Genetický kód- jednotný systém zaznamenávania dedičnej informácie v molekulách nukleových kyselín vo forme sekvencie nukleotidov. Genetický kód je založený na použití abecedy pozostávajúcej iba zo štyroch písmen A, T, C, G, zodpovedajúcich nukleotidom DNA. Celkovo existuje 20 druhov aminokyselín. Zo 64 kodónov tri - UAA, UAG, UGA - nekódujú aminokyseliny, nazývali sa nezmyselné kodóny, plnia funkciu interpunkčných znamienok. Kodón (kódujúci trinukleotid) - jednotka genetického kódu, triplet nukleotidových zvyškov (triplet) v DNA alebo RNA, kódujúci zahrnutie jednej aminokyseliny. Samotné gény sa nezúčastňujú na syntéze bielkovín. Mediátor medzi génom a proteínom je mRNA. Štruktúra genetického kódu je charakteristická tým, že je triplet, to znamená, že pozostáva z tripletov (trojíc) dusíkatých báz DNA, nazývaných kodóny. Od 64

Vlastnosti génov. kód
1) Tripletita: jedna aminokyselina je kódovaná tromi nukleotidmi. Tieto 3 nukleotidy v DNA
sa nazývajú triplet, v mRNA - kodón, v tRNA - antikodón.
2) Redundancia (degenerácia): existuje len 20 aminokyselín a existuje 61 tripletov kódujúcich aminokyseliny, takže každá aminokyselina je kódovaná niekoľkými tripletmi.
3) Jedinečnosť: každý triplet (kodón) kóduje iba jednu aminokyselinu.
4) Univerzálnosť: genetický kód je rovnaký pre všetky živé organizmy na Zemi.
5.) kontinuita a nespochybniteľnosť kodónov pri čítaní. To znamená, že nukleotidová sekvencia sa číta trikrát po tripletoch bez medzier, zatiaľ čo susedné triplety sa neprekrývajú.

88. Dedičnosť a premenlivosť sú základnými vlastnosťami života. Darwinovské chápanie fenoménov dedičnosti a premenlivosti.
dedičnosť nazývaná spoločnou vlastnosťou všetkých organizmov zachovať a prenášať vlastnosti z rodiča na potomstvo. Dedičnosť- je to vlastnosť organizmov reprodukovať v generáciách podobný typ metabolizmu, ktorý sa vyvinul v procese historického vývoja druhu a prejavuje sa za určitých podmienok prostredia.
Variabilita dochádza k procesu vzniku kvalitatívnych rozdielov medzi jedincami toho istého druhu, ktorý sa prejavuje buď v zmene pod vplyvom vonkajšieho prostredia len jedného fenotypu, alebo v geneticky podmienených dedičných variáciách vyplývajúcich z kombinácií, rekombinácií a mutácií, ktoré vyskytujú v niekoľkých po sebe nasledujúcich generáciách a populáciách.
Darwinovské chápanie dedičnosti a premenlivosti.
Pod dedičnosťou Darwin pochopil schopnosť organizmov zachovať vo svojich potomkoch svoje druhové, odrodové a individuálne vlastnosti. Táto vlastnosť bola dobre známa a predstavovala dedičnú variabilitu. Darwin podrobne analyzoval dôležitosť dedičnosti v evolučnom procese. Upozorňoval na prípady jednofarebných krížencov prvej generácie a štiepenia postáv v druhej generácii, uvedomoval si dedičnosť spojenú so sexom, hybridné atavizmy a množstvo ďalších fenoménov dedičnosti.
Variabilita. Porovnaním mnohých plemien zvierat a odrôd rastlín si Darwin všimol, že v rámci žiadneho druhu zvierat a rastlín av kultúre v rámci žiadnej odrody a plemena neexistujú identickí jedinci. Darwin dospel k záveru, že všetky živočíchy a rastliny sa vyznačujú variabilitou.
Pri analýze materiálu o variabilite zvierat si vedec všimol, že akákoľvek zmena v podmienkach zadržania stačí na to, aby spôsobila variabilitu. Pod premenlivosťou teda Darwin chápal schopnosť organizmov získavať nové vlastnosti pod vplyvom podmienok prostredia. Rozlišoval tieto formy variability:
Istá (skupinová) variabilita(teraz sa volá modifikácia) - podobná zmena u všetkých jedincov potomstva v jednom smere vplyvom určitých podmienok. Niektoré zmeny sú zvyčajne nededičné.
Neistá individuálna variabilita(teraz sa volá genotypový) - výskyt rôznych menších rozdielov u jedincov toho istého druhu, odrody, plemena, ktorými sa jeden jedinec v podobných podmienkach líši od ostatných. Takáto viacsmerná variabilita je dôsledkom neurčitého vplyvu podmienok existencie na každého jednotlivca.
Korelačné(alebo relatívna) variabilita. Darwin chápal organizmus ako ucelený systém, ktorého jednotlivé časti sú navzájom úzko prepojené. Preto zmena štruktúry alebo funkcie jednej časti často spôsobí zmenu inej alebo iných. Príkladom takejto variability je vzťah medzi vývojom fungujúceho svalu a tvorbou hrebeňa na kosti, ku ktorej je pripojený. U mnohých brodivých vtákov existuje korelácia medzi dĺžkou krku a dĺžkou končatín: vtáky s dlhým krkom majú tiež dlhé končatiny.
Kompenzačná variabilita spočíva v tom, že vývoj niektorých orgánov alebo funkcií je často príčinou útlaku iných, t. j. pozorujeme inverznú koreláciu napríklad medzi mliečnosťou a mäsitosťou dobytka.

89. Variabilita modifikácie. Rýchlosť reakcie geneticky podmienených vlastností. Fenokópie.
Fenotypový variabilita pokrýva zmeny stavu priamo znakov, ku ktorým dochádza pod vplyvom vývojových podmienok alebo faktorov prostredia. Rozsah variability modifikácie je obmedzený rýchlosťou reakcie. Výsledná špecifická zmena modifikácie znaku sa nededí, ale rozsah variability modifikácie je spôsobený dedičnosťou.V tomto prípade sa dedičný materiál na zmene nezúčastňuje.
reakčná rýchlosť- to je hranica modifikačnej variability znaku. Dedí sa rýchlosť reakcie, nie samotné modifikácie, t.j. schopnosť vyvinúť vlastnosť a forma jej prejavu závisí od podmienok prostredia. Rýchlosť reakcie je špecifická kvantitatívna a kvalitatívna charakteristika genotypu. Existujú znaky so širokou reakčnou normou, úzkou () a jednoznačnou normou. reakčná rýchlosť má limity alebo hranice pre každý biologický druh (dolný a horný) - napríklad zvýšené kŕmenie povedie k zvýšeniu hmotnosti zvieraťa, bude to však v rámci normálnej reakcie charakteristickej pre tento druh alebo plemeno. Rýchlosť reakcie je geneticky určená a zdedená. Pre rôzne vlastnosti sa limity reakčnej normy značne líšia. Napríklad hodnota dojivosti, úžitkovosť obilnín a mnohé ďalšie kvantitatívne znaky majú široké limity pre reakčnú normu, zatiaľ čo intenzita farby väčšiny zvierat a mnohé ďalšie kvalitatívne znaky majú úzke limity. Pod vplyvom niektorých škodlivých faktorov, s ktorými sa človek v procese evolúcie nestretáva, je vylúčená možnosť variability modifikácie, ktorá určuje normy reakcie.
Fenokópie- zmeny fenotypu pod vplyvom nepriaznivých faktorov prostredia, podobné prejavom ako mutácie. Výsledné fenotypové modifikácie sa nededia. Zistilo sa, že výskyt fenokópií je spojený s vplyvom vonkajších podmienok na určité obmedzené štádium vývoja. Navyše ten istý agens, v závislosti od toho, na ktorú fázu pôsobí, môže kopírovať rôzne mutácie, alebo jedno štádium reaguje na jedno a iné. Na vyvolanie rovnakej fenokópie možno použiť rôzne činidlá, čo naznačuje, že medzi výsledkom zmeny a ovplyvňujúcim faktorom nie je žiadny vzťah. Najzložitejšie genetické poruchy vývoja sú relatívne ľahko reprodukovateľné, zatiaľ čo je oveľa ťažšie kopírovať znaky.

90. Adaptívny charakter modifikácie. Úloha dedičnosti a prostredia vo vývoji, vzdelávaní a výchove človeka.
Modifikačná variabilita zodpovedá stanovištným podmienkam, má adaptačný charakter. Také znaky ako rast rastlín a živočíchov, ich hmotnosť, farba atď. podliehajú modifikačnej variabilite. Výskyt modifikačných zmien je spôsobený tým, že podmienky prostredia ovplyvňujú enzymatické reakcie, ktoré prebiehajú vo vyvíjajúcom sa organizme, a do určitej miery menia ich priebeh.
Keďže fenotypový prejav dedičnej informácie môže byť modifikovaný podmienkami prostredia, v genotype organizmu je naprogramovaná len možnosť ich vzniku v určitých medziach, nazývaných reakčná norma. Rýchlosť reakcie predstavuje limity variability modifikácie znaku povoleného pre daný genotyp.
Stupeň expresie znaku počas implementácie genotypu v rôznych podmienkach sa nazýva expresivita. Je spojená s variabilitou znaku v rámci normálneho rozsahu reakcie.
Rovnaká vlastnosť sa môže objaviť v niektorých organizmoch a chýbať v iných, ktoré majú rovnaký gén. Kvantitatívna miera fenotypovej expresie génu sa nazýva penetrácia.
Expresivita a priebojnosť sú podporované prirodzeným výberom. Pri štúdiu dedičnosti u ľudí treba mať na pamäti oba vzorce. Zmenou podmienok prostredia možno ovplyvniť penetráciu a expresivitu. Skutočnosť, že rovnaký genotyp môže byť zdrojom vývoja rôznych fenotypov, má pre medicínu značný význam. To znamená, že zaťažený sa nemusí nevyhnutne objaviť. Veľa závisí od podmienok, v ktorých sa človek nachádza. V niektorých prípadoch sa ochoreniu ako fenotypovému prejavu dedičnej informácie dá predísť diétou alebo liekmi. Implementácia dedičnej informácie závisí od prostredia, modifikácie, ktoré sa formujú na základe historicky stanoveného genotypu, majú zvyčajne adaptívny charakter, pretože sú vždy výsledkom reakcií vyvíjajúceho sa organizmu na faktory prostredia, ktoré ho ovplyvňujú. Odlišná povaha mutačných zmien: sú výsledkom zmien v štruktúre molekuly DNA, čo spôsobuje narušenie predtým zavedeného procesu syntézy proteínov. keď sú myši držané pri zvýšených teplotách, ich potomstvo sa rodí s predĺženým chvostom a zväčšenými ušami. Takáto modifikácia je adaptívna, pretože vyčnievajúce časti (chvost a uši) zohrávajú v tele termoregulačnú úlohu: zväčšenie ich povrchu umožňuje zvýšenie prenosu tepla.

Ľudský genetický potenciál je časovo a dosť výrazne obmedzený. Ak vynecháte obdobie rannej socializácie, pominie bez toho, aby ste si to stihli uvedomiť. Pozoruhodným príkladom tohto tvrdenia sú početné prípady, keď bábätká vplyvom okolností spadli do džungle a niekoľko rokov strávili medzi zvieratami. Po návrate do ľudského spoločenstva to nedokázali úplne dohnať: zvládnuť reč, osvojiť si pomerne zložité zručnosti ľudskej činnosti, ich duševné funkcie človeka sa nevyvíjali dobre. Je to dôkaz, že charakteristické znaky ľudského správania a činnosti sa získavajú len sociálnym dedením, iba odovzdávaním sociálneho programu v procese výchovy a vzdelávania.

Identické genotypy (u identických dvojčiat), ktoré sa nachádzajú v rôznych prostrediach, môžu poskytnúť rôzne fenotypy. Ak vezmeme do úvahy všetky faktory vplyvu, ľudský fenotyp môže byť reprezentovaný ako pozostávajúci z niekoľkých prvkov.

Tie obsahujú: biologické sklony zakódované v génoch; životné prostredie (sociálne a prírodné); činnosť jednotlivca; myseľ (vedomie, myslenie).

Interakcia dedičnosti a prostredia vo vývoji človeka zohráva dôležitú úlohu počas celého jeho života. Osobitný význam však nadobúda v obdobiach formovania organizmu: embryonálneho, kojeneckého, detského, dospievajúceho a mladistvého. Práve v tejto dobe sa pozoruje intenzívny proces rozvoja tela a formovania osobnosti.

Dedičnosť určuje, čím sa organizmus môže stať, no človek sa vyvíja pod súčasným vplyvom oboch faktorov – dedičnosti aj prostredia. Dnes sa všeobecne uznáva, že adaptácia človeka sa uskutočňuje pod vplyvom dvoch programov dedičnosti: biologického a sociálneho. Všetky znaky a vlastnosti každého jednotlivca sú výsledkom interakcie jeho genotypu a prostredia. Preto je každý človek súčasťou prírody aj produktom spoločenského vývoja.

91. Kombinatívna variabilita. Hodnota kombinačnej variability pri zabezpečovaní genotypovej rozmanitosti ľudí: Systémy manželstiev. Lekárske genetické aspekty rodiny.
Variabilita kombinácie spojené so získavaním nových kombinácií génov v genotype. Toto je dosiahnuté ako výsledok troch procesov: a) nezávislá divergencia chromozómov počas meiózy; b) ich náhodná kombinácia počas oplodnenia; c) génová rekombinácia v dôsledku kríženia. Samotné dedičné faktory (gény) sa nemenia, ale vznikajú ich nové kombinácie, čo vedie k vzniku organizmov s inými genotypovými a fenotypovými vlastnosťami. Kvôli kombinačnej variabilite v potomstve sa vytvárajú rôzne genotypy, čo má veľký význam pre evolučný proces, pretože: 1) rozmanitosť materiálu pre evolučný proces sa zvyšuje bez zníženia životaschopnosti jednotlivcov; 2) rozširujú sa možnosti adaptácie organizmov na meniace sa podmienky prostredia a tým zabezpečujú prežitie skupiny organizmov (populácií, druhov) ako celku

Zloženie a frekvencia alel u ľudí, v populáciách, do značnej miery závisí od typov manželstiev. V tomto smere má veľký význam štúdium typov manželstiev a ich medicínskych a genetických dôsledkov.

Manželstvá môžu byť: volebné, bez rozdielu.

K nevyberaným zahŕňajú panmix manželstvá. panmixia(grécky nixis - zmes) - manželstvá medzi ľuďmi s rôznymi genotypmi.

Selektívne manželstvá: 1. Outbreeding- manželstvá medzi ľuďmi, ktorí nemajú rodinné väzby podľa vopred známeho genotypu, 2. Príbuzenská plemenitba- manželstvá medzi príbuznými 3. Pozitívne sortimentný- manželstvá medzi jedincami s podobnými fenotypmi medzi sebou (hluchý a nemý, nízky s nízkym, vysoký s vysokým, slabomyseľný so slabomyseľným atď.). 4. Negatívno-asociačný-manželstvá medzi ľuďmi s odlišnými fenotypmi (hluchonemý-normálny; nízky-vysoký; normálny-s pehami atď.). 4.Incest- sobáše medzi blízkymi príbuznými (medzi bratom a sestrou).

