Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
41.
Біоси́нтез (або просто синтез) білків — процес, за допомогою якого клітини будують білки. Термін іноді використовується для посилання виключно на процес трансляції, але частіше означає багатокроковий процес, що включає біосинтез амінокислот, транскрипцію, процесинг (включаючи ), трансляцію та пост трансляційну модифікацію білків. Біосинтез білків, хоча й дуже подібний, дещо відрізняється між представниками трьох доменів життя — еукаріотами, археями та бактеріями.
Під час транскрипції відбувається зчитування генетичної інформації, зашифрованої в молекулах ДНК, і запис цієї інформації в молекули мРНК. Під час ряду послідовних стадій процесингу з мРНК видаляються деякі фрагменти, непотрібні в подальших стадіях (сплайсинг), і відбувається редагування нуклеотидних послідовностей. На останній стадії пост трансляційної модифікації відбуваються зміни новосинтезованого білка додаванням небілкових молекул до білка та ковалентними модифікаціями його амінокислот.
Тоді як у прокаріотів синтез та процесинг мРНК відбувається в цитоплазмі, у еукаріотів від відбувається в клітинному ядрі, після чого зріла мРНК повинна транспортуватися до цитоплазми, де знаходяться рибосоми. Цей процес відбувається за допомогою приєднання до мРНК допоміжніх білків, експортинів, які проходять через ядерні пори та вивільняють мРНК в цитоплазмі.
Трансляція полягає в синтезі поліпептидного ланцюжка відповідно до інформації, закодованої в матричній РНК. Амінокислотна послідовність шифрується за допомогою (тРНК), які утворюють з амінокислотами комплекси — аміноацил-тРНК. Кожній амінокислоті відповідає своя тРНК, що має відповідний антикодон, «відповідний» до кодону мРНК. Під час трансляції рибосома рухається уподовж мРНК, у міру цього нарощується поліпептидний ланцюжок. Енергією біосинотез білка забезпечується за рахунок АТФ.
Готова білкова молекула потім відщеплюється від рибосоми і транспортується в потрібне місце клітини. Тоді як цитоплазматичні білки рухаються за допомогою дифузії та молекулярних моторів, мембранні білки, білки органел та білки позначені для секреції синтезуються на мембранах клітини, одразу проходять встроюються мембрану та направляються до відповідної органели або секретуються відповідно до сигнальнох послідовності у складі білка.
42.Ге́нна інженерія — це біотехнологічний прийом, спрямований на конструювання рекомбінантних молекул ДНК на основі ДНК, взятої з різних джерел
Генна інженерія ґрунтується на молекулярній біології, яка дає можливість вносити зміни в молекулярну взаємодію основних біологічних молекул у клітині й поза нею.
Біологи оволоділи методами, які дають можливість маніпулювати біологічними молекулами, досліджувати і змінювати їхню структуру. За рахунок змін в основних біологічних молекулах ДНК є можливість створювати варіанти живих систем, які не виникають в результаті природної еволюції.
Технології одержання рекомбінантних молекул ДНК і клонування (розмноження) генів передували методи, за допомогою яких молекулу ДНК розщеплюють на фрагменти, модифікують і знову реконструюють в одне ціле. При цьому мають багато копій цієї молекули. Потім, використовуючи цю рекомбінантну молекулу, можна синтезувати молекули РНК і одержати білок з певними якостями і властивостями.
У молекулярній біології розроблено методи виділення генів донорських організмів, уведення їх у векторну молекулу і одержання гібридних ДНК, забезпечення їхнього самовідтворення (реплікації), переносу в організм реципієнта (клітину-господаря) і забезпечення відчутності дії (експресії) чужих генів.
Для перенесення генів, яких немає в клітині-реципієнті, використовують переносники (вектори) генів — плазміди (епісоми) — невеликі кільцеві молекули ДНК, здатні до стабільного, не пов'язаного з хромосомами існування і реплікації. Плазміди можуть також бути в геномі клітини-господаря, в хромосомі. Вони є в цитоплазмі бактеріальних клітин деяких дріжджів. Автономне існування їх зумовлене тим, що їхнє розмноження не залежить від розмноження хромосом. Розмір їх різний, і тому розмір генетичної інформації в них теж неоднаковий. За рахунок реплікації кількість копій плазмід регулярно збільшується і вони рівномірно розподіляються між потомством клітини, яка ділиться.
Рекомбінантні молекули ДНК використовуються і будуть використовуватися в роботі з мікроорганізмами для виробництва різних цінних речовин у медицині, біохімічній промисловості, сільському господарстві. Велике значення при цьому має метод клонування генів.
43. У виникненні змін організму провідну роль відіграють зовнішні причини. По відношенню до модифікацій це положення не вимагає особливих пояснень, так як модифікації є реакціями організму на зовнішні впливи, які визначаються нормою реакції.
У відношенні кореляцій ясно, що залежні зміни, які відбуваються в будь-якому органі або його частини, є реакцією на зовнішні по відношенню до цього органу або його частині впливу; всяке первинне зміна в одному органі індукує зміни в іншому. У системі одного і того ж організму вторинного корелятивного зміни не відбудеться, якщо не було первинного. Отже, кореляції можуть розглядатися як особливий тип модифікаційної мінливості, яка визначається внутрішнім середовищем самого організму. Тільки у разі зміни самих генотипу, а отже, і норми реакції, іншими словами, у разі мутації, характер модифікацій і форми кореляцій змінюються. Проблема причин мінливості впирається в питання про причини спадкових змін (мутаційних). Причини полягають у фізико-хімічних особливостях будови молекул ДНК, з одного боку, і вплив різних зовнішніх факторів (мутагенів) - з іншого. Перша причина виникає з того простого факту, що молекула ДНК складається в кінцевому підсумку з атомів. Атоми складаються з електронів та інших елементарних частинок, що знаходяться в постійному русі. Час від часу абсолютно спонтанно і без участі будь-яких зовнішніх сил можуть відбуватися переходи електронів з орбіти на орбіту і т. п. Ці незначні зміни у мікросвіті врешті-решт повинні якось позначитися і на будові молекул, що складають ДНК.
Спонтанний мутаційний процес визначає, напевно, половина мутацій, в основному на генному рівні. Зовнішні по відношенню до коду спадкової інформації фактори визначають поява мутацій на всіх рівнях: генному, хромосомному, генотипних і внеядерном.
Мутації можуть виникати під впливом зовнішніх факторів, що сприймаються організмом. Однак характер виникає зміни визначається не зовнішнім чинником, а змінами генотипу організму. Ось чому один і той же фактор може викликати самі різні мутації. Зовнішній фактор не визначає напрями мінливості, вона залишається одиничної, об'єктивно випадковою, невизначеною.
44. Мінли́вість — здатність живих організмів набувати нових ознак, відмінних від предків і їхніх станів у процесі індивідуального розвитку. Розрізняють декілька типів мінливості:
Мінливість є протилежним процесом спадковості. Вона забезпечує появу нових ознак та їхніх станів, завдяки чому утворюються нові види і відбувається історичний розвиток біосфери в цілому.
Спадкова мінливість - мінливість, яка характеризується зміною генотипу внаслідок мутацій або перекомбінації генів під час злиття гамет, при заплідненні тощо. Зміни, викликані спадковою мінливістю, успадковуються. Спадкова мінливість приймається синтетичною теорією еволюції як основа природного добору. Спадкова мінливість буває комбінативною та мутаційною.
Комбінативна мінливість - поява нових поєднань ознак внаслідок рекомбінації генів. Причини комбінативної мінливості:
Мутаційна мінливість зумовлює зміну структури спадкових одиниць (генів, хромосом) та успадкування цих змін. Прикладом мутації є деамінування цитозину в молекулах ДНК та утворення пари У-Г замість канонічної пари Ц-Г. Це зумовлюється деамінуванням цитозину внаслідок спонтанних хімічних реакцій. Загалом, мутації виявляються у фенотипі, тільки якщо вони є домінантними. Домінантні мутації пригнічують рецесивні мутації того ж роду. Проте, при чинниках навколишнього середовища, які не відповідають домінантним мутаціям, відбувається вивільнення рецесивних мутацій та успадкування цих змін - такий загальний механізм стабілізувального природного добору.
Мутаційна мінливість приймається синтетичною теорією еволюції як субстрат природного добору. Згідно з цією теорією, етапи природного добору поділяються на такі стадії:
1) Спочатку з’являється особина з новими властивостями (мутаціями);
2) Потім вона виявляється здатною або нездатною залишити нащадків;
3) Якщо особина залишає нащадків, то зміни у її генотипі закріплюються.
Модифікаційна мінливість - мінливість, що характеризується зміною фенотипу під дією умов навколишнього середовища. Зміни у більшості випадків носять адаптивний характер. Модифікаційна мінливість зумовлена реакцією генотипу на навколишнє середовище - нормою реакції. Внаслідок цього відбувається зміна інтенсивності ферментативних реакцій (посилюється біосинтез певних білків), що зумовлює формування певних адаптацій до навколишнього середовища. Норма реакції генетично детермінована, а отже, якщо під дією навколишнього середовища вона розширюється, зміни у межах норми реакції успадковуються. Самі зміни у фенотипі не успадковуються. Норма реакції визначається неповним домінуванням алелів у онтогенезі та можливим спектром експресії цих алелей у залежності від умов навколишнього середовища. Кожен вид має межі норми реакції - наприклад, особину певного виду не можна вигодувати до маси, в багато разів перевершуючу середньостатичну масу для цього виду.
Модифікаційна мінливість приймається епігенетичною теорією еволюції як основа природного добору.
Існує епігенетична теорія еволюції, згідно з якою природний добір є наслідком морфозів, тобто, модифікаційна мінливість - субстрат до природного добору. При цьому, при порушенні цілісності онтогенезу внаслідок морфозу виникає його дестабілізація. Це обумовлює певну поведінкову або морфологічну адаптацію до морфозу.
45. Мутагенез — процес виникнення або штучного одержання успадковуваних змін у геномах осіб, які проявляються через зміни у фенотипах. Мутагенез є наслідком пошкодження у молекулах ДНК, пошкоджень хромосом або порушень процесів поділу клітин.
Розрізняють такі види мутагенезу:
Найважливішими характеристиками мутагенезу є частота виникнення мутацій та їхня специфічність, тобто можливість повторного одержання однакових мутацій внаслідок дії одного і того самого чинника. Як правило, хімічні і фізичні мутагенні чинники навіть за високої частоти характеризуються низькою специфічністю. Штучний мутагенез залежить від дози і концентрації чинника (мутагена), тривалості його дії, наявності систем репарації пошкоджень у генетичному матеріалі (ДНК), а також відповідності мутацій конкретним умовам середовища (адаптивні мутації). Мутагенез може проявлятися відразу після дії чинника або із затримкою у часі, яка може тривати навіть кілька поколінь.
У біології, мута́ції — зміни генетичного матеріалу. Мутації можуть бути викликані помилками копіювання генетичного матеріалу протягом поділу клітини, опроміненням жорсткою радіацією, хімічними речовинами (мутагенами), вірусами або можуть відбуватися свідомо під клітинним контролем протягом таких процесів як, наприклад,мейоз або гіпермутація. У багатоклітинних організмах мутації можуть бути підрозділені на генеративні мутації, які можуть бути передані нащадкам, і соматичні мутації. Соматичні мутації не можуть передаватися до нащадків у тварин. Рослини іноді можуть передавати соматичні мутації своїм нащадкам безстатево або статево (у випадку, коли брунька розвивається в соматично зміненій частині рослини).
Мутації розглядаються як рушійна сила еволюції, де менш сприятливі (або шкідливі) мутації видаляються з генофонду природним відбором, тоді як сприятливі (вигідні) прагнуть накопичуватися. Нейтральні мутації визначаються як мутації, чиї ефекти не впливають на виживання видів або індивідуумів, які складають види. Вони також можуть накопичуватися. Переважна більшість мутацій не мають ніякого ефекту, тому що механізми репарації ДНК (ремонту ДНК) можуть виправити більшість змін перед тим, як вони стануть постійними мутаціями, і багато організмів мають механізми для усунення інакше постійно видозмінених соматичних клітин.
Послідовність ДНК гена може бути змінена безліччю шляхів. Генетичні мутації мають різні ефекти на здоров'я залежно від того, де вони відбуваються і чи змінюють вони функцію важливих білків. Структурно, мутації можуть бути класифіковані, як:
Умовна мутація — мутація, яка має фенотип дикого типу за певними природними умовами і мутантом фенотип за певними умовами. Умовні мутації також можуть бути смертельними.
