеющих дефект мизинца только на одной руке?

Вопросы для самоконтроля:

1 Зарисуйте в рабочих тетрадях схему этапов синтеза белка.

2 Поясните смысл правил Чаргаффа.

3 Каково значение правил Чаргаффа для биологических исследований?

4 Почему молекулы РНК эукариот короче соответствующего участка ДНК?

5 Какие факторы могут повлиять на процессы воспроизведения генетической информации? Рассмотрите разные этапы воспроизведения информации.

6 Поясните смысл и значение SOS-репарации.

7 Какие последствия для развивающегося организма могут иметь нарушения состава нуклеотидов в молекуле ДНК?