Inbredné a incestné manželstvá sú v mnohých krajinách zákonom zakázané. Žiaľ, existujú regióny s vysokou frekvenciou inbredných manželstiev. Donedávna dosahovala frekvencia inbredných manželstiev v niektorých regiónoch Strednej Ázie 13 – 15 %.

Lekársky genetický význam inbredné manželstvá sú vysoko negatívne. V takýchto manželstvách sa pozoruje homozygotizácia, frekvencia autozomálnych recesívnych ochorení sa zvyšuje 1,5-2 krát. Inbredné populácie vykazujú inbrídingovú depresiu; frekvencia sa prudko zvyšuje, zvyšuje sa frekvencia nepriaznivých recesívnych alel a zvyšuje sa detská úmrtnosť. K podobným javom vedú aj pozitívne sobáše. Outbreeding má pozitívnu genetickú hodnotu. V takýchto manželstvách sa pozoruje heterozygotizácia.

92. Mutačná variabilita, klasifikácia mutácií podľa úrovne zmeny v lézii dedičného materiálu. Mutácie v pohlavných a somatických bunkách.
mutácia nazývaná zmena v dôsledku reorganizácie reprodukčných štruktúr, zmena jeho genetického aparátu. Mutácie sa vyskytujú náhle a sú zdedené. V závislosti od úrovne zmien v dedičnom materiáli sa všetky mutácie delia na genetické, chromozomálne a genomický.
Génové mutácie, alebo transgenerácie, ovplyvňujú štruktúru samotného génu. Mutácie môžu meniť úseky molekuly DNA rôznej dĺžky. Najmenšia oblasť, ktorej zmena vedie k vzniku mutácie, sa nazýva mutón. Môže sa skladať iba z niekoľkých nukleotidov. Zmena v sekvencii nukleotidov v DNA spôsobuje zmenu v sekvencii tripletov a v konečnom dôsledku aj program na syntézu bielkovín. Malo by sa pamätať na to, že poruchy v štruktúre DNA vedú k mutáciám iba vtedy, keď sa nevykonáva oprava.
Chromozomálne mutácie, chromozomálne prestavby alebo aberácie spočívajú v zmene množstva alebo redistribúcie dedičného materiálu chromozómov.
Reorganizácie sa delia na nutrichromozomálne a interchromozomálne. Intrachromozomálne prestavby spočívajú v strate časti chromozómu (delécia), zdvojení alebo znásobení niektorých jeho úsekov (duplikácia), otočení fragmentu chromozómu o 180 ° so zmenou v sekvencii génov (inverzia).
Genomické mutácie spojené so zmenou počtu chromozómov. Genomické mutácie zahŕňajú aneuploidiu, haploidiu a polyploidiu.
Aneuploidia nazývaná zmena počtu jednotlivých chromozómov – absencia (monozómia) alebo prítomnosť ďalších (trizómia, tetrazómia, vo všeobecnosti polyzómia) chromozómov, teda nevyvážená sada chromozómov. Bunky so zmeneným počtom chromozómov sa objavujú v dôsledku porúch v procese mitózy alebo meiózy, a preto rozlišujú medzi mitotickou a meiotickou aneuploidiou. Viacnásobný pokles počtu chromozómových sád somatických buniek v porovnaní s diploidným sa nazýva tzv haploidia. Viacnásobná príťažlivosť počtu chromozómových sád somatických buniek v porovnaní s diploidnou sa nazýva tzv polyploidia.
Tieto typy mutácií sa nachádzajú v zárodočných bunkách aj v somatických bunkách. Mutácie, ktoré sa vyskytujú v zárodočných bunkách, sa nazývajú generatívny. Prenášajú sa na ďalšie generácie.
Mutácie, ktoré sa vyskytujú v telových bunkách v určitom štádiu individuálneho vývoja organizmu, sa nazývajú somatická. Takéto mutácie dedia potomkovia len bunky, v ktorej sa vyskytli.

93. Génové mutácie, molekulárne mechanizmy výskytu, frekvencia mutácií v prírode. Biologické antimutačné mechanizmy.
Moderná genetika to zdôrazňuje génové mutácie spočívajú v zmene chemickej štruktúry génov. Konkrétne génové mutácie sú substitúcie, inzercie, delécie a straty párov báz. Najmenšia časť molekuly DNA, ktorej zmena vedie k mutácii, sa nazýva mutón. Rovná sa jednému páru nukleotidov.
Existuje niekoľko klasifikácií génových mutácií. . Spontánny(spontánna) je mutácia, ktorá sa vyskytuje mimo priameho spojenia s akýmkoľvek fyzikálnym alebo chemickým faktorom prostredia.
Ak sú mutácie spôsobené úmyselne, vystavením faktorom známej povahy, sú tzv vyvolané. Činidlo, ktoré vyvoláva mutácie, je tzv mutagén.
Povaha mutagénov je rôzna Sú to fyzikálne faktory, chemické zlúčeniny. Bol potvrdený mutagénny účinok niektorých biologických objektov - vírusov, prvokov, helmintov, keď vstúpia do ľudského tela.
V dôsledku dominantných a recesívnych mutácií sa vo fenotype objavujú dominantné a recesívne zmenené znaky. Dominantný mutácie sa objavujú vo fenotype už v prvej generácii. recesívny mutácie sú u heterozygotov skryté pred pôsobením prirodzeného výberu, preto sa vo veľkom hromadia v genofondoch druhov.
Ukazovateľom intenzity mutačného procesu je frekvencia mutácií, ktorá sa počíta v priemere pre genóm alebo samostatne pre špecifické lokusy. Priemerná frekvencia mutácií je porovnateľná v širokom spektre živých bytostí (od baktérií po človeka) a nezávisí od úrovne a typu morfofyziologickej organizácie. Rovná sa 10 -4 - 10 -6 mutácií na 1 lokus za generáciu.
Antimutačné mechanizmy.
Párovanie chromozómov v diploidnom karyotype eukaryotických somatických buniek slúži ako ochranný faktor pred nepriaznivými následkami génových mutácií. Párovanie alelových génov zabraňuje fenotypovým prejavom mutácií, ak sú recesívne.
Fenomén extrakopírovania génov kódujúcich životne dôležité makromolekuly prispieva k zníženiu škodlivých účinkov génových mutácií. Príkladom sú gény pre rRNA, tRNA, histónové proteíny, bez ktorých je životne dôležitá aktivita akejkoľvek bunky nemožná.
Tieto mechanizmy prispievajú k zachovaniu génov vybraných počas evolúcie a zároveň k akumulácii rôznych alel v genofonde populácie, čím sa vytvára rezerva dedičnej variability.

94. Genomické mutácie: polyploidia, haploidia, heteroploidia. Mechanizmy ich výskytu.
Genomické mutácie sú spojené so zmenou počtu chromozómov. Genomické mutácie sú heteroploidia, haploidia a polyploidia.
Polyploidia- zvýšenie diploidného počtu chromozómov pridávaním celých sád chromozómov v dôsledku porušenia meiózy.
U polyploidných foriem dochádza k zvýšeniu počtu chromozómov, násobok haploidnej sady: 3n - triploid; 4n je tetraploid, 5n je pentaploid atď.
Polyploidné formy sa fenotypovo líšia od diploidných: spolu so zmenou počtu chromozómov sa menia aj dedičné vlastnosti. U polyploidov sú bunky zvyčajne veľké; niekedy sú rastliny obrovské.
Formy vznikajúce zmnožením chromozómov jedného genómu sa nazývajú autoploidné. Známa je však aj iná forma polyploidie – aloploidia, pri ktorej sa znásobuje počet chromozómov dvoch rôznych genómov.
Viacnásobný pokles počtu chromozómových sád somatických buniek v porovnaní s diploidným sa nazýva tzv haploidia. Haploidné organizmy sa v prirodzených biotopoch vyskytujú najmä medzi rastlinami, vrátane vyšších (durman, pšenica, kukurica). Bunky takýchto organizmov majú jeden chromozóm z každého homológneho páru, takže vo fenotype sa objavujú všetky recesívne alely. To vysvetľuje zníženú životaschopnosť haploidov.
heteroploidia. V dôsledku porušení mitózy a meiózy sa počet chromozómov môže zmeniť a nestať sa násobkom haploidnej sady. Nazýva sa jav, keď je niektorý z chromozómov namiesto páru v trojčísle trizómia. Ak sa na jednom chromozóme pozoruje trizómia, potom sa takýto organizmus nazýva trizóm a jeho sada chromozómov je 2n + 1. Trizómia môže byť na ktoromkoľvek z chromozómov a dokonca aj na niekoľkých. Pri dvojitej trizómii má sadu chromozómov 2n + 2, trojitý - 2n + 3 atď.
Opačný jav trizómia, t.j. strata jedného z chromozómov z páru v diploidnom súbore sa nazýva tzv monozómia, organizmus je monozomický; jeho genotypový vzorec je 2n-1. Pri absencii dvoch odlišných chromozómov je organizmus dvojitý monozomický s genotypovým vzorcom 2n-2 atď.
Z toho, čo bolo povedané, je jasné, že aneuploidiou, t.j. porušenie normálneho počtu chromozómov vedie k zmenám v štruktúre a k zníženiu životaschopnosti organizmu. Čím väčšie je rušenie, tým nižšia je životaschopnosť. U ľudí má narušenie vyváženého súboru chromozómov za následok chorobné stavy, súhrnne známe ako chromozomálne choroby.
Mechanizmus vzniku genómové mutácie sú spojené s patológiou narušenia normálnej divergencie chromozómov v meióze, čo vedie k tvorbe abnormálnych gamét, čo vedie k mutácii. Zmeny v tele sú spojené s prítomnosťou geneticky heterogénnych buniek.

95. Metódy štúdia ľudskej dedičnosti. Genealogické a dvojčatové metódy, ich význam pre medicínu.
Hlavné metódy štúdia ľudskej dedičnosti sú genealogický, dvojča, populačno-štatistické, dermatoglyfická metóda, cytogenetická, biochemická, metóda genetiky somatických buniek, metóda modelovania
genealogická metóda. Základom tejto metódy je zostavovanie a rozbor rodokmeňov. Rodokmeň je diagram, ktorý odráža vzťahy medzi členmi rodiny. Analyzujúc rodokmene, študujú akýkoľvek normálny alebo (častejšie) patologický znak v generáciách ľudí, ktorí sú príbuzní.
Genealogické metódy sa používajú na určenie dedičnej alebo nededičnej povahy vlastnosti, dominancie alebo recesívnosti, mapovanie chromozómov, pohlavné spojenie, na štúdium procesu mutácie. Genealogická metóda spravidla tvorí základ pre závery v lekárskom genetickom poradenstve.
Pri zostavovaní rodokmeňov sa používa štandardná notácia. Osoba, s ktorou sa štúdium začína, je proband. Potomok manželského páru sa nazýva súrodenec, súrodenci sa nazývajú súrodenci, sesternice sa nazývajú bratranci atď. Potomkovia, ktorí majú spoločnú matku (ale rôznych otcov), sa nazývajú pokrvní a potomkovia, ktorí majú spoločného otca (ale rôzne matky), sa nazývajú pokrvní; ak má rodina deti z rôznych manželstiev a nemajú spoločných predkov (napríklad dieťa z prvého manželstva matky a dieťa z prvého manželstva otca), potom sa nazývajú konsolidované.
Pomocou genealogickej metódy je možné určiť dedičnú podmienenosť študovaného znaku, ako aj typ jeho dedičnosti. Pri analýze rodokmeňov pre niekoľko znakov možno odhaliť prepojený charakter ich dedičnosti, čo sa používa pri zostavovaní chromozómových máp. Táto metóda umožňuje študovať intenzitu mutačného procesu, hodnotiť expresivitu a penetráciu alely.
dvojitá metóda. Spočíva v štúdiu vzorcov dedenia vlastností u párov identických a dvojvaječných dvojčiat. Dvojčatá sú dve alebo viac detí počatých a narodených tou istou matkou takmer v rovnakom čase. Existujú jednovaječné a dvojvaječné dvojčatá.
Identické (monozygotné, identické) dvojčatá sa vyskytujú v najskorších štádiách štiepenia zygoty, keď si dve alebo štyri blastoméry počas izolácie zachovávajú schopnosť vyvinúť sa v plnohodnotný organizmus. Keďže sa zygota delí mitózou, genotypy identických dvojčiat, aspoň spočiatku, sú úplne identické. Jednovaječné dvojčatá sú vždy rovnakého pohlavia a počas vývoja plodu zdieľajú rovnakú placentu.
Bratské (dizygotické, neidentické) sa vyskytujú pri oplodnení dvoch alebo viacerých súčasne zrelých vajíčok. Zdieľajú teda približne 50 % svojich génov. Inými slovami, svojou genetickou konštitúciou sú podobní bežným bratom a sestrám a môžu byť rovnakého alebo odlišného pohlavia.
Pri porovnaní identických a dvojvaječných dvojčiat vychovaných v rovnakom prostredí možno vyvodiť záver o úlohe génov vo vývoji vlastností.
Dvojitá metóda vám umožňuje robiť rozumné závery o dedičnosti vlastností: úloha dedičnosti, prostredia a náhodných faktorov pri určovaní určitých vlastností osoby.
Prevencia a diagnostika dedičnej patológie
V súčasnosti sa prevencia dedičnej patológie uskutočňuje na štyroch úrovniach: 1) pregametický; 2) prezygotický; 3) prenatálne; 4) novorodenecké.
1.) Predherná úroveň
Implementovaná:
1. Sanitárna kontrola produkcie - vylúčenie vplyvu mutagénov na organizmus.
2. Prepustenie žien vo fertilnom veku z práce v rizikových odvetviach.
3. Tvorba zoznamov dedičných chorôb, ktoré sú bežné v určitom
územia s def. časté.
2. Prezygotická úroveň
Najdôležitejším prvkom tejto úrovne prevencie je medicínsko genetické poradenstvo (MGC) populácie, informovanie rodiny o miere možného rizika vzniku dieťaťa s dedičnou patológiou a asistencia pri správnom rozhodovaní o pôrode.
prenatálnej úrovni
Spočíva vo vedení prenatálnej (prenatálnej) diagnostiky.
Prenatálna diagnostika- Ide o súbor opatrení, ktoré sa vykonávajú s cieľom určiť dedičnú patológiu u plodu a ukončiť toto tehotenstvo. Prenatálne diagnostické metódy zahŕňajú:
1. Ultrazvukové skenovanie (USS).
2. Fetoskopia- metóda vizuálneho pozorovania plodu v dutine maternice cez elastickú sondu vybavenú optickým systémom.
3. Chorionická biopsia. Metóda je založená na odbere choriových klkov, kultivácii buniek a ich skúmaní pomocou cytogenetických, biochemických a molekulárno-genetických metód.
4. Amniocentéza– prepichnutie plodových obalov cez brušnú stenu a odber
plodová voda. Obsahuje bunky plodu, ktoré je možné skúmať
cytogeneticky alebo biochemicky, v závislosti od predpokladanej patológie plodu.
5. Kordocentéza- prepichnutie ciev pupočníka a odber krvi plodu. Fetálne lymfocyty
pestované a testované.
4. Novorodenecká úroveň
Na štvrtom stupni sa novorodenci vyšetrujú na zistenie autozomálne recesívnych metabolických ochorení v predklinickom štádiu, kedy sa začína včasná liečba na zabezpečenie normálneho psychického a fyzického vývoja detí.