Причини мутацій: Два класи мутацій — спонтанні мутації (молекулярний розпад) і вимушені мутації, викликані мутагенами.
Частота мутацій також відрізняється для різних видів. Еволюційні біологи запропонували, що вищі частоти мутації вигідні в деяких ситуаціях, тому що вони дозволяють організмам еволюціонувати і тому пристосувати швидше до своїх навколишніх середовищ. Наприклад, багатократна дія антибіотиків на бактерій і відбір стійких мутантів може привести до відбору бактерій, які мають вищі частоти мутацій, ніж оригінальна популяція (мутаторна лінія).
47. Закон гомологічних рядів спадкової мінливості встановлює паралелізм у спадковій мінливості організмів. Генотипічно близькі види та роди характеризуються подібними рядами спадкової мінливості з такою правильністю, що знаючи ряд форм одного виду, можна передбачити находження тотожних форм у інших видів та родів.
Закон сформульований М. І. Вавиловим у 1920 р. Вперше був опублікований російською мовою у працях 3-го з'їзду по рослинництву, а у 1922 р. — англійською мовою.
Вивчаючи мінливість ознак у видів та родів злаків та інших родин, М. І. Вавилов виявив, що:
1) Види та роди, генетично близькі між собою, характеризується тотожними рядами спадкової мінливості з такою правильністю, що знаючи ряд форм одного виду, можна передбачити находження тотожних форм у інших видів та родів. Чим ближче генетично розташовані у загальній системі роди та ліннеони, тим повніше тотожність у рядах їх мінливості.
2) Цілі родини рослин у загальному характеризуються певним циклом мінливості, яка відбувається через усі роди, які утворюють родину.
Хоча первісно закон стосувався мінливості у рослин, М. І. Вавилов вказував на можливість застосування його до тварин.
Теоретичною основою гомології рядів фенотипової мінливості у близьких таксономічних груп є уявлення про єдність їх походження шляхом дивергенції під дією природного добору. Оскільки спільні предки існуючих нині форм володіли певним специфічним набором генів, то їхні нащадки повинні володіти, за невеликим виключенням, таким самим набором генів. Враховуючи, що кожен ген може мутувати у різних напрямках (множинний алелізм) та оскільки мутаційний процес має не спрямований характер, природно передбачати що спектр змін однакових генів у особин близьких видів буде подібним. Таким чином, в основі закону гомологічних рядів лежить паралелізм генотипової мінливості у особин з подібним набором генів.
48. За походженням мутагенні фактори бувають фізичними, хімічними та біологічними.
Серед фізичних мутагенів найбільше значення мають іонізуючі випромінювання, зокрема рентгенівське. Проходячи крізь живу речовину, рентгенівські промені вибивають електрони із зовнішньої оболонки атомів або молекул, унаслідок чого останні стають позитивно зарядженими, а вибиті електрони продовжують цей процес, спричиняючи хімічні перетворення різних сполук живих організмів. До фізичних мутагенів належать також ультрафіолетові промені, підвищена температура тощо.
Ультрафіолетові промені, як і рентгенівські, в опромінених клітинах призводять до змін, які, у свою чергу, є причиною мутацій, як правило, генних, і рідше — хромосомних. Підвищена температура може збільшити частоту генних, а зростання її до верхньої межі витривалості організмів, і хромосомних мутацій.
Нині відомо багато хімічних мутагенів. Наприклад, алкалоїд колхіцин руйнує веретено поділу, що призводить до подвоєння числа хромосомних наборів у клітині. Газ іприт, який використовують як хімічну зброю, підвищує частоту мутацій у піддослідних мишей в 90 разів. Хімічні мутагени здатні спричиняти мутації всіх типів.
До біологічних мутагенів належать віруси. У клітинах, уражених вірусами, мутації спостерігають значно частіше, ніж у здорових. Віруси можуть вводити певну кількість власної генетичної інформації в генотип клітини-хазяїна. Вважають, що ці процеси відігравали важливу роль в еволюції прокаріотів, оскільки віруси таким чином переносять генетичну інформацію між клітинами різних видів хазяїв
Є мутації, які виникають без помітного впливу мутагенних факторів, так звані спонтанні мутації (від лат. Спонтанеус — самочинний), наприклад, як помилки при відтворенні генетичного коду. їхні причини ще остаточно не з'ясовано. Ними можуть бути: природний радіаційний фон, космічні промені, які досягають поверхні Землі.
