Онтогенетическая изменчивость на примере гемоглобина
Онтогенетическая изменчивость — изменчивость, происходящая в процессе жизни
организма и представляющая собой различие между молодым и взрослым организмами
на разных этапах развития (напр., молодые растения часто имеют более простое
строение листовой пластинки, которая в процессе роста растения усложняется).
Она является разновидностью фенотипической изменчивости, которая связана с
определенной схемой развития организма в процессе онтогенеза, при этом генотип
не претерпевает изменений, а фенотип меняется в соответствии с каждым этапом
развития, благодаря морфогенезу и дифференцировке клеток. Морфогенез — это
возникновение новых структур на каждом этапе развития, определяемое генетическим
аппаратом клеток, может осуществляться благодаря контактным и дистантным
межклеточным взаимодействиям, которые контролируют этот процесс. В случае
нарушений морфогенеза возникают тератомы (уродства), в том числе и
новообразования. Поскольку эти механизмы связаны с «включением» и «выключением»
генов, изменчивость этого рода называется — «парагеномная», «эпигенетическая», «эпигенотипическая»
или «эпигеномная».
Порядок изменений нарушаться не может (выпасть или перескочить), т.к. схема
развития определена геномом. Например, один и тот же человек в разные периоды
своей жизни выглядит по-разному.
Фенотипическое проявление любого признака обусловлено, в конечном счете,
результатом взаимодействия генов и средовых факторов. Су шествуют две формы
изменчивости: дискретная и непрерывная. При дискретной изменчивости четко
выражены фенотипы, а промежуточные формы отсутствуют (например, группы крови у
человека, резус-фактор).
Признаки, для которых характерна дискретная изменчивость, обычно контролируются
одним или двумя генами, и внешние условия мало влияют на их фенотипическую
экспрессию. Ее иногда называют качественной изменчивостью, поскольку она
ограничена четко выраженными признаками, в отличие от количественной непрерывной
изменчивости. У человека примерами непрерывной изменчивости могут быть линейные
размеры тела, вес, колебания кровяного давления, рН крови и т.д. Признаки, для
которых характерна непрерывная изменчивость, обусловлены, как правило,
совместным взаимодействием многих генов и факторов среды.
Генотип детерминирует любой фенотипический признак, но степень выраженности
(экспрессия) этого гена зависит от средовых факторов. Непрерывную фенотипическую
изменчивость можно определить как скумулятивный эффект» варьирующих факторов
среды, воздействующих на вариабельный генотип. Что касается таких человеческих
качеств, как интеллект, поведение, темперамент, они зависят как от
наследственных, так и средовых факторов. Именно эти различия создают
фенотипическую индивидуальность у людей. Согласно современным концепциям, именно
взаимодействия генетической и средовой изменчивости являются ведущими в
формировании фенотипического разнообразия психологических и психофизиологических
особенностей человека. Эта область исследований является пограничной между
генетикой и психологией и в настоящее время обозначается как психогенетика.
Исследование закономерностей генотип-средового взаимодействия и психологических
закономерностей является предметом изучения психогенетики.
Онтогенетическая изменчивость на примере гемоглобина
Гемоглоби́н A, или ΗbA — нормальный гемоглобин взрослого человека.
Гемоглоби́н F (HbF) — фетальный, плодный тип гемоглобина человека.
Гемоглобин F начинает синтезироваться с 12-14 недели развития плода (с момента
формирования плаценты), заменяя эмбриональный гемоглобин. Его первичная
структура отличается от первичной структуры гемоглобина А в тридцати девяти
позициях (последовательность β-цепей по сравнению с таковой у γ-цепей). Эти
отличия лежат в основе отличий физико-химических свойств гемоглобина А от
гемоглобина F. Фетальный гемоглобин является устойчивым к денатурирующему
воздействию щёлочи. Это отличительное свойство легло в основу метода
количественного определения фетального гемоглобина. Кроме того, фетальный
гемоглобин в большей степени способен превращаться в метгемоглобин, имеет
специфический спектр поглощения в ультрафиолетовой части спектра. К моменту
рождения на долю фетального гемоглобина приходится 80-85 % от общего количества.
Синтез фетального гемоглобина в течение первого года жизни замедляется,
заменяясь гемоглобином взрослого типа. К трём годам его количество соответствует
содержанию HbF у взрослого человека и составляет 1-1,5 %.