Zásady liečby dedičných chorôb
Existujú nasledujúce typy liečby.
1. symptomatická(vplyv na symptómy ochorenia).
2. patogénne(vplyv na mechanizmy rozvoja ochorenia).
Symptomatická a patogenetická liečba neodstraňuje príčiny ochorenia, pretože. nelikviduje
genetický defekt.
Pri symptomatickej a patogenetickej liečbe možno použiť nasledujúce metódy.
· Oprava malformácie chirurgickými metódami (syndaktýlia, polydaktýlia,
rázštep hornej pery...
Substitučná terapia, ktorej zmyslom je zavedenie do tela
chýbajúce alebo nedostatočné biochemické substráty.
· Indukcia metabolizmu- zavedenie látok, ktoré podporujú syntézu, do tela
niektoré enzýmy, a preto urýchľujú procesy.
· Metabolická inhibícia- zavedenie liekov, ktoré viažu a odstraňujú do tela
abnormálne produkty metabolizmu.
· diétna terapia ( terapeutická výživa) - vylúčenie zo stravy látok, ktoré
telo nemôže absorbovať.
Výhľad: V blízkej budúcnosti sa genetika bude intenzívne rozvíjať, aj keď stále je
veľmi rozšírené v plodinách (šľachtenie, klonovanie),
medicína (lekárska genetika, genetika mikroorganizmov). Vedci dúfajú v budúcnosť
používať genetiku na odstránenie defektných génov a eradikáciu prenášaných chorôb
dedením, vedieť liečiť vážne ochorenia ako rakovina, vírusové
infekcií.

Pri všetkých nedostatkoch moderného hodnotenia rádiogenetického účinku niet pochýb o závažnosti genetických následkov, ktoré čakajú ľudstvo v prípade nekontrolovaného nárastu rádioaktívneho pozadia v životnom prostredí. Nebezpečenstvo ďalšieho testovania atómových a vodíkových zbraní je zrejmé.
Využitie atómovej energie v genetike a šľachtení zároveň umožňuje vytvárať nové metódy kontroly dedičnosti rastlín, živočíchov a mikroorganizmov a lepšie pochopiť procesy genetickej adaptácie organizmov. V súvislosti s ľudskými letmi do vesmíru je potrebné skúmať vplyv kozmickej reakcie na živé organizmy.

98. Cytogenetická metóda diagnostiky ľudských chromozomálnych porúch. Amniocentéza. Karyotyp a idiogram ľudských chromozómov. biochemická metóda.
Cytogenetická metóda spočíva v štúdiu chromozómov pomocou mikroskopu. Častejšie slúžia ako predmet štúdia mitotické (metafázové) chromozómy, menej často meiotické (profázové a metafázové) chromozómy. Cytogenetické metódy sa využívajú pri štúdiu karyotypov jednotlivých jedincov
Získavanie materiálu organizmu vyvíjajúceho sa in utero sa uskutočňuje rôznymi spôsobmi. Jedným z nich je amniocentéza, pomocou ktorej sa v 15-16 týždni tehotenstva získava plodová voda obsahujúca odpadové produkty plodu a bunky jeho kože a slizníc
Materiál odobratý pri amniocentéze sa používa na biochemické, cytogenetické a molekulárne chemické štúdie. Cytogenetické metódy určujú pohlavie plodu a identifikujú chromozomálne a genómové mutácie. Štúdium plodovej vody a buniek plodu biochemickými metódami umožňuje odhaliť defekt v proteínových produktoch génov, ale neumožňuje určiť lokalizáciu mutácií v štruktúrnej alebo regulačnej časti genómu. Významnú úlohu pri detekcii dedičných ochorení a presnej lokalizácii poškodenia dedičného materiálu plodu zohráva použitie DNA sond.
V súčasnosti sa pomocou amniocentézy diagnostikujú všetky chromozomálne abnormality, vyše 60 dedičných metabolických ochorení, materská a fetálna inkompatibilita pre antigény erytrocytov.
Diploidný súbor chromozómov v bunke charakterizovaný ich počtom, veľkosťou a tvarom sa nazýva tzv karyotyp. Normálny ľudský karyotyp obsahuje 46 chromozómov alebo 23 párov: z toho 22 párov sú autozómy a jeden pár sú pohlavné chromozómy.
Aby sa uľahčilo pochopenie zložitého komplexu chromozómov, ktoré tvoria karyotyp, sú usporiadané do tvaru idiogramy. AT idiogram Chromozómy sú usporiadané do párov v zostupnom poradí, s výnimkou pohlavných chromozómov. Najväčší pár dostal číslo 1, najmenší - číslo 22. Identifikácia chromozómov iba podľa veľkosti naráža na veľké ťažkosti: množstvo chromozómov má podobné veľkosti. Nedávno sa však použitím rôznych druhov farbív preukázala jasná diferenciácia ľudských chromozómov pozdĺž ich dĺžky na pásy farbené špeciálnymi metódami a nefarbené. Schopnosť presnej diferenciácie chromozómov má veľký význam pre lekársku genetiku, pretože umožňuje presne určiť povahu porúch v ľudskom karyotype.
Biochemická metóda

99. Karyotyp a idiogram osoby. Charakteristiky ľudského karyotypu sú normálne
a patológie.
karyotyp- súbor znakov (počet, veľkosť, tvar atď.) úplného súboru chromozómov,
vlastné bunkám daného biologického druhu (druhový karyotyp), daného organizmu
(individuálny karyotyp) alebo línia (klon) buniek.
Na určenie karyotypu sa používa mikrofotografia alebo náčrt chromozómov pri mikroskopovaní deliacich sa buniek.
Každá osoba má 46 chromozómov, z ktorých dva sú pohlavné chromozómy. Žena má dva X chromozómy.
(karyotyp: 46, XX), kým muži majú jeden chromozóm X a druhý Y (karyotyp: 46, XY). Štúdium
Karyotyp sa robí pomocou techniky nazývanej cytogenetika.
Idiogram- schematické znázornenie haploidného súboru chromozómov organizmu, ktorý
usporiadané v rade podľa ich veľkosti, v pároch v zostupnom poradí ich veľkostí. Výnimku tvoria pohlavné chromozómy, ktoré obzvlášť vynikajú.
Príklady najbežnejších chromozomálnych patológií.
Downov syndróm je trizómia 21. páru chromozómov.
Edwardsov syndróm je trizómia 18. páru chromozómov.
Patauov syndróm je trizómia 13. páru chromozómov.
Klinefelterov syndróm je polyzómia chromozómu X u chlapcov.

100. Význam genetiky pre medicínu. Cytogenetické, biochemické, populačno-štatistické metódy na štúdium ľudskej dedičnosti.
Úloha genetiky v ľudskom živote je veľmi dôležitá. Realizuje sa pomocou lekárskeho genetického poradenstva. Lekárske genetické poradenstvo je navrhnuté tak, aby zachránilo ľudstvo pred utrpením spojeným s dedičnými (genetickými) chorobami. Hlavnými cieľmi lekárskeho genetického poradenstva je zistiť úlohu genotypu pri rozvoji tohto ochorenia a predpovedať riziko vzniku chorých potomkov. Odporúčania uvedené v lekárskych genetických konzultáciách týkajúce sa uzavretia manželstva alebo prognózy genetickej užitočnosti potomstva sú zamerané na to, aby ich konzultované osoby brali do úvahy a dobrovoľne urobili príslušné rozhodnutie.
Cytogenetická (karyotypická) metóda. Cytogenetická metóda spočíva v štúdiu chromozómov pomocou mikroskopu. Častejšie slúžia ako predmet štúdia mitotické (metafázové) chromozómy, menej často meiotické (profázové a metafázové) chromozómy. Táto metóda sa používa aj na štúdium pohlavného chromatínu ( telá barr) Cytogenetické metódy sa využívajú pri štúdiu karyotypov jednotlivých jedincov
Použitie cytogenetickej metódy umožňuje nielen študovať normálnu morfológiu chromozómov a karyotyp ako celok, určiť genetické pohlavie organizmu, ale čo je najdôležitejšie, diagnostikovať rôzne chromozomálne ochorenia spojené so zmenou počtu chromozómy alebo porušenie ich štruktúry. Okrem toho táto metóda umožňuje študovať procesy mutagenézy na úrovni chromozómov a karyotypu. Jeho využitie v medicínskom genetickom poradenstve na účely prenatálnej diagnostiky chromozomálnych ochorení umožňuje včasným ukončením tehotenstva predísť vzniku potomkov s ťažkými vývojovými poruchami.
Biochemická metóda spočíva v stanovení aktivity enzýmov alebo obsahu niektorých metabolických produktov v krvi alebo moči. Pomocou tejto metódy sa zisťujú metabolické poruchy v dôsledku prítomnosti v genotype nepriaznivej kombinácie alelických génov, častejšie recesívnych alel v homozygotnom stave. Pri včasnej diagnostike takýchto dedičných ochorení sa preventívnymi opatreniami možno vyhnúť vážnym vývojovým poruchám.
Populačno-štatistická metóda. Táto metóda umožňuje odhadnúť pravdepodobnosť narodenia osôb s určitým fenotypom v danej skupine obyvateľstva alebo v úzko príbuzných manželstvách; vypočítať nosnú frekvenciu v heterozygotnom stave recesívnych alel. Metóda je založená na Hardy-Weinbergovom zákone. Hardy-Weinbergov zákon Toto je zákon populačnej genetiky. Zákon hovorí: "V ideálnej populácii zostávajú frekvencie génov a genotypov z generácie na generáciu konštantné."
Hlavnými znakmi ľudských populácií sú: spoločné územie a možnosť slobodného sobáša. Faktory izolácie, t. j. obmedzenia slobody výberu manželov, môžu byť pre človeka nielen geografické, ale aj náboženské a sociálne bariéry.
Okrem toho táto metóda umožňuje študovať proces mutácie, úlohu dedičnosti a prostredia pri tvorbe ľudského fenotypového polymorfizmu podľa normálnych znakov, ako aj pri výskyte chorôb, najmä s dedičnou predispozíciou. Populačno-štatistická metóda sa používa na určenie významu genetických faktorov v antropogenéze, najmä v rasovej formácii.

101. Štrukturálne poruchy (aberácie) chromozómov. Klasifikácia v závislosti od zmeny genetického materiálu. Význam pre biológiu a medicínu.
Chromozomálne aberácie sú výsledkom preskupenia chromozómov. Sú výsledkom zlomu v chromozóme, čo vedie k vytvoreniu fragmentov, ktoré sa neskôr opäť spoja, ale normálna štruktúra chromozómu sa neobnoví. Existujú 4 hlavné typy chromozomálnych aberácií: nedostatok, zdvojenie, inverzia, translokácie, vymazanie- strata určitej časti chromozómu, ktorá sa potom zvyčajne zničí
nedostatkov vznikajú v dôsledku straty chromozómu jedného alebo druhého miesta. Nedostatky v strednej časti chromozómu sa nazývajú delécie. Strata významnej časti chromozómu vedie organizmus k smrti, strata menších úsekov spôsobuje zmenu dedičných vlastností. Takže. Pri nedostatku jedného z chromozómov v kukurici sú jej semenáčiky zbavené chlorofylu.
Zdvojnásobenie v dôsledku zahrnutia ďalšej, duplikujúcej sa časti chromozómu. Vedie to aj k vzniku nových funkcií. Takže u Drosophila je gén pre pruhované oči spôsobený zdvojnásobením časti jedného z chromozómov.
Inverzie sa pozorujú, keď je chromozóm zlomený a oddelená časť je otočená o 180 stupňov. Ak došlo k prerušeniu na jednom mieste, oddelený fragment je pripojený k chromozómu opačným koncom, ak na dvoch miestach, potom sa stredný fragment, ktorý sa prevráti, pripojí k bodom zlomu, ale s rôznymi koncami. Podľa Darwina zohrávajú inverzie dôležitú úlohu vo vývoji druhov.
Premiestnenia nastávajú vtedy, keď je segment chromozómu z jedného páru pripojený k nehomológnemu chromozómu, t.j. chromozóm z iného páru. Translokáciaúseky jedného z chromozómov sú u ľudí známe; môže byť príčinou Downovej choroby. Väčšina translokácií postihujúcich veľké časti chromozómov spôsobuje, že organizmus je neživotaschopný.
Chromozomálne mutácie zmeniť dávku niektorých génov, spôsobiť redistribúciu génov medzi väzbovými skupinami, zmeniť ich lokalizáciu vo väzbovej skupine. Tým narúšajú génovú rovnováhu buniek tela, čo má za následok odchýlky v somatickom vývoji jedinca. Spravidla sa zmeny rozširujú na niekoľko orgánových systémov.
Chromozomálne aberácie majú v medicíne veľký význam. O chromozomálne aberácie, dochádza k oneskoreniu celkového fyzického a duševného vývoja. Chromozomálne ochorenia sú charakterizované kombináciou mnohých vrodených chýb. Takýto defekt je prejavom Downovho syndrómu, ktorý sa pozoruje v prípade trizómie v malom segmente dlhého ramena 21. chromozómu. Obraz syndrómu mačacieho plaču sa vyvíja so stratou časti krátkeho ramena 5. chromozómu. U ľudí sú najčastejšie zaznamenané malformácie mozgu, muskuloskeletálneho, kardiovaskulárneho a genitourinárneho systému.

102. Pojem druhov, moderné pohľady na speciáciu. Zobraziť kritériá.
vyhliadka je súbor jedincov, ktorí sú si podobní z hľadiska kritérií druhu do takej miery, do akej môžu
krížia sa v prirodzených podmienkach a produkujú plodné potomstvo.
plodné potomstvo- taký, ktorý sa dokáže sám rozmnožovať. Príkladom neplodného potomstva je mulica (kríženec osla a koňa), je sterilný.
Zobraziť kritériá- sú to znaky, pomocou ktorých sa porovnávajú 2 organizmy, aby sa zistilo, či patria k rovnakému druhu alebo k rôznym.
Morfologická - vnútorná a vonkajšia štruktúra.
Fyziologicko-biochemické - ako fungujú orgány a bunky.
Behaviorálne - správanie, najmä v čase rozmnožovania.
Ekologický - súbor faktorov prostredia nevyhnutných pre život
druhy (teplota, vlhkosť, jedlo, konkurenti atď.)
Geograficko - oblasť (oblasť rozšírenia), t.j. oblasť, v ktorej druh žije.
Geneticko-reprodukčné - rovnaký počet a štruktúra chromozómov, ktorá umožňuje organizmom produkovať plodné potomstvo.
Kritériá zobrazenia sú relatívne, t.j. nemožno posudzovať druh podľa jedného kritéria. Napríklad existujú druhy dvojčiat (v malarických komároch, u potkanov atď.). Morfologicky sa od seba nelíšia, ale majú iný počet chromozómov, a preto nedávajú potomstvo.