49. Розрізняють такі види мутагенезу:
Найважливішими характеристиками мутагенезу є частота виникнення мутацій та їхня специфічність, тобто можливість повторного одержання однакових мутацій внаслідок дії одного і того самого чинника. Як правило, хімічні і фізичні мутагенні чинники навіть за високої частоти характеризуються низькою специфічністю.
Неспрямований мутагенез
Методом неспрямованого мутагенезу до послідовності ДНК вносяться зміни з певною ймовірністю. Мутагенними факторами можуть бути різноманітні хімічні і фізичні впливи – мутагенні речовини, ультрафіолет, радіація. Після отримання мутантних організмів здійснюють виявлення (скринінг) та добір тих, які задовольняють меті мутагенезу. Неспрямований мутагенез є трудомістким та його проведення виправдане, якщо розроблена система скринінгу мутантів.
При спрямованому (сайт-специфічному) мутагенезі зміни у ДНК вносяться у наперед відомий сайт. Для цього синтезують короткі одноланцюгові молекули ДНК (праймери), комплементарні цільовій ДНК за виключенням місця мутації.
Для бактеріальної плазміди (позахромосомної кільцьової ДНК) отримують уридинову матрицю, тобто таку саму молекулу, в якій залишки тиміну замінені на урацил.
Мутагенез за допомогою полімеразної ланцюгової реакції
ПЦР дозволяє здійснювати сайт-спрямований мутагенез з використанням пари праймерів, які несуть матрицю, а також випадковий мутагенез. В останньому випадку помилки у послідовність ДНК вносяться полімеразою в умовах, які знижують її специфічність.
Один з найважливіших прийомів експериментальної генетики. Мутагенез широко використовується для вивчення білків і поліпшення їх властивостей (спрямованої еволюції). У селекції мутагенез використовують для отримання перспективних мутантів тварин, рослин і мікроорганізмів. Мутагенез, як інструмент мінливості, вважається одним із рушійних чинниківеволюції.
50. Штучно отримані мутантні форми є цінним матеріалом для селекції, оскільки в контрольованих умовах можна отримати мутації, що зустрічаються в природі дуже рідко або взагалі не виявляються. Мутагенез широко застосовується в селекції мікроорганізмів і рослин.
Для отримання індукованих мутацій у рослин використовують найрізноманітніші мутагени. Дозу цих мутагенів підбирають таким чином, щоб гинуло не більше 30-50% оброблених об'єктів. Наприклад, при використанні іонізуючого випромінювання така критична доза становить від 1-3 до 10-15 і навіть 50-100 кілорентген. При використанні хімічних мутагенів застосовують їх водні розчини з концентрацією 0,01-0,2%; час обробки - від 6 до 24 годин і більше.
Обробці піддають пилок, насіння, проростки, нирки, живці, цибулини, бульби та інші частини рослин. Рослини, вирощені з обробленого насіння (нирок, черешків і т.д.) позначаються символом M.
Тому виділення мутацій починають в M 2 (другий мутантним поколінні), коли проявляється хоча б частину рецесивних мутацій, а ймовірність збереження неспадкових змін знижується. Звичайно добір триває протягом 2-3 поколінь, хоча в деяких випадках для вибракування ненаследуемих змін потрібно до 5-7 поколінь (такі Неспадкові зміни, що зберігаються протягом декількох поколінь, називають тривалими модифікаціями).
Отримані мутантні форми або безпосередньо дають початок новому сорту (наприклад, карликові томати з жовтими або оранжевими плодами) або використовуються в подальшій селекційній роботі.
Однак застосування індукованих мутацій в селекції все ж обмежена, оскільки мутації призводять до руйнування історично сформованих генетичних комплексів. У тварин мутації практично завжди призводять до зниження життєздатності або безпліддя. Тому в селекції намагаються використовувати вже відомі мутації, які пройшли випробування природним відбором.