Онтогенетическая
изменчивость проявляется в виде
постоянного изменения признаков в
процессе развития особи. Все признаки
и свойства наследственно-детерминированы,
но формирование фенотипа организма
обусловлено взаимодействием генотипа
и среды. Генотип определяет спектр
возможных фенотипов, это фенотипическое
разнообразие называется нормой реакции
генотипа.
Причины:
репрессия и депрессия генов в онтогенезе
согласно схеме развития организма
данного вида.
Результат:
Изменение фенотипа на разных этапах
онтогенеза(эмбр и постэмбр период).
Проявелние возрастных изменений,
«отложенной наследственной патологии,
мультифакториальных наследсвенных
болезней.
Значение:
формирование индивидуальных фенотипических
особенностей организма на разных этапа
онтогенеза.
Примеры:
особенности периода полового созревания
и сроков его достижения. Атеросклероз.
Гипертония.
Подагра.
Сахарный диабет.
26. Модификационная изменчивость. Норма реакции генетически детермированных признаков.
Модификационная
изменчивость – это способность организма
реагировать на условия окружающей
среды, изменяться в пределах нормы
реакции организма.
Причины:
изменение условий среды.
Результат:
изменение фенотипа, не затрагивающие
генотип. Изменение(модификация) признаков
(чаще всего количественных) в пределах
нормы реакции.
Значение:
адаптация организмов к условиям среды
Примеры:
изменение кол-ва эритроцитов при
изменении парциального давления
кислорода.
27. Характерные особенности модификаций. Фенокопии.
обратимость
— изменения исчезают при смене
специфических условий окружающей
среды, спровоцировавших ихгрупповой
характеризменения
в фенотипе не наследуются, наследуется
норма реакции генотипастатистическая
закономерность вариационных рядовзатрагивает
фенотип, при этом не затрагивая сам
генотип.
Фенокопия
— изменение признака под влиянием
внешних факторов в процессе его развития,
зависящего от определенного генотипа,
ведущего к копированию признаков,
характерных для другого генотипа или
его отдельных элементов.
28. Генотипическая изменчивость, механизмы возникновения.
Генотипическая
изменчивость связана с качественными
и количественными изменениями
наследственного материала. Она включает
комбинативную и мутационную изменчивость.
Одним
из результатов наследственной изменчивости
является образование новых вариантов
организмов (новых генотипов), обеспечивающее
разнообразие жизни, ее продолжение
и эволюционное развитие.
Генотипическая
изменчивость широко представлена в
природе. Иногда это очень крупные
изменения, проявляющиеся, например, в
признаках махровости у цветков,
коротконогости у животных (у овец, кур),
но чаще это мелкие, едва заметные
отклонения от нормы.
29. Комбинативная изменчивость, механизмы возникновения. Типы браков.
Комбинативная
изменчивость. Уникальность каждого
генотипа обусловлена комбинативной
изменчивостью, которая определяется
новыми сочетаниями аллелей генов в
генотипе. Достигается это в результате
3-х процессов: два из них связаны с
мейозом, третий – с оплодотворением.
Основные
причины:
независимое
расхождение хромосом во время мейоза;случайная
встреча половых гамет, а вследствие
этого и сочетания хромосом во время
оплодотворения;рекомбинация
генов вследствие кроссинговера.
Примеры:
Рождение
голубоглазого ребенка у кареглазых
родителей.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
22.09.201959.39 Кб0patan-nechyot2.doc
- #
17.09.2019302.08 Кб0patan_diagnostika2.doc
- #
- #
Как выжить некоторым более слабым видам в тяжелых природных условиях? Для их выживания в их генах встроен механизм адаптации, то есть изменения своих свойств под действием сил природы, таких как температура воздуха, ветер, солнце.
Генетическая программа определяет формирование бабочки из куколки и развитие взрослой рыбы из маленькой икринки. Во время этого длительного развития все эндогенные и экзогенные факторы будут отражаться на фенотипе особи.
Это и есть онтогенетическая изменчивость. Примеры ее в живой природе бесконечны. Интересно разобраться в том, как устроена адаптация.
Изменчивость в биологии. Виды изменчивости
В официальной науке есть такое понятие, как изменчивость. Она и определяет, как сложится взрослый организм и какие признаки приобретет в процессе своего развития. Изменчивость в целом – это способность ораганизма приобретать новые свойства.