103. Obyvateľstvo. Jeho ekologické a genetické vlastnosti a úloha v speciácii.
populácia- minimálne samoreprodukujúce sa zoskupenie jedincov jedného druhu, viac-menej izolovaných od iných podobných skupín, obývajúcich určité územie počas dlhého radu generácií, tvoriacich vlastný genetický systém a tvoriacich vlastnú ekologickú niku.
Ekologické ukazovatele obyvateľstva.
populácia je celkový počet jedincov v populácii. Táto hodnota sa vyznačuje širokým rozsahom variability, ale nemôže byť pod určitými hranicami.
Hustota- počet jedincov na jednotku plochy alebo objemu. Hustota obyvateľstva má tendenciu rásť so zvyšujúcou sa veľkosťou populácie.
Priestorová štruktúra Populácia sa vyznačuje zvláštnosťami rozmiestnenia jedincov na okupovanom území. Je určená vlastnosťami biotopu a biologickými charakteristikami druhu.
Štruktúra pohlavia odráža určitý pomer mužov a žien v populácii.
Veková štruktúra odráža pomer rôznych vekových skupín v populáciách v závislosti od očakávanej dĺžky života, času nástupu puberty a počtu potomkov.
Genetické ukazovatele populácie. Geneticky je populácia charakteristická svojím genofondom. Predstavuje ho súbor alel, ktoré tvoria genotypy organizmov v danej populácii.
Pri popise populácií alebo ich vzájomnom porovnávaní sa využíva množstvo genetických charakteristík. Polymorfizmus. O populácii sa hovorí, že je polymorfná na danom lokuse, ak obsahuje dve alebo viac alel. Ak je lokus reprezentovaný jednou alelou, hovoria o monomorfizme. Skúmaním mnohých lokusov možno medzi nimi určiť podiel polymorfných, t.j. posúdiť stupeň polymorfizmu, ktorý je indikátorom genetickej diverzity populácie.
Heterozygotnosť. Dôležitou genetickou charakteristikou populácie je heterozygotnosť – frekvencia heterozygotných jedincov v populácii. Odráža aj genetickú rozmanitosť.
Koeficient príbuzenskej plemenitby. Pomocou tohto koeficientu sa odhaduje prevalencia blízko súvisiacich krížení v populácii.
Asociácia génov. Frekvencie alel rôznych génov môžu na sebe závisieť, čo je charakterizované asociačnými koeficientmi.
genetické vzdialenosti. Rôzne populácie sa navzájom líšia vo frekvencii alel. Na kvantifikáciu týchto rozdielov boli navrhnuté ukazovatele nazývané genetické vzdialenosti.

populácia– elementárna evolučná štruktúra. V areáli akéhokoľvek druhu sú jedince rozmiestnené nerovnomerne. Oblasti s hustou koncentráciou jedincov sú popretkávané priestormi, kde ich je málo alebo chýbajú. V dôsledku toho vznikajú viac-menej izolované populácie, v ktorých systematicky dochádza k náhodnému voľnému kríženiu (panmixia). Kríženie s inými populáciami je veľmi zriedkavé a nepravidelné. Každá populácia si vďaka panmixii vytvára genofond pre ňu charakteristický, odlišný od ostatných populácií. Je to práve populácia, ktorá by mala byť uznaná za elementárnu jednotku evolučného procesu

Úloha populácií je veľká, pretože sa v nej vyskytujú takmer všetky mutácie. Tieto mutácie sú primárne spojené s izoláciou populácií a genofondu, ktorý sa líši v dôsledku ich vzájomnej izolácie. Materiálom pre evolúciu je mutačná variácia, ktorá začína v populácii a končí vytvorením druhu.

Popredný vedecký časopis Príroda oznámili objav druhého genetického kódu – akéhosi „kódu v kóde“, ktorý nedávno rozlúskli molekulárni biológovia a počítačoví programátori. Navyše, aby to odhalili, nepoužili evolučnú teóriu, ale informačné technológie.

Nový kód sa nazýva Splicing Code. Je to v DNA. Tento kód riadi základný genetický kód veľmi zložitým, no predvídateľným spôsobom. Zostrihový kód riadi, ako a kedy sú gény a regulačné prvky zostavené. Odhalenie tohto kódu v kóde pomáha objasniť niektoré z dlhotrvajúcich tajomstiev genetiky, ktoré vyplávali na povrch od projektu Complete Human Genome Sequencing Project. Jednou z takýchto záhad bolo, prečo je v takom zložitom organizme ako ľudská bytosť len 20 000 génov? (Vedci očakávali, že nájdu oveľa viac.) Prečo sú gény rozdelené na segmenty (exóny), ktoré sú oddelené nekódujúcimi prvkami (intrónmi) a potom po transkripcii spojené (t. j. zostrihané)? A prečo sú gény v niektorých bunkách a tkanivách zapnuté a v iných nie? Už dve desaťročia sa molekulárni biológovia snažia objasniť mechanizmy genetickej regulácie. Tento článok poukazuje na veľmi dôležitý bod pre pochopenie toho, čo sa skutočne deje. Neodpovedá na každú otázku, ale ukazuje, že interný kód existuje. Tento kód je komunikačný systém, ktorý možno dešifrovať tak jasne, že vedci môžu predpovedať, ako by sa genóm mohol správať v určitých situáciách a s nevysvetliteľnou presnosťou.

Predstavte si, že vo vedľajšej miestnosti počujete orchester. Otvoríte dvere, pozriete sa dovnútra a v miestnosti uvidíte troch alebo štyroch hudobníkov, ktorí hrajú na hudobných nástrojoch. Takto vyzerá ľudský genóm Brandon Frey, ktorý pomohol prelomiť kód. On hovorí: „Dokázali sme odhaliť len 20 000 génov, ale vedeli sme, že tvoria obrovské množstvo proteínových produktov a regulačných prvkov. Ako? Jedna z metód sa nazýva alternatívne spájanie“. Rôzne exóny (časti génov) môžu byť zostavené rôznymi spôsobmi. "Napríklad tri gény pre proteín neurexín môžu vytvoriť viac ako 3 000 genetických správ, ktoré pomáhajú kontrolovať systém vedenia mozgu." hovorí Frey. Priamo v článku sa hovorí, že vedci vedia, že 95 % našich génov má alternatívne zostrihy a vo väčšine prípadov sa transkripty (molekuly RNA vyplývajúce z transkripcie) prejavujú odlišne v rôznych typoch buniek a tkanív. Musí existovať niečo, čo riadi, ako sú tieto tisíce kombinácií zostavené a vyjadrené. Toto je úlohou Kódexu spájania.

Čitatelia, ktorí chcú rýchly prehľad o objave, si môžu prečítať článok na Science Daily oprávnený "Výskumníci, ktorí rozlúskli 'Splicing Code', odhaľujú záhadu biologickej zložitosti.". V článku sa píše: "Vedci z University of Toronto získali zásadné nové pochopenie toho, ako živé bunky využívajú obmedzený počet génov na vytvorenie neuveriteľne zložitých orgánov, ako je mozog.". Samotný časopis Nature začína „Code Within Code“ od Heidi Ledford. Nasledoval dokument Tejedora a Valcarcela s názvom „Génová regulácia: Prelomenie druhého genetického kódu. Napokon bol rozhodujúci príspevok skupiny výskumníkov z University of Toronto pod vedením Benjamina D. Blencoea a Brandona D. Freya „Dešifrovanie kódu spájania“.

Tento článok je víťazstvom informačnej vedy, ktorý nám pripomína lámačov kódov z druhej svetovej vojny. Ich metódy zahŕňali algebru, geometriu, teóriu pravdepodobnosti, vektorový počet, teóriu informácie, optimalizáciu programového kódu a ďalšie pokročilé techniky. To, čo nepotrebovali, bola evolučná teória, ktorá nebola nikdy spomenutá vo vedeckých článkoch. Pri čítaní tohto článku môžete vidieť, pod akým napätím sú autori tejto predohry:

„Opisujeme schému ‚zostrihového kódu‘, ktorá využíva kombinácie stoviek vlastností RNA na predpovedanie tkanivovo sprostredkovaných zmien v alternatívnom zostrihu tisícok exónov. Kód vytvára nové triedy zostrihových vzorov, rozpoznáva rôzne regulačné programy v rôznych tkanivách a zakladá regulačné sekvencie riadené mutáciou. Odhalili sme široko používané regulačné stratégie vrátane: používania neočakávane veľkých fondov nehnuteľností; detekcia nízkych hladín inklúzie exónu, ktoré sú oslabené vlastnosťami špecifických tkanív; prejav vlastností v intrónoch je hlbší, ako sa doteraz predpokladalo; a moduláciu úrovní zostrihového variantu štruktúrnymi charakteristikami transkriptu. Kód pomohol vytvoriť triedu exónov, ktorých inklúzia tlmí expresiu v dospelých tkanivách, aktivuje degradáciu mRNA a ktorých vylúčenie podporuje expresiu počas embryogenézy. Kód uľahčuje odhalenie a podrobný popis celogenómových regulovaných udalostí alternatívneho zostrihu.

V tíme, ktorý kód rozlúštil, boli špecialisti z Katedry elektroniky a počítačového inžinierstva, ako aj z Katedry molekulárnej genetiky. (Frey sám pracuje pre Microsoft Research, divíziu Microsoft Corporation) Podobne ako dekodéry minulosti, aj Frey a Barash vyvinuli "nová počítačom podporovaná biologická analýza, ktorá deteguje "kódové slová" skryté v genóme". S pomocou obrovského množstva údajov vytvorených molekulárnymi genetikmi skupina výskumníkov vykonala „spätné inžinierstvo“ zostrihového kódu. kým nedokázali predvídať, ako sa bude správať. Keď to výskumníci pochopili, otestovali kód na mutácie a videli, ako sa exóny vkladajú alebo odstraňujú. Zistili, že kód môže dokonca spôsobiť tkanivovo špecifické zmeny alebo pôsobiť odlišne v závislosti od toho, či ide o dospelú myš alebo embryo. Jeden gén, Xpo4, je spojený s rakovinou; Vedci poznamenali: „Tieto údaje podporujú záver, že expresia génu Xpo4 musí byť prísne kontrolovaná, aby sa predišlo potenciálnym škodlivým účinkom, vrátane onkogenézy (rakoviny), pretože je aktívna počas embryogenézy, ale v dospelých tkanivách je znížená. Ukázalo sa, že boli absolútne prekvapení úrovňou kontroly, ktorú videli. Či už úmyselne alebo nie, Frey nepoužil ako vodítko náhodné variácie a výber, ale jazyk inteligentného dizajnu. Poznamenal: "Porozumieť zložitému biologickému systému je ako porozumieť zložitému elektronickému obvodu."

Heidi Ledford povedala, že zjavná jednoduchosť Watson-Crickovho genetického kódu so štyrmi bázami, tripletovými kodónmi, 20 aminokyselinami a 64 "znakmi" DNA - skrýva celý svet zložitosti. Zapuzdrený v tomto jednoduchšom kóde je spojovací kód oveľa zložitejší.

Ale medzi DNA a proteínmi leží RNA, samostatný svet zložitosti. RNA je transformátor, ktorý niekedy nesie genetické správy a niekedy ich riadi, pričom využíva mnoho štruktúr, ktoré môžu ovplyvniť jej funkciu. V článku publikovanom v tom istom čísle tím výskumníkov vedený Benjaminom D. Blencowom a Brandonom D. Freyom z University of Toronto v Ontáriu v Kanade uvádza pokusy odhaliť druhý genetický kód, ktorý dokáže predpovedať, ako sú segmenty messengerovej RNA. transkribované z určitých génov sa môžu miešať a spájať za vzniku rôznych produktov v rôznych tkanivách. Tento proces je známy ako alternatívne spájanie. Tentokrát tu nie je jednoduchá tabuľka, ale algoritmy, ktoré kombinujú viac ako 200 rôznych vlastností DNA s definíciami štruktúry RNA.

Práca týchto výskumníkov poukazuje na rýchly pokrok, ktorý výpočtové metódy dosiahli pri modelovaní RNA. Okrem pochopenia alternatívneho zostrihu pomáha počítačová veda vedcom predpovedať štruktúry RNA a identifikovať malé regulačné fragmenty RNA, ktoré nekódujú proteíny. "Je to úžasný čas", hovorí Christopher Berg, počítačový biológ z Massachusetts Institute of Technology v Cambridge. „V budúcnosti budeme mať obrovský úspech“.

Počítačová veda, počítačová biológia, algoritmy a kódy neboli súčasťou Darwinovho slovníka, keď rozvíjal svoju teóriu. Mendel mal veľmi zjednodušený model toho, ako sú vlastnosti rozdelené počas dedičnosti. Navyše myšlienka, že funkcie sú kódované, bola predstavená až v roku 1953. Vidíme, že pôvodný genetický kód je regulovaný ešte zložitejším kódom, ktorý je v ňom zahrnutý. Toto sú revolučné myšlienky.. Navyše tomu všetko nasvedčuje táto úroveň kontroly nie je posledná. Ledford nám pripomína, že napríklad RNA a proteíny majú trojrozmernú štruktúru. Funkcia molekúl sa môže zmeniť, keď sa zmení ich tvar. Musí existovať niečo, čo riadi skladanie, aby trojrozmerná štruktúra robila to, čo funkcia vyžaduje. Okrem toho sa zdá, že prístup ku génom je kontrolovaný iný kód, histónový kód. Tento kód je zakódovaný molekulárnymi markermi alebo „chvoskami“ na histónových proteínoch, ktoré slúžia ako centrá pre stočenie a supercoiling DNA. Ledford opisuje našu dobu "trvalá renesancia v informatike RNC".

Tejedor a Valcarcel sa zhodujú, že za jednoduchosťou sa skrýva zložitosť. "Teoreticky všetko vyzerá veľmi jednoducho: DNA tvorí RNA, ktorá potom vytvára proteín", - začínajú svoj článok. "Skutočnosť je však oveľa komplikovanejšia.". V 50. rokoch sme sa dozvedeli, že všetky živé organizmy, od baktérií až po ľudí, majú základný genetický kód. Čoskoro sme si však uvedomili, že zložité organizmy (eukaryoty) majú nejakú neprirodzenú a ťažko pochopiteľnú vlastnosť: ich genómy majú zvláštne časti, intróny, ktoré musia byť odstránené, aby sa exóny mohli spojiť. prečo? Hmla sa dnes rozplýva "Hlavnou výhodou tohto mechanizmu je, že umožňuje rôznym bunkám vybrať si alternatívne spôsoby zostrihu prekurzora messengerovej RNA (pre-mRNA), a teda jeden gén generuje rôzne správy," vysvetľujú, "a potom môžu rôzne mRNA kódovať rôzne proteíny s rôznymi funkciami". Z menšieho množstva kódu získate viac informácií, pokiaľ je v kóde tento ďalší kód, ktorý vie, ako to urobiť.

Prelomenie kódu zostrihu je také ťažké, že faktory, ktoré riadia zostavenie exónu, sú dané mnohými ďalšími faktormi: sekvenciami v blízkosti hraníc exónu, sekvenciami intrónov a regulačnými faktormi, ktoré buď napomáhajú alebo inhibujú mechanizmus zostrihu. okrem toho "Účinky určitej sekvencie alebo faktora sa môžu líšiť v závislosti od jej umiestnenia vzhľadom na hranice intrón-exónu alebo iných regulačných motívov", - vysvetľujú Tejedor a Valcarcel. "Preto najťažšou úlohou pri predpovedaní tkanivovo špecifického zostrihu je vypočítať algebru nespočetného množstva motívov a vzťahov medzi regulačnými faktormi, ktoré ich rozpoznávajú.".

Na vyriešenie tohto problému tím výskumníkov vložil do počítača obrovské množstvo údajov o sekvenciách RNA a podmienkach, za ktorých sa vytvorili. "Počítač potom dostal za úlohu identifikovať kombináciu vlastností, ktoré by najlepšie vysvetľovali experimentálne stanovený výber exónov špecifických pre tkanivá.". Inými slovami, výskumníci reverzne vytvorili kód. Rovnako ako lámači kódov z druhej svetovej vojny, keď vedci poznajú algoritmus, môžu predpovedať: "Správne a presne identifikovali alternatívne exóny a predpovedali ich rozdielnu reguláciu medzi pármi typov tkanív." A ako každá dobrá vedecká teória, objav priniesol nové poznatky: "To nám umožnilo znovu vysvetliť predtým zavedené regulačné motivácie a poukázalo na predtým neznáme vlastnosti známych regulátorov, ako aj neočakávané funkčné vzťahy medzi nimi.", poznamenali vedci. "Napríklad kód znamená, že zahrnutie exónov vedúcich k spracovaným proteínom je všeobecným mechanizmom na riadenie procesu génovej expresie počas prechodu z embryonálneho tkaniva do tkaniva dospelých.".

Tejedor a Valcarcel považujú zverejnenie svojho článku za dôležitý prvý krok: "Prácu... je lepšie vidieť ako objav prvého fragmentu oveľa väčšej Rosettskej dosky potrebnej na rozlúštenie alternatívnych správ nášho genómu." Podľa týchto vedcov budúci výskum nepochybne zlepší ich znalosti o tomto novom kóde. Na konci svojho článku mimochodom spomínajú evolúciu a robia to veľmi nezvyčajným spôsobom. Hovoria: „To neznamená, že tieto kódy vytvorila evolúcia. To znamená, že pokrok si bude vyžadovať pochopenie toho, ako kódy interagujú. Ďalším prekvapením bolo, že doteraz pozorovaný stupeň zachovania vyvoláva otázku možnej existencie „kódov špecifických pre jednotlivé druhy“.

Kód pravdepodobne funguje v každej jednej bunke, a preto musí byť zodpovedný za viac ako 200 typov buniek cicavcov. Musí tiež zvládnuť obrovské množstvo alternatívnych zostrihových vzorov, nehovoriac o jednoduchých rozhodnutiach zahrnúť alebo preskočiť jeden exón. Obmedzené evolučné zachovanie regulácie alternatívneho zostrihu (odhaduje sa asi 20 % medzi ľuďmi a myšami) vyvoláva otázku existencie druhovo špecifických kódov. Okrem toho vzťah medzi spracovaním DNA a transkripciou génu ovplyvňuje alternatívny zostrih a nedávne dôkazy poukazujú na balenie DNA histónovými proteínmi a histónové kovalentné modifikácie (takzvaný epigenetický kód) pri regulácii zostrihu. Preto budúce metódy budú musieť stanoviť presnú interakciu medzi histónovým kódom a zostrihovým kódom. To isté platí pre stále málo pochopený vplyv zložitých štruktúr RNA na alternatívne zostrihy.

Kódy, kódy a ďalšie kódy. Skutočnosť, že vedci v týchto článkoch nehovoria takmer nič o darvinizme, naznačuje, že evoluční teoretici, prívrženci starých myšlienok a tradícií, majú po prečítaní týchto článkov o čom premýšľať. Ale tí, ktorí sú nadšení z biológie kódov, budú v popredí. Majú skvelú príležitosť využiť vzrušujúcu webovú aplikáciu, ktorú tvorcovia kódov vytvorili, aby podporili ďalšie skúmanie. Dá sa nájsť na webovej stránke University of Toronto s názvom „Webová stránka alternatívnych zostrihov“. Návštevníci tu budú márne hľadať zmienku o evolúcii, napriek starej axióme, že bez nej nič v biológii nemá zmysel. Nová verzia tohto výrazu z roku 2010 môže znieť takto: "Nič v biológii nemá zmysel, pokiaľ sa na to nepozeráme vo svetle počítačovej vedy" .

Odkazy a poznámky

Sme radi, že sme vám o tomto príbehu mohli povedať v deň jeho zverejnenia. Možno je to jeden z najvýznamnejších vedeckých článkov roka. (Samozrejme, každý veľký objav uskutočnený inými skupinami vedcov, ako napríklad objav Watsona a Cricka, je významný.) Jediné, čo k tomu môžeme povedať, je: „Wow!“ Tento objav je pozoruhodným potvrdením Designed Creation a obrovskou výzvou pre Darwinovu ríšu. Je zaujímavé, ako sa evolucionisti pokúsia opraviť svoju zjednodušenú históriu náhodných mutácií a prirodzeného výberu, ktorá bola vynájdená ešte v 19. storočí, vo svetle týchto nových údajov.

Rozumiete, o čom Tejedor a Valcarcel hovoria? Pohľady môžu mať svoj vlastný kód špecifický pre tieto zobrazenia. "Preto budúce metódy budú musieť stanoviť presnú interakciu medzi histónovým [epigenetickým] kódom a zostrihovým kódom, " poznamenávajú. V preklade to znamená: „Darwinisti s tým nemajú nič spoločné. Jednoducho to nezvládajú." Ak bol jednoduchý genetický kód Watsona-Cricka problémom pre darwinistov, čo potom teraz hovoria o zostrihovom kóde, ktorý vytvára tisíce prepisov z rovnakých génov? A ako sa vysporiadajú s epigenetickým kódom, ktorý riadi génovú expresiu? A ktovie, možno v tejto neuveriteľnej „interakcii“, o ktorej sa práve začíname učiť, sú zapojené ďalšie kódy, ktoré pripomínajú Rosettskú dosku, ktorá sa práve začína vynárať z piesku?

Teraz, keď premýšľame o kódoch a informatike, začíname premýšľať o rôznych paradigmách nového výskumu. Čo ak genóm čiastočne funguje ako úložná sieť? Čo ak v ňom prebieha kryptografia alebo sa vyskytnú kompresné algoritmy? Mali by sme pamätať na moderné informačné systémy a technológie ukladania informácií. Možno nájdeme aj prvky steganografie. Nepochybne existujú ďalšie mechanizmy rezistencie, ako sú duplikácie a korekcie, ktoré môžu pomôcť vysvetliť existenciu pseudogénov. Kopírovanie celého genómu môže byť odpoveďou na stres. Niektoré z týchto javov sa môžu ukázať ako užitočné ukazovatele historických udalostí, ktoré nemajú nič spoločné s univerzálnym spoločným predkom, ale pomáhajú skúmať komparatívnu genomiku v rámci informatiky a dizajnu rezistencie a pomáhajú pochopiť príčinu choroby.

Evolucionisti sa ocitajú vo veľkom trápení. Vedci sa pokúsili upraviť kód, ale dostali len rakovinu a mutácie. Ako sa budú orientovať v oblasti fitness, keď je to všetko zamínované katastrofami čakajúcimi v krídlach, len čo niekto začne manipulovať s týmito neoddeliteľne spojenými kódmi? Vieme, že existuje určitá vstavaná odolnosť a prenosnosť, ale celý obraz je neuveriteľne zložitý, navrhnutý a optimalizovaný informačný systém, nie spleť kúskov, ktoré sa dajú hrať donekonečna. Celá myšlienka kódu je koncept inteligentného dizajnu.

A.E. Wilder-Smith to zdôraznil. Kód predpokladá dohodu medzi týmito dvoma časťami. Dohoda je dohoda vopred. Znamená to plánovanie a účel. Symbol SOS, ako by povedal Wilder-Smith, používame podľa konvencie ako tiesňový signál. SOS nevyzerá ako katastrofa. Nezaváňa to katastrofou. Nepripadá mi to ako katastrofa. Ľudia by nepochopili, že tieto listy znamenajú katastrofu, keby nepochopili podstatu samotnej dohody. Podobne alanínový kodón, HCC, nevyzerá, necíti ani necíti ako alanín. Kodón by nemal nič spoločné s alanínom, pokiaľ by neexistovala vopred stanovená dohoda medzi dvoma kódovacími systémami (kód proteínu a kód DNA), že „GCC by mal znamenať alanín“. Na vyjadrenie tejto dohody sa používa rodina transduktorov, aminoacyl-tRNA syntetázy, ktoré prekladajú jeden kód do druhého.

To malo posilniť teóriu dizajnu v 50. rokoch a mnohí kreacionisti ju efektívne hlásali. Ale evolucionisti sú ako výreční predajcovia. Vymysleli svoje rozprávky o víle Tinker Bell, ktorá rozlúšti kód a mutáciou a selekciou vytvorí nové druhy a presvedčili mnohých ľudí, že zázraky sa môžu diať aj dnes. Nuž, dobre, dnes je za oknom 21. storočie a poznáme epigenetický kód a zostrihový kód – dva kódy, ktoré sú oveľa zložitejšie a dynamickejšie ako jednoduchý kód DNA. Vieme o kódoch v kódoch, o kódoch nad kódmi a pod kódmi – poznáme celú hierarchiu kódov. Tentokrát evolucionisti nemôžu len tak strčiť prst do zbrane a blafovať nás svojimi krásnymi rečami, keď sú zbrane umiestnené na oboch stranách - celý arzenál zameraný na ich hlavné konštrukčné prvky. Toto všetko je hra. Okolo nich vyrástla celá éra informatiky, dávno vyšli z módy a vyzerajú ako Gréci, ktorí sa oštepmi pokúšajú liezť na moderné tanky a helikoptéry.

Je smutné priznať, že evolucionisti tomu nerozumejú, alebo ak aj áno, nevzdajú sa. Mimochodom, tento týždeň, práve keď bol publikovaný článok o Splicing Code, sa zo stránok prodarwinovských časopisov a novín valila tá najzákernejšia a najnenávistnejšia rétorika proti stvoreniu a inteligentnému dizajnu v nedávnej pamäti. O mnohých ďalších takýchto príkladoch ešte nepočujeme. A kým budú držať mikrofóny v rukách a ovládať inštitúcie, veľa ľudí im prepadne v domnení, že veda im stále dáva dobrý dôvod. Toto všetko vám hovoríme, aby ste si tento materiál prečítali, naštudovali, porozumeli mu a zásobili sa informáciami, ktoré potrebujete, aby ste mohli bojovať proti tomuto fanatickému, zavádzajúcemu nezmyslu pravdou. Teraz, len do toho!

Vďaka procesu transkripcie v bunke dochádza k prenosu informácie z DNA do proteínu: DNA - i-RNA - proteín. Genetická informácia obsiahnutá v DNA a mRNA je obsiahnutá v sekvencii nukleotidov v molekulách. Ako prebieha preklad informácie z „jazyka“ nukleotidov do „jazyka“ aminokyselín? Tento preklad sa vykonáva pomocou genetického kódu. Kód alebo šifra je systém symbolov na preklad jednej formy informácií do inej. Genetický kód je systém na zaznamenávanie informácií o sekvencii aminokyselín v proteínoch pomocou sekvencie nukleotidov v messenger RNA. Aká dôležitá je sekvencia rovnakých prvkov (štyri nukleotidy v RNA) pre pochopenie a zachovanie významu informácie, možno vidieť na jednoduchom príklade: preskupením písmen v kóde slova dostaneme slovo s iným významom - doc. Aké sú vlastnosti genetického kódu?

1. Kód je trojitý. RNA pozostáva zo 4 nukleotidov: A, G, C, U. Ak by sme sa pokúsili označiť jednu aminokyselinu jedným nukleotidom, potom by 16 z 20 aminokyselín zostalo nezašifrovaných. Dvojpísmenový kód by kódoval 16 aminokyselín (zo štyroch nukleotidov možno vytvoriť 16 rôznych kombinácií, z ktorých každá má dva nukleotidy). Príroda vytvorila trojpísmenový alebo trojmiestny kód. To znamená, že každá z 20 aminokyselín je kódovaná sekvenciou troch nukleotidov nazývaných triplet alebo kodón. Zo 4 nukleotidov môžete vytvoriť 64 rôznych kombinácií po 3 nukleotidoch (4*4*4=64). To je viac ako dosť na kódovanie 20 aminokyselín a zdá sa, že 44 kodónov je nadbytočných. Avšak nie je.

2. Kód je zdegenerovaný. To znamená, že každá aminokyselina je kódovaná viac ako jedným kodónom (dva až šesť). Výnimkou sú aminokyseliny metionín a tryptofán, z ktorých každá je kódovaná len jedným tripletom. (To je vidieť z tabuľky genetického kódu.) To, že metionín je zakódovaný jedným tripletom OUT, má zvláštny význam, ktorý vám bude zrejmý neskôr (16).

3. Kód je jednoznačný. Každý kodón kóduje iba jednu aminokyselinu. U všetkých zdravých ľudí v géne, ktorý nesie informáciu o reťazci hemoglobínu beta, triplete GAA alebo GAG, kóduje ja, ktorý je na šiestom mieste, kyselinu glutámovú. U pacientov s kosáčikovitou anémiou je druhý nukleotid v tomto triplete nahradený U. Ako je zrejmé z tabuľky, triplety GUA alebo GUG, ktoré sa v tomto prípade tvoria, kódujú aminokyselinu valín. K čomu takáto výmena vedie, už viete z časti o DNA.

4. Medzi génmi sú „interpunkčné znamienka“. V tlačenom texte je na konci každej frázy bodka. Niekoľko súvisiacich fráz tvorí odsek. V reči genetickej informácie je takýmto odsekom operón a jeho komplementárna mRNA. Každý gén v operóne kóduje jeden polypeptidový reťazec – frázu. Pretože v mnohých prípadoch sa pozdĺž templátu mRNA postupne vytvorí niekoľko rôznych polypeptidových reťazcov, musia byť od seba oddelené. Na tento účel existujú v genetickom kóde tri špeciálne triplety - UAA, UAG, UGA, z ktorých každý naznačuje zastavenie syntézy jedného polypeptidového reťazca. Tieto trojčatá teda plnia funkciu interpunkčných znamienok. Sú na konci každého génu. Vo vnútri génu nie sú žiadne „interpunkčné znamienka“. Keďže genetický kód je ako jazyk, analyzujme túto vlastnosť na príklade takejto frázy zloženej z trojíc: mačka žila ticho, tá mačka sa na mňa hnevala. Význam napísaného je jasný, napriek absencii "interpunkčných znamienok. Ak odstránime jedno písmeno v prvom slove (jeden nukleotid v géne), ale čítame aj v trojitých písmenách, potom dostaneme nezmysel: ilb ylk ott ihb yls yls erm ilm žiadny otk z nenastane, keď v géne chýba jeden alebo dva nukleotidy. Proteín, ktorý sa načíta z takto poškodeného génu, nebude mať nič spoločné s proteínom, ktorý bol kódovaný normálnym génom.

6. Kód je univerzálny. Genetický kód je rovnaký pre všetky tvory žijúce na Zemi. V baktériách a hubách, pšenici a bavlne, rybách a červoch, žabách a ľuďoch kódujú rovnaké triplety rovnaké aminokyseliny.

GENETICKÝ KÓD(grécky, genetikos odkazujúci na pôvod; syn.: kód, biologický kód, kód aminokyseliny, kód proteínu, kód nukleovej kyseliny) - systém na zaznamenávanie dedičnej informácie v molekulách nukleových kyselín zvierat, rastlín, baktérií a vírusov striedaním sekvencie nukleotidov.

