Ответы на госэкзамен по генетике, селекции и семеноводству. Часть 1. Генетика - файл n1.doc

Ответы на госэкзамен по генетике, селекции и семеноводству. Часть 1. Генетика
скачать (1353.5 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc1354kb.22.10.2012 05:51скачать

n1.doc

  1   2   3   4
Дисциплина I (общая генетика)

  1. Предмет генетики; понятие о наследственности и изменчивости. Методы и значение генетики. Связь генетики с селекцией.

Генетика – наука, изучающая наследственность и изменчивость живых организмов. Как и любой другой науке, ей присущи свои методы исследования. Это:

Под наследственностью понимается процесс воспроизведения организмами в ряду последовательных поколений одинаковых признаков и свойств.

Изменчивость – свойство всех живых организмов, заключающееся в способности организмов изменяться под воздействием наследственных и ненаследственных факторов. Изменчивость определяет различия между признаками у особей одного вида, а также между родственными особями одного или нескольких поколений, между родительскими особями и потомками. Типы изменчивости можно представить схематически следующим образом:

Изменчивость может быть наследственной – мутационной, комбинативной, онтогенетической и ненаследственной – модификационной.

Наследственная изменчивость – способность генетического материала претерпевать изменения, наследуемые в потомстве.

Ненаследственная изменчивость – изменение признаков и свойств, которые у особей или определенных групп особей вызываются воздействием внешних факторов. Такие ненаследственные признаки в их конкретном проявлении у каждой особи не передаются по наследству и развиваются у особей последующих поколений лишь при наличии условий, в которых они возникли.

Комбинативная изменчивость – является результатом перекомбинации генов, хромосом и их сегментов, что приводит к новым комбинациям аллелей у потомков, по сравнению с родителями в результате случайного сочетания при оплодотворении и вследствие кроссинговера.

Онтогенетическая изменчивость – совокупность последовательных изменений признаков и свойств особи в процессе ее индивидуального развития. В онтогенезе особи происходит реализация наследственной информации, полученной от родителей, путем последовательного совместного действия комплекса генов при действии разнообразных факторов среды.

Теоретической базой селекции служит генетика — наука о на­следственности и изменчивости организмов. Важное место в селекии растений занимает изучение методов создания исходного материала путем гибридизации, мутагенеза, полиплоидии и других приемов, изменчивости и наследственности признаков и их оценки, методов и направления отбора для получения новых форм, сортов и гибридов. Селекционер должен хорошо знать законы наследственности и изменчивости организмов, обоснованно подбирать и включать к селекционный процесс исходный материал, учитывая его потенциальные возможности. Практическая селекция нуждается в использовании более тонких методов, характеризующихся суб­клеточным и молекулярным уровнем, что, в свою очередь, по­зволяет преодолеть нескрещиваемость растений, бесплодие гибридов или же получать высокий гетерозисный эффект по ряду хозяйственно цепных признаков.


  1. Молекулярные основы наследственности: химический состав, структура и репликация ДНК.

Структура молекулы ДНК


Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) состоит из двух комплементарных полимерных цепей, закрученных друг вокруг друга в форме правой спирали.

Каждая из двух полимерных цепей молекулы ДНК это полинуклеотид. Нуклеотиды – это сложные химические соединения, которые состоят из азотистого основания, сахара - дезоксирибозы и фосфатной группы.

Нуклеотиды отличаются друг от друга только азотистыми основаниями. Существует 4 азотистых основания, включенных в состав ДНК - это аденин, гуанин, цитозин и тимин. Нуклеотиды с соответствующими азотистыми основаниями называют – дезоксиаденозин 5’-фосфат, дезоксигуанозин 5’-фосфат, дезоксицитидин 5’-фосфат, дезокситимидин 5’-фосфат (рис. 5.3). Два азотистых основания - аденин и гуанин относятся к пуриновым, а тимин и цитозин к пиримидиновым.

Сахар (дезоксирибоза) одного нуклеотида соединен через фосфатную группу с сахаром следующего нуклеотида. Эта часть молекулы, называемая сахаро-фосфатным остовом, имеет регулярную структуру. Азотистые основания не участвуют в образовании полинуклеотидной цепочки, поэтому их порядок может меняться от молекулы к молекуле.

И пуриновые, и пиримидиновые основания это плоские, относительно водонерастворимые молекулы, которые соединены в стопки перпендикулярные к оси спирали. Две нити соединены вместе водородными связями между азотистыми основаниями. Аденин всегда спарен с тимином, а гуанин с цитозином. Это правило называется комплементарностью. Водородные связи формируются между пуриновым и пиримидиновым азотистым основанием, иначе формирование правильной двойной спирали будет невозможно. Между аденином и тимином формируются две водородные связи, между гуанином и цитозином три. Дополнительная стабилизация двойной спирали обеспечивается межплоскостным взаимодействием между азотистыми основаниями. Расстояние между соседними основаниями составляет 0,34 нм. Кроме того, каждая последующая пара азотистых оснований повернута относительно предыдущей на 360. Таким образом, через десять нуклеотидов спираль делает один оборот. Длина одного витка спирали составляет 34 ангстрема.

Две гликозидные связи, которыми соединяются азотистые основания к дезоксирибозе лежат не прямо друг напротив друга. В результате сахарофосфатный остов формирует большую и малую бороздки на поверхности молекулы.

Согласно модели Уотсона-Крика комплементарные цепи должны быть антипараллельны. Только в этом случае, две комплементарные, полинуклеотидные цепи смогут сформировать двойную спираль.

Антипараллельная структура ДНК означает, что если один конец полинуклеотидной цепочки оканчивается гидроксилом – ОН, связанным с третьим атомом углерода дезоксирибозы (3’ – конец), то вторая полинуклеотидная цепочка должна оканчиваться трифосфатом, связанным с 5 атомом углерода дезоксирибозы (5’ – конец) (рис. 5.5).