Различают генетическую и негенетическую изменчивость. Негенетическая не затрагивает генную структуру. Изменения происходят только в пределах нормы реакции. То есть фенотип изменяется настолько, насколько ему позволяет генотип. Негенетическая изменчивость бывает модификационной и онтогенетической. По-иному последняя называется еще эпигенетической изменчивостью.
Онтогенетическая изменчивость
Индивидуальный организм формируется поэтапно. На протяжении каждого этапа на него воздействуют различные факторы окружающей среды. Ведь развиваться любое живое существо изолированно не может. И в результате воздействия тех или иных факторов организм приобретает новые признаки.
Онтогенетическая изменчивость находится на пересечении генетической изменчивости и негенетической. По-иному она называется еще эпигенетической изменчивостью. Почему так? Этот вид изменчивости отличается от других тем, что новые признаки появляются и в результате заложенных генетических программ, и одновременно из-за внешнесредовых особенностей. Не имея таких программ, природа бы обрекла многих живых существ на вымирание.
Понятие онтогенеза
Что такое онтогенез? Это понятие – одно из основных в курсе биологии. Чтобы лучше понять, что такое онтогенетическая изменчивость, нужно знать о процессе онтогенеза. По сути, ученые выделили вид изменчивости на основе именно этого процесса.
Онтогенез – это процес развития от момента зачатия до рождения. Легко проследить этот процесс на примере развития бабочки. Изначально рождается гусеница (рис. 1), из нее формируется куколка (рис. 2, 3), которая также является циклом жизни. А из куколки вылетает взрослая особь – бабочка. Онтогенез также свойственен и растениям.
Все, что происходит с зиготой (оплодотворенной яйцеклеткой) до завершения формирования животного или человека, можно изучить и проанализировать.
Примеры в природе
Причины онтогенетической изменчивости, исходя из вышесказанного, – это условия окружающей среды и особенности генотипа. Генотип – как формула, которая регулирует все изменения.
Как генотип регулирует изменчивость? Генотип особи регулирет работу определенных генов, которые должны “включиться” в определенный период развития. Наследуется конкретным организмом не сам признак, а тип реакции на некое воздействие среды обитания. В этом заключается закон природы, который таит ключ к пониманию такого процесса, как онтогенетическая изменчивость. Примеры такой изменчивости найдем в разных странах и на разных континентах. Такая изменчивость свойственна и животным, и насекомым, и растительному царству.
Проследим изменение цвета и формы кожного покрова андской жабы, живущей в Эквадоре. Ее трансформация в период онтогенеза – классическая “формула” онтогенетической изменчивости в природе.
Маленькая жаба не имеет бугорков вдоль тела, взрослая особь, как видим, по бокам имеет наросты. Меняется цвет кожи жабы на медно-коричневый; и цвет радужной оболочки глаза из ярко-красного становится медно-оранжевым.
Значение изменчивости
Значение онтогенетической изменчивости для живой природы – в первую очередь адаптация каждой особи. Чем онаа лучше, тем больше жизнеспосбности у вида в условиях среды. Еще одно значение изменчивости – это разнообразие фенотипов. Каждая особь имеет, благодаря изменчивости, свои индивидуальные особенности.
Благодаря улучшению адаптации эволюционирует весь вид. Хотя, конечно, эти изменения очень медленны.
Гемоглобины – эбриональные, плода или фетальные, и гемоглобины взрослого.
Гены глобина располагаются двумя кластерами.
альфа-кластер из пяти генов, из которых два – псевдогены. Зета-2, ипсилон-зета-1(псев), ипсилон-альфа-1(псев), альфа-2, альфа-1.
бета-кластер – 7 генов – ипсилон-бета-2, епсилон, гамма-джи и гамма-а, ипсилон-бета-1(псев), дельта, бета.
Гены расположены в той последовательности, в которой они функционируют в онтогенезе.
До 8 недели у эмбриона работают дзета ген и эпсилон ген, образуется эмбриональный зета-2-эпсилон-2-гемоглобин.
После восьмой – альфа ген из альфа-кластера и гамма гены бета-кластера – образуется фетильный альфа-2-гамма-2-гемоглобин.
После рождения экспрессируются дельта и бета гены, начинается синтез взрослых альфа-2-бета-2 и альфа-2-дельта-2 глобинов.
Эмбриональный гемоглобин образуется имеющими ядра мегалобластами в стенке желточного мешка. Фетильный – безъядерными эритроцитами печени и селезёнки плода. Взрослый – в красном костном мозге.