Genetická informácia (obr.) z bunky do bunky, z generácie na generáciu, s výnimkou vírusov obsahujúcich RNA, sa prenáša reduplikáciou molekúl DNA (pozri Replikácia). Implementácia dedičnej informácie DNA do procesu bunkového života sa uskutočňuje prostredníctvom 3 typov RNA: informačnej (mRNA alebo mRNA), ribozomálnej (rRNA) a transportnej (tRNA), ktoré sú syntetizované na DNA ako na matrici pomocou RNA. enzým polymeráza. Sekvencia nukleotidov v molekule DNA zároveň jednoznačne určuje sekvenciu nukleotidov vo všetkých troch typoch RNA (pozri Transkripcia). Informáciu génu (pozri) kódujúceho proteínovú molekulu nesie iba mRNA. Konečným produktom implementácie dedičnej informácie je syntéza proteínových molekúl, ktorých špecifickosť je určená sekvenciou ich aminokyselín (pozri Preklad).

Keďže v DNA alebo RNA sú prítomné iba 4 rôzne dusíkaté bázy [v DNA - adenín (A), tymín (T), guanín (G), cytozín (C); v RNA - adenín (A), uracil (U), cytozín (C), guanín (G)], ktorých sekvencia určuje poradie 20 aminokyselín v proteíne, problém G. to., t.j. problém prekladu 4-písmenovej abecedy nukleových kyselín do 20-písmenovej abecedy polypeptidov.

Prvýkrát myšlienku matricovej syntézy proteínových molekúl so správnou predikciou vlastností hypotetickej matrice sformuloval N. K. Koltsov v roku 1928. V roku 1944 Avery a kol. zistili, že za prenos sú zodpovedné molekuly DNA. dedičných znakov počas transformácie u pneumokokov . V roku 1948 E. Chargaff ukázal, že vo všetkých molekulách DNA existuje kvantitatívna rovnosť zodpovedajúcich nukleotidov (A-T, G-C). V roku 1953 F. Crick, J. Watson a Wilkins (M. H. F. Wilkins), na základe tohto pravidla a údajov z röntgenovej difrakčnej analýzy (pozri), dospeli k záveru, že molekula DNA je dvojitá špirála pozostávajúca z dvoch polynukleotidov. vlákna spojené vodíkovými väzbami. Navyše iba T môže byť lokalizované proti A jedného reťazca v druhom a iba C proti G. Táto komplementarita vedie k tomu, že nukleotidová sekvencia jedného reťazca jednoznačne určuje sekvenciu druhého reťazca. Druhý významný záver, ktorý vyplýva z tohto modelu, je, že molekula DNA je schopná samoreprodukcie.

V roku 1954 G. Gamow sformuloval G. problém do jeho modernej podoby. V roku 1957 F. Crick vyjadril hypotézu o adaptéri, pričom predpokladal, že aminokyseliny interagujú s nukleovou kyselinou nie priamo, ale prostredníctvom sprostredkovateľov (teraz známych ako tRNA). V nasledujúcich rokoch boli experimentálne potvrdené všetky hlavné väzby vo všeobecnej schéme prenosu genetickej informácie, pôvodne hypotetické. V roku 1957 boli objavené mRNA [A. S. Spirin, A. N. Belozersky a kol.; Folkin a Astrakhan (E. Volkin, L. Astrachan)] a tRNA [Hoagland (M. V. Hoagland)]; v roku 1960 bola DNA syntetizovaná mimo bunky pomocou existujúcich makromolekúl DNA ako templátu (A. Kornberg) a bola objavená DNA-dependentná syntéza RNA [Weiss (S. V. Weiss) et al.]. V roku 1961 bol vytvorený bezbunkový systém, v ktorom boli v prítomnosti prirodzenej RNA alebo syntetických polyribonukleotidov syntetizované látky podobné proteínom [M. Nirenberg a Matthaei (J. H. Matthaei)]. Problém poznania G. to. spočíval v štúdiu všeobecných vlastností kódu a jeho vlastne dešifrovaní, teda zistení, ktoré kombinácie nukleotidov (kodónov) kódujú určité aminokyseliny.

Všeobecné vlastnosti kódu boli objasnené bez ohľadu na jeho dekódovanie a hlavne pred ním analýzou molekulárnych vzorcov tvorby mutácií (F. Crick a kol., 1961; N. V. Luchnik, 1963). Došli k tomuto:

1. Kód je univerzálny, teda identický, aspoň v podstate, pre všetky živé bytosti.

2. Kód je triplet, to znamená, že každá aminokyselina je kódovaná trojicou nukleotidov.

3. Kód sa neprekrýva, t.j. daný nukleotid nemôže byť súčasťou viac ako jedného kodónu.

4. Kód je degenerovaný, to znamená, že jedna aminokyselina môže byť kódovaná niekoľkými tripletmi.

5. Informácie o primárnej štruktúre proteínu sa čítajú z mRNA postupne, začínajúc od pevného bodu.

6. Väčšina možných tripletov má „význam“, teda kódujú aminokyseliny.

7. Z troch „písmen“ kodónu majú primárny význam iba dve (obligátne), zatiaľ čo tretie (voliteľné) nesie oveľa menej informácií.

Priame dekódovanie kódu by spočívalo v porovnaní nukleotidovej sekvencie v štruktúrnom géne (alebo na ňom syntetizovanej mRNA) s aminokyselinovou sekvenciou v zodpovedajúcom proteíne. Tento spôsob je však stále technicky nemožný. Boli použité ďalšie dva spôsoby: syntéza proteínov v bezbunkovom systéme s použitím umelých polyribonukleotidov známeho zloženia ako matrice a analýza molekulárnych vzorcov tvorby mutácií (pozri). Prvý priniesol pozitívne výsledky skôr a historicky zohral veľkú úlohu pri rozlúštení G. to.

V roku 1961 M. Nirenberg a Mattei použili ako matricu homopolymér - syntetickú polyuridylovú kyselinu (t.j. umelú RNA v zložení UUUU ...) a dostali polyfenylalanín. Z toho vyplýva, že kodón fenylalanínu pozostáva z niekoľkých U, t.j. v prípade tripletového kódu znamená UUU. Neskôr boli spolu s homopolymérmi použité polyribonukleotidy pozostávajúce z rôznych nukleotidov. V tomto prípade bolo známe len zloženie polymérov, pričom usporiadanie nukleotidov v nich bolo štatistické, a preto analýza výsledkov bola štatistická a poskytovala nepriame závery. Pomerne rýchlo sa nám podarilo nájsť aspoň jeden triplet pre všetkých 20 aminokyselín. Ukázalo sa, že prítomnosť organických rozpúšťadiel, zmeny pH alebo teploty, niektoré katióny a najmä antibiotiká spôsobujú, že kód je nejednoznačný: rovnaké kodóny začnú stimulovať inklúziu iných aminokyselín, v niektorých prípadoch jeden kodón začal kódovať až štyri rôzne aminokyseliny. Streptomycín ovplyvnil čítanie informácií v bezbunkových systémoch aj in vivo a bol účinný len na bakteriálne kmene citlivé na streptomycín. V kmeňoch závislých od streptomycínu „opravil“ čítanie z kodónov, ktoré sa zmenili v dôsledku mutácie. Podobné výsledky dali dôvod pochybovať o správnosti dekódovania G. pomocou bezbunkového systému; bolo potrebné potvrdenie, a to predovšetkým údajmi in vivo.

Hlavné údaje o G. to. in vivo boli získané analýzou aminokyselinového zloženia proteínov v organizmoch ošetrených mutagénmi (pozri) so známym mechanizmom účinku, napríklad dusíkatý to-one, ktorý spôsobuje nahradenie C U a A po D. Užitočné informácie poskytuje aj rozbor mutácií spôsobených nešpecifickými mutagénmi, porovnanie rozdielov v primárnej štruktúre príbuzných proteínov u rôznych druhov, korelácia medzi zložením DNA a proteínov atď.

Dekódovanie G. na základe údajov in vivo a in vitro poskytlo zhodné výsledky. Neskôr boli vyvinuté tri ďalšie metódy na dešifrovanie kódu v bezbunkových systémoch: väzba aminoacyl-tRNA (t. j. tRNA s pripojenou aktivovanou aminokyselinou) s trinukleotidmi známeho zloženia (M. Nirenberg et al., 1965), väzba aminoacyl-tRNA s polynukleotidmi počnúc určitým tripletom (Mattei et al., 1966) a použitie polymérov ako mRNA, v ktorých je známe nielen zloženie, ale aj poradie nukleotidov (X. Korana et al. ., 1965). Všetky tri metódy sa navzájom dopĺňajú a výsledky sú v súlade s údajmi získanými v experimentoch in vivo.

V 70. rokoch. 20. storočie existovali metódy obzvlášť spoľahlivej kontroly výsledkov dekódovania G. to. Je známe, že mutácie vznikajúce vplyvom proflavínu spočívajú v strate alebo inzercii samostatných nukleotidov, čo vedie k posunu čítacieho rámca. Vo fágu T4 bolo proflavínom indukovaných množstvo mutácií, pri ktorých sa zmenilo zloženie lyzozýmu. Toto zloženie sa analyzovalo a porovnalo s tými kodónmi, ktoré by sa mali získať posunom v čítacom rámci. Bol tam kompletný zápas. Okrem toho táto metóda umožnila stanoviť, ktoré triplety degenerovaného kódu kódujú každú z aminokyselín. V roku 1970 sa Adamsovi (J. M. Adamsovi) a jeho spolupracovníkom podarilo čiastočne dešifrovať G. to. priamou metódou: vo fágu R17 bola stanovená sekvencia báz vo fragmente s dĺžkou 57 nukleotidov a porovnaná so sekvenciou aminokyselín jeho obalový proteín. Výsledky boli úplne v súlade s výsledkami získanými menej priamymi metódami. Takto je kód dešifrovaný úplne a správne.

Výsledky dekódovania sú zhrnuté v tabuľke. Uvádza zloženie kodónov a RNA. Zloženie antikodónov tRNA je komplementárne ku kodónom mRNA, t.j. namiesto U obsahujú A, namiesto A - U, namiesto C - G a namiesto G - C, a zodpovedá kodónom štruktúrneho génu (tohto vlákna DNA, pomocou ktorej sa čítajú informácie), len s tým rozdielom, že uracil zaberá miesto tymínu. Zo 64 tripletov, ktoré môžu byť vytvorené kombináciou 4 nukleotidov, 61 má "sense", t.j. kóduje aminokyseliny, a 3 sú "nezmyselné" (bez významu). Medzi zložením trojíc a ich významom je pomerne jasný vzťah, ktorý sa zistil aj pri analýze všeobecných vlastností kódu. V niektorých prípadoch sú triplety kódujúce špecifickú aminokyselinu (napr. prolín, alanín) charakterizované skutočnosťou, že prvé dva nukleotidy (obligátne) sú rovnaké a tretí (voliteľný) môže byť čokoľvek. V iných prípadoch (pri kódovaní napr. asparagínu, glutamínu) majú dva podobné triplety rovnaký význam, v ktorých sa prvé dva nukleotidy zhodujú a ktorýkoľvek purín alebo akýkoľvek pyrimidín nahrádza tretí.

Nezmyselné kodóny, z ktorých 2 majú špeciálne názvy zodpovedajúce označeniu fágových mutantov (UAA-okrová, UAG-jantárová, UGA-opálová), hoci nekódujú žiadne aminokyseliny, majú veľký význam pri čítaní informácií, kódujúcich tzv. koniec polypeptidového reťazca.

Informácie sa čítajú v smere od 5 1 -> 3 1 - ku koncu nukleotidového reťazca (pozri Deoxyribonukleové kyseliny). V tomto prípade syntéza proteínov postupuje od aminokyseliny s voľnou aminoskupinou k aminokyseline s voľnou karboxylovou skupinou. Začiatok syntézy je kódovaný tripletmi AUG a GUG, ktoré v tomto prípade zahŕňajú špecifickú východiskovú aminoacyl-tRNA, konkrétne N-formylmetionyl-tRNA. Rovnaké triplety, keď sú lokalizované v rámci reťazca, kódujú metionín a valín. Nejednoznačnosť odstraňuje fakt, že začiatku čítania predchádza nezmysel. Existuje dôkaz, že hranica medzi oblasťami mRNA kódujúcimi rôzne proteíny pozostáva z viac ako dvoch tripletov a že sekundárna štruktúra RNA sa v týchto miestach mení; tento problém je predmetom vyšetrovania. Ak sa v štrukturálnom géne vyskytne nezmyselný kodón, potom sa zodpovedajúci proteín vytvorí iba po umiestnenie tohto kodónu.

Objav a dekódovanie genetického kódu - vynikajúci úspech molekulárnej biológie - malo dopad na všetky biologické vedy, v niektorých prípadoch položilo základ pre vývoj špeciálnych veľkých sekcií (pozri Molekulárna genetika). Otvárací účinok G. a výskumy s ním spojené porovnávajú s účinkom, ktorý na biologické vedy vyvolala Darwinova teória.

Univerzálnosť G. to. je priamym dôkazom univerzálnosti základných molekulárnych mechanizmov života u všetkých predstaviteľov organického sveta. Medzitým veľké rozdiely vo funkciách genetického aparátu a jeho štruktúre pri prechode z prokaryotov na eukaryoty a z jednobunkových na mnohobunkové sú pravdepodobne spojené s molekulárnymi rozdielmi, ktorých štúdium je jednou z úloh budúcnosti. Keďže výskum G. je len záležitosťou posledných rokov, význam získaných výsledkov pre praktickú medicínu je len nepriamy, umožňujúci zatiaľ pochopiť podstatu chorôb, mechanizmus účinku patogénov a liečivých látok. Objav takých javov, ako je transformácia (pozri), transdukcia (pozri), potlačenie (pozri), však naznačuje zásadnú možnosť nápravy patologicky zmenenej dedičnej informácie alebo jej korekcie – tzv. genetické inžinierstvo (pozri).

Tabuľka. GENETICKÝ KÓD

Prvý nukleotid kodónu	Druhý nukleotid kodónu								Po tretie, kodónový nukleotid
		fenylalanín
						J Nezmysel
								tryptofán
						histidín
						Kyselina glutámová
		izoleucín				Aspartát
		metionín
						Asparagín
						Glutamín

* Kóduje koniec reťazca.

** Kóduje aj začiatok reťazca.

Bibliografia: Ichas M. Biologický kód, prekl. z angličtiny, M., 1971; Archer N.B. Biofyzika cytogenetických porúch a genetický kód, L., 1968; Molekulárna genetika, trans. z angličtiny, vyd. A. N. Belozersky, časť 1, M., 1964; Nukleové kyseliny, trans. z angličtiny, vyd. A. N. Belozersky, Moskva, 1965. Watson JD Molekulárna biológia génu, trans. z angličtiny, M., 1967; Fyziologická genetika, ed. M. E. Lobasheva S.G., Inge-Vechtoma-va, L., 1976, bibliogr.; Desoxyribonucleins&ure, Schlttssel des Lebens, hrsg. v „E. Geissler, B., 1972; Genetický kód, Gold Spr. Harb. Symp. kvant. Biol., v. 31, 1966; W o e s e C. R. Genetický kód, N. Y. a. o., 1967.

Genetický kód je spôsob kódovania sekvencie aminokyselín v molekule proteínu pomocou sekvencie nukleotidov v molekule nukleovej kyseliny. Vlastnosti genetického kódu vyplývajú zo znakov tohto kódovania.