Водородные связи и межплоскостные взаимодействия, стабилизирующие двойную спираль, достаточно слабы, и при относительно небольших воздействиях происходит разделение цепей – денатурация или плавление. Двухцепочечная спиральная ДНК в растворе легко разрушается при нагревании до температур, близких к 100 С. Денатурация происходит также при увеличении рН раствора до уровня, при котором разрушаются водородные связи. Молекулы ДНК, содержащие больше пар G-C, имеют более высокую температуру денатурации, т.к. затраты энергии на разрыв трех водородных связей выше. Денатурация процесс обратимый, восстановление двухцепочечной структуры ДНК может происходить даже при полном расхождении цепей. Процесс воссоединения, называемый ренатурацией, реассоциацией или отжигом происходит при понижении температуры или рН. Способность двух отдельных комплементарных цепей нуклеиновой кислоты воссоединяться с образованием исходной структуры является ключевым моментом для проведения соответствующих опытов in vitro, а также для выделения, сравнения и идентификации нуклеиновых кислот. Уникальная способность нуклеиновой кислоты образовывать двойную спираль путем ассоциации одиночных комплементарных цепей имеет огромное значение для самых разных областей генетики.

Репликация ДНК


Генетическая программа клеточных организмов записана в нуклеотидной последовательности ДНК. Следовательно, для сохранения уникальных свойств живые организмы должны очень точно воспроизводить свою ДНК перед каждым клеточным делением. Например, бактерия кишечной палочки должна дуплицировать без ошибок полный геном размером 4*106 п.н. Одной из особенностей ДНК является то, что в ней закодирована информация о механизме ее собственного удвоения.

В процессе репликации участвует большое количество различных ферментов и белков. Очередность их действия может быть представлена следующим образом:

1.Ферменты топоизомеразаI и топоизомеразаII снимают суперсперализацию молекулы ДНК;

2.Фермент ДНК – геликаза (хеликаза) выпрямляет спираль ДНК и разделяет цепи ДНК. Он движется по одной из двух цепей ДНК и, разрывая водородные связи между основаниями, разделяет цепи. Участок, где происходит расхождение цепей ДНК получил название репликационной вилки, а точка на хромосоме, где начинается репликация, называется точкой начала репликации или ориджином;

3.Белки SSB связываются с одиночными цепями и стабилизируют их состояние, одновременно оставляя их доступными для ДНК – полимеразы.

4.ДНК – полимераза III осуществляет на этих одиночных цепях синтез комплементарных цепей ДНК.

5. ДНК – праймаза – синтезирует короткую РНК затравку для синтеза ДНК на матрице. Это необходимо, так как синтез нуклеиновых кислот идет только от 5’ конца к 3’ концу молекулы и для начала этого синтеза ДНК-полимеразе III необходимо наличие нуклеотидной затравки, от 3’-конца которой она начинает синтезировать новую цепь. Поэтому на одной из родительских цепей (рис. 11.2) синтез одной из новых цепей идет непрерывно, совпадая с движением топоизомеразы. Эта цепь получила название “ведущая”. А вот другая цепь (“отстающая цепь”) синтезируется как-бы фрагментами (фрагменты Оказаки). При этом ДНК–прймаза синтезирует РНКпраймер, который служит заправкой для действия ДНК – полимеразы III;

6. ДНК – полимераза I продолжает синтез цепи, постепенно заменяя нуклеотиды РНК умежду фрагментами Оказаки, отстающей цепи на нуклеотиды ДНК;

7. ДНК – лигаза сшивает фрагменты отстающей цепи.

ДНК-полимераза I способна реплицировать небольшие участки ДНК и кроме полимеризации ДНК обладает еще двумя активностями. Одна из них, это способность удалять неспаренный нуклеотид на 3’-конце ДНК (3’ - 5’ –экзонуклеаза), так называемая корректирующая способность, а вторая состоит в отщеплении нуклеотидов в двойной спирали ДНК с 5’-конца (5’-3’-экзонуклеаза). Эти две реакции имеет важное биологическое значение.

ДНК-полимераза I участвует в реакциях репликации и репарации. ДНК-полимераза II способна реплицировать ДНК в условиях, в которых матрица может быть повреждена.

ДНК-полимераза III это основной фермент, который ответственен за репликацию хромосомной ДНК кишечной палочки. В каждой клетке содержится всего 10-20 копий этого фермента.


  1. Молекулярные основы наследственности: типы РНК, транскрипция трансляция.

Молекула рибонуклеиновой кислоты (РНК) это одноцепочечный полинуклеотид. Отличается от ДНК наличием сахара – рибозы и заменой азотистого основания тимин на урацил. РНК не формирует двойные спирали, однако комплементарное спаривание может происходить внутри и между молекулами РНК. Если за какой-то последовательностью следует комплементарная ей последовательность, то полинуклеотид цепи может сложиться и образовать антипараллельную двухцепочечную структуру. Такую структуру называют шпилькой. Она состоит из спаренных оснований, образующих двуспиральный участок – стебель, часто с петлей из неспаренных оснований. Такие взаимодействия имеют важное биологическое значение. Содержание РНК в клетке в несколько раз больше, чем ДНК.

Транскрипция

Процесс транскрипции состоит из трех этапов:

1. Инициация – начало синтеза РНК, сборка транскрипционного комплекса на точке начала транскрипции – промотор.

2. Элонгация – синтез молекулы РНК.

3. Терминация транскрипции, транскрипция заканчивается в области, называемой терминатор.

Из особенностей процесса транскрипции можно отметить следующие:
  1   2   3   4


Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации