Генетическая инженерия, ее задачи, методы, возможности. Значение генетической инженерии в решении продовольственных проблем, лечении наследственных заболеваний

Молекулярные основы наследственности. Строение гена у про- и эукариот. Функционально-генетическая классификация генов.

Сцепленное наследование. Наследование пола и признаков, сцепленных с полом. Летальные гены. Плейотропное действие гена.

Анализ наследования одновременно нескольких признаков у дрозофилы, проведенный Т.Морганом, показал, что результаты анализирующего скрещивания гибридов F1 иногда отличаются от ожидаемых в случае их независимого наследования. У потомков такого скрещивания вместо свободного комбинирования признаков разных пар наблюдали тенденцию к наследованию преимущественно родительских сочетаний признаков. Такое наследование признаков было названо сцепленным. Сцепленное наследование объясняется расположением соответствующих генов в одной и той же хромосоме. В составе последней они передаются из поколения в поколение клеток и организмов, сохраняя сочетание аллелей родителей.

Зависимость сцепленного наследования признаков от локализации генов в одной хромосоме дает основание рассматривать хромосомы как отдельные группы сцепления.

Пол организма развивается пол влиянием генотипа (у человека и большинства млекопитающих) и факторов внешеней среды (рыбы, черви), но половая принадлежность организма определяется на разных этапах его развития. выделяют 3 этапа определения пола: 1) прогамное – осуществляется до оплодотворения, в процессе оогенеза (у коловраток и виноградной филаксеры образуются яйца разных размеров, маленькие - самцы); 2) эпигамное – определение пола после оплодотворения, зависит от действия фактора окр. среды (атлантическая сельд: при гибели самца, самая крупная самка становится самцом); 3) сингамное – у большинства животных и растений, определяется генетически в момент оплодотворения.

Половые хромосомы несут ряд генов, определяющих соматические признаки. Эти признаки делят на: 1) ограниченные полом – обусловлено генами, расположенными в аутосомах обоих полов, но проявляются только у особей одного пола. 2) контролируемые полом – обусловлены генами, расположенными в аутосомах обоих полов, но степень и частота проявления разная у особей разных полов. 3) сцепленное с половыми хромосомами (гоносомное наследование) – характер наследования зависит от того, в какой хромосоме находится ген: Х-сцепленное, Y-сцепленное.

Плейотропия – зависимость нескольких признаков действия одного гена, т.е. наблюдается проявление множественных эффектов одного гена. Первичная плейотропия – ген одновременно проявляется множественным действием. Вторичная плейотропия – имеет первичное фенотипическое проявление гена, за которым проявляется каскад двойных проявлений.

Структура молекулы ДНК была расшифрована в 1953г Уотсон Крик. Это две спирально закрученные, анти параллельные, на против 3’ одной цепи располагается 5’ другой цепи. Мономеры – нуклеотиды. Они соединены в цепочку благодаря фосфорнодиэфирным связям, между дезоксирибозой одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты. Азотистые основания присоединяются к дезоксирибозе и образуют радикалы. Между азотистыми основаниями устанавливаются водородные связи.

Строение генетического материала у эу- и прокариот. Сходства: генетический материал – ДНК; принцип записи – генетический код; одни и те же аминокислоты формируются одинаковыми кадонами; одинаковое использование наследственной информации; транскрипция в иРНК; трансляция на рибосомах в пептид. Отличия: про- наследственный материал в кольцевой ДНК; ДНК находится в цитоплазме, где тРНК и ферменты; гены почти целиком состоят из кодированных последовательностей. эу- наследственный материал – в хромосомах; хромосомы отделены от цитоплазмы ядерной оболочкой; аппарат для синтеза белков располагается в цитоплазме.

Все гены по функциям подразделяют на структурные (несут информацию о белках-ферментах и белках-гистонах, о последовательности нуклеотидов в РНК); функциональные (не несут информацию) – гены модуляторы (усиливают или ослабевают структурные гены), гены регулирующие работу структурных генов (регуляторы, операторы).

Все гены подразделяют на 3 группы: 1) функционируют во всех клетках; 2) функционируют в клетках одной ткани; 3) специфичные для одного типа клеток.

29. Экспрессия генов в процессе биосинтеза белка. Регуляция экспрессии генов у про- и эукариот. Гипотеза «один ген – один фермент», ее современная трактовка.

Реализация наследственной информации, заключенной в генотипе организма, - это сложный процесс, требующий тонкой регуляции для того, чтобы в клетках разной тканевой принадлежности в определенное время в процессе развития организма обеспечить синтез специфических белков в необходимом количестве.

Основная масса генов, активно функционирующих в большинстве клеток организма на протяжении онтогенеза, - это гены, обеспечивающие синтез белков общего значения, тРНК и рРНК. Транскрибирование этих генов обеспечивается соединением РНК-полимеразы с их промоторами. Такие гены называются конститутивными. Другая группа генов, детерминирующих синтез специфических продуктов, в своем функционировании зависит от различных регулирующих факторов - регулируемые гены. Их активное функционирование, скорость и продолжительность транскрипции регулируются путем стимуляции или запрещения соединения РНК-полимеразы с промоторной областью гена.

Регуляция экспрессии генов у прокариот: гипотеза оперона была предложена в 1961г. на примере лактозного оперона. Группа генов, расположенных в ДНК, управляется одним геном-опероном, образую оперон. В цитоплазме проходит стадия 7-9, на рибосомах 7-8. оперон работает по принципу обратной связи.

1-промотор, 2-инициатор, 3-оператор, 4-структурные гены, 5-терминатор, 6-ген-регулятор, 7-информационный репрессор, выключающий оператор, 8-фермент, 9-индуктор.

В состав оперона входят 1,2- место первичного прикрепления РНК-полимераза, 3-вкл и выкл структурные гены, для считывания информации.

Оперон – участок ДНК, на котором считывается иРНК, определяет синтез белка-фермента, ген-регулятор – содержит информацию для синтеза. 7 – блокирует 3, вступая с ним в химическое соединение информация не считывается, оперон не работает. Чтобы оперон заработал 7 должен быть связан с 9. Когда последние молекулы индуктора будут разрушены, освобождается репрессор, блокируется оператор (3).

Регуляция экспрессии генов у эукариот: гипотеза транскриптона – 1972г. Г.Георгиев. В клетке прокариота наследственный материал биосинтеза белка пространственно не разобщены, транскрипция и трансляция происходят почти одновременно. У эукариот 2 этапа, часть процесса проходит в ядре, часть – в цитоплазме и во времени их разделяют процессы созревания иРНК, из которой должны быть удалены некодирующие последовательности. Транскриптон – ед-ца транскрипции, состоящей из неинформационной и информационной зоны. 7-9 – в цитоплазме, 1-6 – в ядре.

Генетическая инженерия – направление молекулярной биологии и генетики, занимается направленным изменением биологической информации клеток или организмов для получения живых существ с заданными фенотипическими характеристиками. Задачи генетической инженерии разнообразны, что объясняет разные уровни ее применения – организменный, клеточный, генный.

Представление об организменном уровне применения генетической инженерии дает пример аллофенных животных. Тела их состоят из генотипически разных тканей, развившихся из клеток нескольких родителей, искусственно объединенных в данном потомке. На клеточном уровне применения – путем соматической гибридизации получают гибриды, совмещающие в одной клетке генотипы организмов разных биологических видов. На генном уровне – объединяет в себе методы получения отдельных генов и введения их в геном других организмов с целью изменить фенотип последних.

Селекционеры путем пересадки генов азобактерий пытаются получить растения, фиксирующие азот из воздуха. Некоторые перспективы открываются в области медицины. Введение в организм соответствующих генов при дефектности собственных устранит наследственно обусловленные нарушения обмена веществ.

Генная инженерия служит мощным орудием изменения наследственности живых организмов на благо человека. Но безответственность в исследованиях такого рода таит опасность глобальной катастрофы в связи с появлением патогенных свойству микроорганизмов, в обычных условиях безвредных для человека.

Дата добавления: 2015-04-24