Každá aminokyselina proteínu je spojená s tromi po sebe nasledujúcimi nukleotidmi nukleových kyselín - trojčatá, alebo kodón. Každý z nukleotidov môže obsahovať jednu zo štyroch dusíkatých báz. V RNA sú to adenín (A), uracil (U), guanín (G), cytozín (C). Rôznym kombinovaním dusíkatých báz (v tomto prípade nukleotidov, ktoré ich obsahujú) môžete získať mnoho rôznych tripletov: AAA, GAU, UCC, GCA, AUC atď. Celkový počet možných kombinácií je 64, t.j. 43.

Bielkoviny živých organizmov obsahujú asi 20 aminokyselín. Ak by si príroda „vymyslela“ kódovanie každej aminokyseliny nie tromi, ale dvoma nukleotidmi, potom by rôznorodosť takýchto párov nestačila, keďže by ich bolo len 16, t.j. 42.

Touto cestou, hlavnou vlastnosťou genetického kódu je jeho triplet. Každá aminokyselina je kódovaná trojicou nukleotidov.

Keďže existuje podstatne viac možných rôznych tripletov ako aminokyselín používaných v biologických molekulách, takáto vlastnosť napr nadbytok genetický kód. Mnoho aminokyselín začalo byť kódovaných nie jedným kodónom, ale niekoľkými. Napríklad aminokyselina glycín je kódovaná štyrmi rôznymi kodónmi: GGU, GGC, GGA, GGG. Redundancia je tiež tzv degenerácia.

Korešpondencia medzi aminokyselinami a kodónmi sa odráža vo forme tabuliek. Napríklad tieto:

Vo vzťahu k nukleotidom má genetický kód nasledujúcu vlastnosť: jedinečnosť(alebo špecifickosť): každý kodón zodpovedá len jednej aminokyseline. Napríklad kodón GGU môže kódovať iba glycín a žiadnu inú aminokyselinu.

Opäť. Redundancia je o tom, že niekoľko tripletov môže kódovať rovnakú aminokyselinu. Špecifickosť – Každý špecifický kodón môže kódovať iba jednu aminokyselinu.

V genetickom kóde nie sú žiadne špeciálne interpunkčné znamienka (okrem stop kodónov, ktoré označujú koniec syntézy polypeptidu). Funkciu interpunkčných znamienok plnia samotné trojičky – koniec jednej znamená, že ďalšia začne ďalšia. To znamená nasledujúce dve vlastnosti genetického kódu: kontinuita a neprekrývajúce sa. Kontinuita sa chápe ako čítanie trojíc bezprostredne po sebe. Neprekrývanie znamená, že každý nukleotid môže byť súčasťou iba jedného tripletu. Takže prvý nukleotid nasledujúceho tripletu vždy nasleduje po treťom nukleotide predchádzajúceho tripletu. Kodón nemôže začínať na druhom alebo treťom nukleotide predchádzajúceho kodónu. Inými slovami, kód sa neprekrýva.

Genetický kód má vlastnosť univerzálnosť. Je to rovnaké pre všetky organizmy na Zemi, čo naznačuje jednotu pôvodu života. V tomto existujú veľmi zriedkavé výnimky. Napríklad niektoré triplety mitochondrií a chloroplastov kódujú aminokyseliny iné, než sú ich obvyklé. To môže naznačovať, že na úsvite vývoja života existovali mierne odlišné variácie genetického kódu.

Napokon, genetický kód má odolnosť proti hluku, ktorá je dôsledkom jej vlastníctva ako nadbytočnosti. Bodové mutácie, ktoré sa niekedy vyskytujú v DNA, zvyčajne vedú k nahradeniu jednej dusíkatej bázy inou. Tým sa zmení triplet. Napríklad to bolo AAA, po mutácii sa z neho stalo AAG. Takéto zmeny však nie vždy vedú k zmene aminokyseliny v syntetizovanom polypeptide, pretože obidva triplety môžu vzhľadom na vlastnosť redundancie genetického kódu zodpovedať jednej aminokyseline. Vzhľadom na to, že mutácie sú častejšie škodlivé, je užitočná vlastnosť odolnosti voči hluku.

Genetický alebo biologický kód je jednou z univerzálnych vlastností živej prírody, ktorá dokazuje jednotu jej pôvodu. Genetický kód- ide o metódu kódovania aminokyselinovej sekvencie polypeptidu pomocou nukleotidovej sekvencie nukleovej kyseliny (informatívna RNA alebo komplementárna časť DNA, na ktorej sa syntetizuje mRNA).

Existujú aj iné definície.

Genetický kód- toto je zhoda s každou aminokyselinou (ktorá je súčasťou živých bielkovín) určitej sekvencie troch nukleotidov. Genetický kód je vzťah medzi bázami nukleových kyselín a proteínovými aminokyselinami.

Vo vedeckej literatúre sa genetický kód nechápe ako sekvencia nukleotidov v DNA akéhokoľvek organizmu, ktorá určuje jeho individualitu.

Je nesprávne predpokladať, že jeden organizmus alebo druh má jeden kód a iný iný. Genetický kód je spôsob, akým sú aminokyseliny kódované nukleotidmi (t. j. princíp, mechanizmus); je univerzálny pre všetko živé, rovnaký pre všetky organizmy.

Preto je nesprávne povedať napríklad „Genetický kód človeka“ alebo „Genetický kód organizmu“, ktorý sa často používa v takmer vedeckej literatúre a filmoch.

V týchto prípadoch máme väčšinou na mysli genóm človeka, organizmu atď.

Rozmanitosť živých organizmov a charakteristika ich životnej činnosti je primárne spôsobená rozmanitosťou bielkovín.

Špecifická štruktúra proteínu je určená poradím a množstvom rôznych aminokyselín, ktoré tvoria jeho zloženie. Aminokyselinová sekvencia peptidu je zakódovaná v DNA pomocou biologického kódu. Z hľadiska diverzity súboru monomérov je DNA primitívnejšia molekula ako peptid. DNA je rôzna alternácia iba štyroch nukleotidov. To už dlho bránilo výskumníkom považovať DNA za materiál dedičnosti.

Ako sú aminokyseliny kódované nukleotidmi

1) Nukleové kyseliny (DNA a RNA) sú polyméry tvorené nukleotidmi.

Každý nukleotid môže obsahovať jednu zo štyroch dusíkatých báz: adenín (A, en: A), guanín (G, G), cytozín (C, en: C), tymín (T, en: T). V prípade RNA je tymín nahradený uracilom (Y, U).

Pri zvažovaní genetického kódu sa berú do úvahy iba dusíkaté bázy.

Potom môže byť reťazec DNA reprezentovaný ako ich lineárna sekvencia. Napríklad:

Oblasť mRNA komplementárna k tomuto kódu bude nasledovná:

2) Proteíny (polypeptidy) sú polyméry pozostávajúce z aminokyselín.

V živých organizmoch sa na stavbu polypeptidov používa 20 aminokyselín (niekoľko ďalších je veľmi vzácnych). Na ich označenie možno použiť aj jedno písmeno (hoci častejšie sa používajú tri - skratka pre názov aminokyseliny).

Aminokyseliny v polypeptide sú tiež lineárne spojené peptidovou väzbou. Predpokladajme napríklad, že existuje oblasť proteínu s nasledujúcou sekvenciou aminokyselín (každá aminokyselina je označená jedným písmenom):

3) Ak je úlohou zakódovať každú aminokyselinu pomocou nukleotidov, potom sa scvrkáva na to, ako zakódovať 20 písmen pomocou 4 písmen.

Dá sa to urobiť priraďovaním písmen 20-písmenovej abecedy k slovám zloženým z niekoľkých písmen 4-písmenovej abecedy.

Ak je jedna aminokyselina kódovaná jedným nukleotidom, potom môžu byť kódované iba štyri aminokyseliny.

Ak sa každá aminokyselina zhoduje s dvoma po sebe idúcimi nukleotidmi v reťazci RNA, potom môže byť kódovaných šestnásť aminokyselín.

V skutočnosti, ak existujú štyri písmená (A, U, G, C), počet ich rôznych párových kombinácií bude 16: (AU, UA), (AG, GA), (AC, CA), (UG, GU), (UC, CU), (GC, CG), (AA, UU, GG, CC).

[Zátvorky sa používajú na uľahčenie vnímania.] To znamená, že iba 16 rôznych aminokyselín môže byť kódovaných takýmto kódom (dvojpísmenové slovo): každá bude mať svoje vlastné slovo (dva po sebe idúce nukleotidy).

Z matematiky vyzerá vzorec na určenie počtu kombinácií takto: ab = n.

Tu n je počet rôznych kombinácií, a je počet písmen abecedy (alebo základ číselnej sústavy), b je počet písmen v slove (alebo číslic v čísle). Ak do tohto vzorca dosadíme 4-písmenovú abecedu a slová pozostávajúce z dvoch písmen, dostaneme 42 = 16.

Ak sa ako kódové slovo pre každú aminokyselinu použijú tri po sebe idúce nukleotidy, potom je možné zakódovať 43 = 64 rôznych aminokyselín, pretože 64 rôznych kombinácií môže byť vytvorených zo štyroch písmen zaradených do troch (napríklad AUG, GAA, CAU, GGU atď.).

d.). To je už viac než dosť na kódovanie 20 aminokyselín.

presne tak v genetickom kóde sa používa trojpísmenový kód. Nazývajú sa tri po sebe idúce nukleotidy, ktoré kódujú rovnakú aminokyselinu trojčatá(alebo kodón).

Každá aminokyselina je spojená so špecifickým tripletom nukleotidov.

Okrem toho, keďže kombinácie tripletov prekrývajú počet aminokyselín, mnohé aminokyseliny sú kódované viacerými tripletmi.

Tri triplety nekódujú žiadnu z aminokyselín (UAA, UAG, UGA).

Označujú koniec vysielania a sú volané stop kodóny(alebo nezmyselné kodóny).

Triplet AUG kóduje nielen aminokyselinu metionín, ale iniciuje aj transláciu (hrá úlohu štartovacieho kodónu).

Nižšie sú uvedené tabuľky zhody aminokyselín s nukleotidovými tripletmi.

Podľa prvej tabuľky je vhodné určiť zodpovedajúcu aminokyselinu z daného tripletu. Pre druhú - pre danú aminokyselinu, jej zodpovedajúce triplety.

Zvážte príklad implementácie genetického kódu. Nech existuje mRNA s nasledujúcim obsahom:

Rozdeľme postupnosť nukleotidov na trojice:

Porovnajme každý triplet s aminokyselinou polypeptidu, ktorý je ním kódovaný:

Metionín - Kyselina asparágová - Serín - Treonín - Tryptofán - Leucín - Leucín - Lyzín - Asparagín - Glutamín

Posledný triplet je stop kodón.

Vlastnosti genetického kódu

Vlastnosti genetického kódu sú do značnej miery dôsledkom spôsobu kódovania aminokyselín.

Prvou a zrejmou vlastnosťou je trojnásobnosť.

Rozumie sa tým skutočnosť, že kódovou jednotkou je sekvencia troch nukleotidov.

Dôležitou vlastnosťou genetického kódu je jeho neprekrývajúce sa. Nukleotid zahrnutý v jednom triplete nemôže byť zahrnutý v inom.

To znamená, že sekvenciu AGUGAA možno čítať len ako AGU-GAA, ale nie napríklad takto: AGU-GUG-GAA. To znamená, že ak je pár GU zahrnutý do jedného tripletu, nemôže byť už integrálnou súčasťou iného.

Pod jedinečnosť Genetický kód chápe, že každý triplet zodpovedá iba jednej aminokyseline.

Napríklad triplet AGU kóduje aminokyselinu serín a žiadnu inú aminokyselinu.

Genetický kód

Tento triplet jednoznačne zodpovedá iba jednej aminokyseline.

Na druhej strane, jednej aminokyseline môže zodpovedať niekoľko tripletov. Napríklad rovnaký serín okrem AGU zodpovedá kodónu AGC. Táto vlastnosť je tzv degenerácia genetický kód.

Degenerácia vám umožňuje ponechať veľa mutácií neškodných, pretože nahradenie jedného nukleotidu v DNA často nevedie k zmene hodnoty tripletu. Ak sa pozriete pozorne na tabuľku zhody aminokyselín s tripletmi, môžete vidieť, že ak je aminokyselina kódovaná niekoľkými tripletmi, potom sa často líšia v poslednom nukleotide, to znamená, že to môže byť čokoľvek.

Zaznamenávajú sa aj niektoré ďalšie vlastnosti genetického kódu (kontinuita, odolnosť voči šumu, univerzálnosť atď.).

Stabilita ako prispôsobenie rastlín podmienkam existencie. Hlavné reakcie rastlín na pôsobenie nepriaznivých faktorov.

Odolnosť rastlín je schopnosť odolávať účinkom extrémnych environmentálnych faktorov (sucho pôdy a vzduchu).

Jednoznačnosť kódu ge-not-ti-che-th sa prejavuje v tom, že

Táto vlastnosť bola vyvinutá v procese evolúcie a je geneticky fixovaná. V oblastiach s nepriaznivými podmienkami sa vytvorili stabilné dekoratívne formy a miestne odrody kultúrnych rastlín - odolné voči suchu. Konkrétna úroveň rezistencie, ktorá je vlastná rastlinám, sa odhalí iba pri pôsobení extrémnych environmentálnych faktorov.

V dôsledku nástupu takéhoto faktora začína fáza podráždenia - prudká odchýlka od normy množstva fyziologických parametrov a ich rýchly návrat do normálu. Vtedy dochádza k zmene intenzity metabolizmu a poškodeniu vnútrobunkových štruktúr. Zároveň sa potláčajú všetky syntetické, aktivujú sa všetky hydrolytické a znižuje sa celková energetická zásoba organizmu. Ak účinok faktora nepresiahne prahovú hodnotu, začína sa adaptačná fáza.

Adaptovaná rastlina menej reaguje na opakované alebo zvyšujúce sa vystavenie extrémnym faktorom. Na organizačnej úrovni sa k mechanizmom adaptácie pridáva interakcia m / y orgánov. Oslabenie toku vody, minerálnych a organických zlúčenín cez rastlinu zintenzívni konkurenciu medzi orgánmi a ich rast sa zastaví.

Stanovená bioodolnosť v rastlinách. max je hodnota extrémneho faktora, pri ktorom rastliny ešte tvoria životaschopné semená. Agronomická udržateľnosť je určená stupňom zníženia výnosov. Rastliny sa vyznačujú odolnosťou voči špecifickému typu extrémneho faktora – prezimovaniu, plynovzdornosti, soli, suchu.

Typ škrkavky, na rozdiel od plochých červov, má primárnu telovú dutinu - schizokélu, ktorá vzniká v dôsledku deštrukcie parenchýmu, ktorý vypĺňa medzery medzi stenou tela a vnútornými orgánmi - jej funkciou je transport.

Udržuje homeostázu. Tvar tela je okrúhly v priemere. Koža je kutikularizovaná. Svalstvo predstavuje vrstva pozdĺžnych svalov. Črevo je od konca po koniec a pozostáva z 3 častí: prednej, strednej a zadnej. Ústny otvor sa nachádza na ventrálnom povrchu predného konca tela. Hltan má charakteristický trojuholníkový lúmen. Vylučovací systém je reprezentovaný protonefrídiami alebo špeciálnou kožou - hypodermálnymi žľazami. Väčšina druhov je dvojdomá, s iba pohlavným rozmnožovaním.