19) Особенности строения глобиновых генов, их локализация и организация.
Гены, определяющие строение цепей глобина образуют два кластера – альфа и бета – в двух разных хромосомах, в 11 и 16 соответственно. Кластер – это объединение генов, результаты экспрессии которых имеют схожую функцию. В данном случае гены кодируют структуру генов глобина, но на разных этапах онтогенеза. Они представляют собой типичные гены эукариот, имеющие мозаичное строение – они состоят из интронов и экзонов.
20)Понятие о мозаичном гене, особенности его строения. Альтернативный сплайсинг.
Мозаичный ген – ген эукариот, состоящий из экзонов и интронов, значащих и незначащих участков, транскрибируемых и транслируемых, и транскрибируемых и не транслируемых.
При транскрипции гена на образующуюся про-мРНК переносятся как интроны, так и экзоны. В результате процессинга из про-мРНК транскрипта образуется зрелая мРНК. Процессинг включает в себя сплайсинг – вырезание интронов, после которого экзоны сшиваются вместе. Причём путём различной последовательности сшивания экзонов можно получить из одного про-мРНК несколько разных мРНК, на которых будут синтезироватся разные белки. Данное явление получило название альтернативного сплайсинга.
21) Общее понятие об изменчивости, её формы. Значение в онтогенезе и эволюции.
Изменчивость – свойство организмов изменять полученные от родителей признаки или при приобретать новые в процессе индивидуального развития;
свойство приобретать наследуемые изменения, комбинируя их в потомстве в различных сочетаниях, существовать в разных фенотипических вариантах; проявляется в наличии различий между особями одного вида, генетическом разнообразии популяции вида, в изменении межвидовых отношений в биогеоценозах; обусловливает появление и использование новой биологической информации. Является одним из необходимых факторов эволюции.
Изменчивость обуславливает эволюционную и экологическую пластичность – способность выживать во времени, несмотря на изменение параметров среды, или в один и тот же период времени заселять территории, различающиеся по условиям.
Изменчивость делится на генотипическую – связанную с изменением генотипа – фенотипическую – связанную с изменением фенотипа, но не задевающую генотип, онтогенетическую, связанную с изменениями организма в процессе его индивидуального развития.
Генотипическая изменчивость делится на мутационную и комбинативную.
Мутационная изменчивость связана с изменением структуры генетического аппарата на разных уровнях – мутациями. Мутации делятся на генные, хромосомные и геномные, причём к появлению новой информации приводят только генные мутации. Хромосомные и геномные мутации приводят к изменению количества информации или к её перекомбинации.
Явление, которое нельзя отнести к мутациям, но которое всё же вызывает изменение генотипа и фенотипа геномный импритинг или геномная память. Суть – гены одного из родителей несут отпечаток пола. Импритированными могут быть как отдельные участки информации, так и весь геном в целом. Импритированные гены выключаются из функции. Импритинг – фактор эпигенетической регуляции ген. активности. У человека вызывают болезни импритинга.
Комбинативная изменчивость заключается в образовании различных сочетаний генетической информации родительских особей у дочерней, различных сочетаний структур генетического аппарата. вследствие кроссинговера и случайного расхождения хромосом в мейозе и случайной встречи гамет при оплодотворении.
Фенотипическая изменчивость не задевает генотип, приводит к изменению в фенотипе. Она зависит, во отличие от генотипической, от факторов среды. Делится на модификационную, случайную и постоянную.
Модификационная изменчивость – появление модификаций при изменении условий среды. Модификация – ненаследственное изменение фенотипа.
Каждый признак, способный к проявлению фенотипической изменчивости, обладает определённой нормой реакции – отношением информации, заложенной в генотипе, к изменению условий среды. Норма может быть широкой или узкой. Узкая – группа крови, широкая – окраска кроликов, форма листьев.
Случайная – следствие травм, личных вмешательств – костные мозоли после переломов.
Непрерывная – распределение особей с разной степенью выраженности признака соответствует нормальному – например, люди с разным ростом.
Онтогенетическая – все изменения фенотипа, происходящие с организмом в процессе его индивидуального развития. Обусловлены генотипом.
Îñîáåííîñòè è ïðè÷èíû âîçíèêíîâåíèÿ ýïèãåíåòè÷åñêîé (îíòîãåíåòè÷åñêîé) èçìåí÷èâîñòè. Ìåõàíèçìû êîíòðîëÿ àêòèâàöèè è èíãèáèðîâàíèÿ ãåíîâ. Êîíôîðìàöèîííûå èçìåíåíèÿ áåëêîâ-ãèñòîíîâ. Õèìè÷åñêàÿ ìîäèôèêàöèÿ ÄÍÊ. Ñèíäðîì áîëåçíè Àíãåëüìàíà è Ïðàäåðà-Âèëëè.
Ñòóäåíòû, àñïèðàíòû, ìîëîäûå ó÷åíûå, èñïîëüçóþùèå áàçó çíàíèé â ñâîåé ó÷åáå è ðàáîòå, áóäóò âàì î÷åíü áëàãîäàðíû.
Ðàçìåùåíî íà https://www.allbest.ru/
Ôåäåðàëüíîå ãîñóäàðñòâåííîå àâòîíîìíîå
îáðàçîâàòåëüíîå ó÷ðåæäåíèå
âûñøåãî ïðîôåññèîíàëüíîãî îáðàçîâàíèÿ
«ÑÈÁÈÐÑÊÈÉ ÔÅÄÅÐÀËÜÍÛÉ ÓÍÈÂÅÐÑÈÒÅÒ»
Èíñòèòóò ôóíäàìåíòàëüíîé áèîëîãèè è áèîòåõíîëîãèè
Áàçîâàÿ êàôåäðà Áèîòåõíîëîãèè
ÐÅÔÅÐÀÒ
Ýïèãåíåòè÷åñêàÿ èçìåí÷èâîñòü
Ðóêîâîäèòåëü ê.á.í., äîöåíò êàôåäðû
Ë.Ñ. Ñìèðíîâà
Ñòóäåíò ÁÁ12-04Á Ê.Â. Àáàíèíà
Êðàñíîÿðñê 2015
 ãåíîìå ÷åëîâåêà ñîäåðæèòñÿ îêîëî 25 òûñ. ãåíîâ, íî îäíîâðåìåííî â êëåòêå ëþáîé æèâîé òêàíè ðàáîòàåò íå áîëåå ïîëîâèíû âñåõ ãåíîâ. ×àñòü èç íèõ íóæíà äëÿ ïîääåðæàíèÿ æèçíåäåÿòåëüíîñòè êëåòêè, äðóãàÿ ÷àñòü îïðåäåëÿåò ïðèíàäëåæíîñòü êëåòêè ê ñîîòâåòñòâóþùåìó òèïó òêàíè: ïå÷åíè, ïî÷êàì, ñåëåçåíêå.  êëåòêàõ ïå÷åíè ðàáîòàþò ãåíû, íåîáõîäèìûå äëÿ ôóíêöèîíèðîâàíèÿ ïå÷åíè, â êëåòêàõ ïî÷åê – íåîáõîäèìûå äëÿ âûïîëíåíèÿ ôóíêöèé ïî÷åê, è ò.ä. Èòàê, õîòÿ âñå êëåòêè ñîäåðæàò îäèíàêîâóþ ãåíåòè÷åñêóþ èíôîðìàöèþ, çàïèñàííóþ â ìîëåêóëàõ ÄÍÊ, ïðè ðàçâèòèè îðãàíèçìà ýòà èíôîðìàöèÿ â òêàíÿõ è îðãàíàõ ñ÷èòûâàåòñÿ èçáèðàòåëüíî, ÷òî ïðèâîäèò ê îãðîìíîìó ðàçíîîáðàçèþ êëåòîê â îðãàíèçìå.
Ïî÷åìó êîíêðåòíûå ãåíû ìîë÷àò â îäíèõ êëåòêàõ îðãàíèçìà è àêòèâíûõ â äðóãèõ? Êàêèå ìåõàíèçìû ïîçâîëÿþò âêëþ÷àòü è âûêëþ÷àòü ãåíû? Ïîèñêîì îòâåòîâ íà ýòè âîïðîñû çàíèìàåòñÿ ðàçäåë íàóêè – ýïèãåíåòèêà.
Êàê óæå áûëî ñêàçàíî âûøå, âîïðîñû àêòèâàöèè îïðåäåëåííîãî íàáîðà ãåíîâ è èíãèáèðîâàíèÿ èõ àêòèâíîñòè, äî ñèõ ïîð îñòàåòñÿ ïëîõî èçó÷åííîé ïðîáëåìîé. Ðåøåíèåì ýòîé ïðîáëåìû çàíèìàåòñÿ ýïèãåíåòèêà.
Òåðìèí “ýïèãåíåòèêà”, áûë ïðåäëîæåí Ê. Óîääèíãòîíîì â 1947 ãîäó, êàê ïðîèçâîäíîå îò àðèñòîòåëåâñêîãî “ýïèãåíåç”.
Ýïèãåíåòèêà – âåòâü áèîëîãèè, èçó÷àþùàÿ ïðè÷èííûå âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ãåíàìè è èõ ïðîäóêòàìè, îáðàçóþùèìè ôåíîòèï îðãàíèçìà. (Óîääèíãòîí, 1970) Ïðèñòàâêà «ýïè» îçíà÷àåò «íàä», «ñâåðõ», è ãîâîðèò î òîì, ÷òî ïðè ýïèãåíåòè÷åñêèõ èçìåíåíèÿõ äåéñòâóþò íàäãåíåòè÷åñêèå ìåõàíèçìû, íå çàòðàãèâàþùèå ãåíîòèï.
Èìåííî îíè îïðåäåëÿþò, êàêèå ãåíû àêòèâèðîâàòü, à êàêèå íåò. Íåîáõîäèìî ïîä÷åðêíóòü, ÷òî ýïèãåíåòèêà íàõîäèòñÿ â íà÷àëå ïóòè, ïîýòîìó íåðåøåííûõ ïðîáëåì â ýòîé îáëàñòè âñå åùå î÷åíü ìíîãî.
Îñíîâíîé çàäà÷åé ýïèãåíåòèêè ÿâëÿåòñÿ èçó÷åíèå îñîáåííîñòåé è ïðè÷èí âîçíèêíîâåíèÿ ýïèãåíåòè÷åñêîé (îíòîãåíåòè÷åñêîé) èçìåí÷èâîñòè.
Ýïèãåíåòè÷åñêàÿ (îíòîãåíåòè÷åñêàÿ) èçìåí÷èâîñòü – èçìåíåíèå ýêñïðåññèè ãåíîâ, âûçâàííûå ìåõàíèçìàìè, íå çàòðàãèâàþùèìè ïîñëåäîâàòåëüíîñòè ÄÍÊ. Ïåðåêëþ÷åíèå ñ îäíîãî ïðèçíàêà íà äðóãîé ïðîèñõîäèò íå âñëåäñòâèå èçìåíåíèÿ ñòðóêòóðû ãåíà, à â ñèëó ðåãóëÿöèè ãåííîé àêòèâíîñòè. Ìåõàíèçìû, êîíòðîëèðóþùèå èçáèðàòåëüíîå âêëþ÷åíèå-âûêëþ÷åíèå ãåíîâ, íàçûâàþòñÿ ýïèãåíåòè÷åñêèìè, à ïðîöåññ ïåðåäà÷è ýòîãî êîíòðîëÿ îò êëåòêè ê êëåòêå – ýïèãåíåòè÷åñêèì íàñëåäîâàíèåì.
 êàæäîì ýïèãåíåòè÷åñêîì ñîáûòèè íåîáõîäèìî âûäåëÿòü òðè ñîñòàâëÿþùèõ: (1) ñèãíàë, êîòîðûé äåéñòâóåò íà ãåí-ïåðåêëþ÷àòåëü, (2) âîñïðèÿòèå ñèãíàëà ðåöåïòîðíîé îáëàñòüþ ãåíà ñ ïîñëåäóþùèì âûáîðîì îäíîãî èç àëüòåðíàòèâíûõ ðåæèìîâ ôóíêöèîíèðîâàíèÿ è (3) ïîääåðæàíèå âûáðàííîãî ñîñòîÿíèÿ â ðÿäó êëåòî÷íûõ ïîêîëåíèé ñ ïîìîùüþ ãåíåòè÷åñêèõ èëè âíåøíèõ ôàêòîðîâ, òàêèõ êàê òåìïåðàòóðà, ïëîòíîñòü ïîïóëÿöèè, íàëè÷èå ñèìáèîíòîâ è äð.
Âûäåëÿþò äâà îñíîâíûõ óðîâíÿ êîíòðîëÿ àêòèâàöèè è èíãèáèðîâàíèÿ ãåíîâ – õèìè÷åñêóþ ìîäèôèêàöèþ ÄÍÊ è êîíôîðìàöèîííûå èçìåíåíèÿ áåëêîâ-ãèñòîíîâ.