Vývoj je priamy, zriedkavo s metamorfózou. Majú konštantné bunkové zloženie tela a chýba im schopnosť regenerácie. Predné črevo pozostáva z ústnej dutiny, hltana a pažeráka.

Nemajú strednú ani zadnú časť. Vylučovací systém pozostáva z 1-2 obrovských buniek podkožia. Pozdĺžne vylučovacie kanály ležia v bočných hrebeňoch hypodermis.

Vlastnosti genetického kódu. Dôkazy trojitého kódu. Dešifrovanie kodónov. Terminačné kodóny. Koncept genetickej supresie.

Myšlienku, že informácia je zakódovaná v géne v primárnej štruktúre proteínu, špecifikoval F.

Crick vo svojej sekvenčnej hypotéze, podľa ktorej sekvencia génových prvkov určuje poradie aminokyselinových zvyškov v polypeptidovom reťazci. Platnosť sekvenčnej hypotézy dokazuje kolinearita štruktúr génu a ním kódovaného polypeptidu. Najvýznamnejším úspechom roku 1953 bola myšlienka, že. Že kód je s najväčšou pravdepodobnosťou trojitý.

; Páry báz DNA: A-T, T-A, G-C, C-G - môžu kódovať iba 4 aminokyseliny, ak každý pár zodpovedá jednej aminokyseline. Ako viete, v bielkovinách je 20 základných aminokyselín. Ak predpokladáme, že každá aminokyselina zodpovedá 2 párom báz, potom je možné zakódovať 16 aminokyselín (4 * 4) - to opäť nestačí.

Ak je kód triplet, potom možno zo 4 párov báz vytvoriť 64 kodónov (4 * 4 * 4), čo je viac než dosť na kódovanie 20 aminokyselín. Creek a jeho spolupracovníci predpokladali, že kód je trojitý, že medzi kodónmi nie sú žiadne „čiarky“, t. j. oddeľujúce znaky; čítanie kódu v géne prebieha z pevného bodu v jednom smere. V lete 1961 Kirenberg a Mattei informovali o dešifrovaní prvého kodónu a navrhli metódu na určenie zloženia kodónov v bezbunkovom systéme syntézy proteínov.

Takže kodón pre fenylalanín bol dešifrovaný ako UUU v mRNA. Ďalej, v dôsledku aplikácie metód vyvinutých Koránom, Nirenbergom a Lederom v roku 1965.

bol zostavený kódový slovník v jeho modernej podobe. Takže získanie mutácií vo fágoch T4 spôsobených deléciou alebo adíciou báz bolo dôkazom tripletového kódu (vlastnosť 1). Tieto výpadky a pridania, ktoré viedli k posunom snímok pri „čítaní“ kódu, boli eliminované iba obnovením správnosti kódu, čím sa zabránilo výskytu mutantov. Tieto experimenty tiež ukázali, že triplety sa neprekrývajú, t.j. každá báza môže patriť len jednému tripletu (vlastnosť 2).

Väčšina aminokyselín má viac ako jeden kodón. Kód, v ktorom je počet aminokyselín menší ako počet kodónov, sa nazýva degenerovaný (vlastnosť 3), t.j.

daná aminokyselina môže byť kódovaná viac ako jedným tripletom. Okrem toho tri kodóny nekódujú vôbec žiadnu aminokyselinu („nezmyselné kodóny“) a fungujú ako „stop signál“. Stop kodón je koncovým bodom funkčnej jednotky DNA, cistrónu. Terminačné kodóny sú rovnaké u všetkých druhov a sú reprezentované ako UAA, UAG, UGA. Pozoruhodnou vlastnosťou kódu je, že je univerzálny (vlastnosť 4).

Vo všetkých živých organizmoch rovnaké triplety kódujú rovnaké aminokyseliny.

Existencia troch typov mutantných kodónov - terminátorov a ich potlačenie boli preukázané v E. coli a kvasinkách. Objav génov – supresorov, „pochopenie“ nezmyslov – alel rôznych génov, naznačuje, že translácia genetického kódu sa môže zmeniť.

Mutácie ovplyvňujúce antikodón tRNA menia svoju kodónovú špecifickosť a vytvárajú príležitosť na potlačenie mutácií na translačnej úrovni. K potlačeniu na úrovni translácie môže dôjsť v dôsledku mutácií v génoch kódujúcich niektoré ribozómové proteíny. V dôsledku týchto mutácií sa ribozóm „pomýli“ napríklad pri čítaní nezmyselných kodónov a „rozumie“ im na úkor niektorých nemutovaných tRNA. Spolu s genotypovou supresiou pôsobiacou na úrovni translácie je možná aj fenotypová supresia nezmyselných alel: s poklesom teploty, s pôsobením aminoglykozidových antibiotík, ktoré sa viažu na ribozómy, ako je streptomycín, na bunky.

22. Rozmnožovanie vyšších rastlín: vegetatívne a nepohlavné. Tvorba spór, štruktúra spór, rovnaké a heterospórne.Rozmnožovanie ako vlastnosť živej hmoty, teda schopnosť jedinca dať vzniknúť svojmu druhu, existovala v raných štádiách evolúcie.

Formy reprodukcie možno rozdeliť do 2 typov: asexuálne a sexuálne. V skutočnosti sa asexuálna reprodukcia uskutočňuje bez účasti zárodočných buniek pomocou špecializovaných buniek - spór. Vznikajú v orgánoch nepohlavného rozmnožovania – sporangiách v dôsledku mitotického delenia.

Výtrus počas svojho klíčenia rozmnožuje nového jedinca, podobného rodičovi, s výnimkou výtrusov semenných rastlín, u ktorých výtrus stratil reprodukčnú a usadzovaciu funkciu. Výtrusy môžu vzniknúť aj redukčným delením, pričom sa jednobunkové výtrusy vysypú.

Rozmnožovanie rastlín pomocou vegetatívneho (časť výhonku, listu, koreňa) alebo rozdelenie jednobunkových rias na polovicu sa nazýva vegetatívne (cibuľka, odrezky).

Sexuálnu reprodukciu vykonávajú špeciálne pohlavné bunky - gaméty.

V dôsledku meiózy sa tvoria gaméty, existujú ženy a muži. V dôsledku ich splynutia vzniká zygota, z ktorej sa následne vyvinie nový organizmus.

Rastliny sa líšia typmi gamét. V niektorých jednobunkových organizmoch funguje v určitom čase ako gaméta. Rôzne pohlavné organizmy (gaméty) sa spájajú – tento sexuálny proces sa nazýva hologamia. Ak sú mužské a ženské gaméty morfologicky podobné, mobilné - ide o izogaméty.

A sexuálny proces izogamný. Ak sú ženské gaméty o niečo väčšie a menej mobilné ako mužské gaméty, potom ide o heterogaméty a proces je heterogamia. Oogamia – ženské pohlavné bunky sú veľmi veľké a nepohyblivé, mužské pohlavné bunky sú malé a mobilné.

12345678910Ďalej ⇒

Genetický kód - zhoda medzi tripletmi DNA a aminokyselinami bielkovín

Potreba kódovať štruktúru proteínov v lineárnej sekvencii nukleotidov mRNA a DNA je daná skutočnosťou, že počas translácie:

• neexistuje žiadna zhoda medzi počtom monomérov v matrici mRNA a produktom - syntetizovaným proteínom;
• neexistuje žiadna štrukturálna podobnosť medzi RNA a proteínovými monomérmi.

Tým sa eliminuje komplementárna interakcia medzi matricou a produktom, princíp, na základe ktorého sa uskutočňuje konštrukcia nových molekúl DNA a RNA počas replikácie a transkripcie.

Z toho je jasné, že musí existovať „slovník“, ktorý umožní zistiť, ktorá nukleotidová sekvencia mRNA zabezpečuje zaradenie aminokyselín v danej sekvencii do proteínu. Tento „slovník“ sa nazýva genetický, biologický, nukleotidový alebo aminokyselinový kód. Umožňuje kódovať aminokyseliny, ktoré tvoria proteíny, pomocou špecifickej sekvencie nukleotidov v DNA a mRNA. Má určité vlastnosti.

Trojnásobnosť. Jednou z hlavných otázok pri objasňovaní vlastností kódu bola otázka počtu nukleotidov, ktoré by mali určovať zaradenie jednej aminokyseliny do proteínu.

Zistilo sa, že kódujúce prvky v kódovaní aminokyselinovej sekvencie sú skutočne triplety nukleotidov, resp. trojčatá, ktoré boli pomenované „kodóny“.

Význam kodónov.

Bolo možné zistiť, že zo 64 kodónov zahrnutie aminokyselín do syntetizovaného polypeptidového reťazca kóduje 61 tripletov a zvyšné 3 - UAA, UAG, UGA nekódujú zahrnutie aminokyselín do proteínu a boli pôvodne tzv. nezmyselné alebo nezmyselné kodóny. Neskôr sa však ukázalo, že tieto triplety signalizujú dokončenie translácie, a preto sa stali známymi ako terminačné alebo stop kodóny.

mRNA kodóny a nukleotidové triplety v kódujúcom reťazci DNA so smerom od 5' do 3'-konca majú rovnakú sekvenciu dusíkatých báz, s výnimkou toho, že v DNA je namiesto uracilu (U), charakteristického pre mRNA, tymín (T).

Špecifickosť.

Každý kodón zodpovedá iba jednej špecifickej aminokyseline. V tomto zmysle je genetický kód prísne jednoznačný.

Tabuľka 4-3.

Jednoznačnosť je jednou z vlastností genetického kódu, ktorá sa prejavuje v tom, že ...

Hlavné zložky systému syntézy bielkovín

Požadované komponenty	Funkcie
jeden . Aminokyseliny	Substráty pre syntézu bielkovín
2. tRNA	tRNA pôsobia ako adaptéry. Interagujú s akceptorovým koncom s aminokyselinami a s antikodónom - s kodónom mRNA.
3. Aminoacyl-tRNA syntetáza	Každá aa-tRNA syntetáza katalyzuje špecifickú väzbovú reakciu jednej z 20 aminokyselín so zodpovedajúcou tRNA
4.mRNA	Matrica obsahuje lineárnu sekvenciu kodónov, ktoré určujú primárnu štruktúru proteínov
5. Ribozómy	Ribonukleoproteínové subcelulárne štruktúry, ktoré sú miestom syntézy proteínov
6.	Zdroje energie
7. Proteínové faktory iniciácie, predĺženia, ukončenia	Špecifické extraribozomálne proteíny potrebné pre proces translácie (12 iniciačných faktorov: elF; 2 elongačné faktory: eEF1, eEF2 a terminačné faktory: eRF)
8. Ióny horčíka	Kofaktor, ktorý stabilizuje štruktúru ribozómov

Poznámky: elF( eukaryotické iniciačné faktory) sú iniciačné faktory; eEF( eukaryotické elongačné faktory) sú faktory predĺženia; eRF ( eukaryotické uvoľňujúce faktory) sú ukončovacie faktory.

degenerácia. V mRNA a DNA má zmysel 61 tripletov, z ktorých každý kóduje zahrnutie jednej z 20 aminokyselín do proteínu.

Z toho vyplýva, že v informačných molekulách je zahrnutie rovnakej aminokyseliny do proteínu určené niekoľkými kodónmi. Táto vlastnosť biologického kódu sa nazýva degenerácia.

U ľudí sú iba 2 aminokyseliny zakódované jedným kodónom - Met a Tri, zatiaľ čo Leu, Ser a Apr - šiestimi kodónmi a Ala, Val, Gli, Pro, Tre - štyrmi kodónmi (tabuľka 1).

Redundancia kódovacích sekvencií je najcennejšou vlastnosťou kódu, pretože zvyšuje odolnosť toku informácií voči nepriaznivým vplyvom vonkajšieho a vnútorného prostredia. Pri určovaní povahy aminokyseliny, ktorá sa má zahrnúť do proteínu, nie je tretí nukleotid v kodóne taký dôležitý ako prvé dva. Ako je možné vidieť z tabuľky. 4-4, pre mnohé aminokyseliny neovplyvňuje nahradenie nukleotidu na tretej pozícii kodónu jeho význam.

Linearita záznamu informácií.

Počas translácie sa kodóny mRNA „čítajú“ z pevného východiskového bodu postupne a neprekrývajú sa. V zázname informácií nie sú žiadne signály označujúce koniec jedného kodónu a začiatok ďalšieho. AUG kodón je iniciačný a číta sa ako na začiatku, tak aj v iných oblastiach mRNA ako Met. Triplety za ním sa čítajú postupne bez akýchkoľvek medzier až po stop kodón, v ktorom je dokončená syntéza polypeptidového reťazca.

Všestrannosť.

Donedávna sa verilo, že kód je absolútne univerzálny, t.j. význam kódových slov je rovnaký pre všetky skúmané organizmy: vírusy, baktérie, rastliny, obojživelníky, cicavce vrátane človeka.

Neskôr sa však stala známa jedna výnimka, ukázalo sa, že mitochondriálna mRNA obsahuje 4 triplety, ktoré majú iný význam ako v mRNA jadrového pôvodu. V mitochondriálnej mRNA teda triplet UGA kóduje Tri, AUA kódy pre Met a ACA a AGG sa čítajú ako ďalšie stop kodóny.

Kolinearita génov a produktov.

U prokaryotov sa zistila lineárna zhoda medzi sekvenciou kodónov génu a sekvenciou aminokyselín v proteínovom produkte, alebo, ako sa hovorí, existuje kolinearita medzi génom a produktom.

Tabuľka 4-4.

Genetický kód

Prvá nadácia	Druhá základňa
	U	OD	ALE	G
U	UUU sušič vlasov	UCU Cep	Pneumatika UAU	UGU Cys
Sušič vlasov UUC	UCC Ser	iASTir	UGC Cys
UUA Lei	UCA Cep	UAA*	UGA*
UUG Lei	UCG Ser	UAG*	UGG apr
OD	Cuu Lei	CCU Pro	CAU Gis	CGU apr
CUC Lei	SSS Pro	SAS Gis	CGC apríl
CUA Lei	SSA Pro	CAA Gln	CGA apr
CUG Lei	CCG Pro	CAG Gln	CGG apr
ALE	AUU Ile	ACU Tpe	AAU Asn	AGU Ser
AUC Ile	ACC Tre	AAS Asn	AGG Ser
AUA Met	ASA Tre	AAA Liz	AGA Apr
AUG Stret	ACG Tre	AAG Liz	AGG apr
G	GUU zákaz	GCU Ala	GAU Asp	GGU Gli
Hriadeľ GUC	GCC Ala	GAC Asp	GGC Glee
GUA Val	GSA Ala	GAA Glu	GGA Glee
Hriadeľ GUG	GСG Ala	GAG Glu	GGG Glee

Poznámky: U, uracil; C - cytozín; A - adenín; G, guanín; * - terminačný kodón.

V eukaryotoch sú sekvencie báz v géne, kolineárne aminokyselinové sekvencie v proteíne, prerušené intrónmi.

Preto je v eukaryotických bunkách aminokyselinová sekvencia proteínu kolineárna so sekvenciou exónov v géne alebo zrelej mRNA po post-transkripčnom odstránení intrónov.