3. Õèìè÷åñêàÿ ìîäèôèêàöèÿ ÄÍÊ
Ñ ïîìîùüþ ìîäèôèêàöèè ó÷àñòêîâ ÄÍÊ íà íåé ïèøåòñÿ èíñòðóêöèÿ î òîì, êàêèå ãåíû äîëæíû ìîë÷àòü â äàííîì òèïå êëåòîê. Èíñòðóêöèÿ äîëæíà êîïèðîâàòüñÿ ïðè óäâîåíèè ÄÍÊ, òîãäà è äî÷åðíèå êëåòêè áóäóò «çíàòü», ÷òî êîíêðåòíûå ãåíû íå äîëæíû ðàáîòàòü.
Îäíèì èç íàèáîëåå õîðîøî èçó÷åííûõ ýïèãåíåòè÷åñêèõ ìåõàíèçìîâ ÿâëÿåòñÿ ìåòèëèðîâàíèå ÄÍÊ, ïðîõîäÿùåå, ÷àùå âñåãî, ïî 5-ìó óãëåðîäó öèòîçèíà. Ýòà ìîäèôèêàöèÿ ÄÍÊ èãðàåò çíà÷èòåëüíóþ ðîëü â ðåãóëÿöèè ýêñïðåññèè ãåíîâ ýóêàðèîò. 5′-íåòðàíñëèðóåìûå îáëàñòè ãåíîâ ñîäåðæàò ïîñëåäîâàòåëüíîñòè, îáîãàùåííûå CpG-ïàðàìè, òàê íàçûâàåìûå CpG-îñòðîâêè. Âî ìíîãèõ ñëó÷àÿõ èíàêòèâàöèÿ ãåíà äîñòèãàåòñÿ çà ñ÷åò ìåòèëèðîâàíèÿ ýòèõ ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé, ïðè÷åì òàêîå ñîñòîÿíèå ìîæåò ñòàáèëüíî ïîääåðæèâàòüñÿ â òå÷åíèå ìíîãèõ ïîêîëåíèé êëåòîê. Ìåòèëüíûå ãðóïïû íàðóøàþò âçàèìîäåéñòâèÿ ìåæäó ÄÍÊ è áåëêàìè, ïðåïÿòñòâóÿ òåì ñàìûì ñâÿçûâàíèþ òðàíñêðèïöèîííûõ ôàêòîðîâ. Êðîìå òîãî, ìåòèëèðîâàííûå ðàéîíû ÄÍÊ ìîãóò âçàèìîäåéñòâîâàòü ñ ðåïðåññîðàìè òðàíñêðèïöèè.
Ðèñ. 1 – Ìåòèëèðîâàíèå ìîëåêóëû ÄÍÊ ïî 5-ìó óãëåðîäó öèòîçèíà
 ðåçóëüòàòå òðàíñêðèïöèÿ ãåíîâ â ýòèõ ëîêóñàõ íå ïðîèñõîäèò. Ýòà ìîäèôèêàöèÿ íàñëåäóåòñÿ.  ðåçóëüòàòå ðåïëèêàöèè îäíà ìàòåðèíñêàÿ íèòü ñîäåðæèò 5-ìåòèëöèòîçèí, äî÷åðíÿÿ íèòü íå ìåòèëèðîâàíà (ïîëóìåòèëèðîâàííîå ñîñòîÿíèå). Ïåðåä î÷åðåäíîé ðåïëèêàöèåé ïîääåðæèâàþùàÿ ìåòèëàçà ïðîâåðÿåò åñòü ëè íà ñòàðîé öåïè ìåòèëüíûå ãðóïïû, åñëè åñòü, òî ôåðìåíò ìåòèëèðóåò öèòîçèí â êîìïëèìåíòàðíîì ó÷àñòêå äî÷åðíåé öåïè è òàêèì îáðàçîì, ãåíû ëîêàëèçîâàííûå â ýòîì ó÷àñòêå èíàêòèâèðóþòñÿ. (ìîë÷àùèå ãåíû).
Ðèñ. 2 – Ïåðåäà÷à ìåòèëèðîâàííîé ìàòåðèíñêîé íèòè ê äî÷åðíåé ìîëåêóëå ÄÍÊ
Ìåòèëèðîâàíèå ðàéîíà èíòðîíà ìîæåò íàîáîðîò îáåñïå÷èòü àêòèâíîñòü ãåíà â ðåçóëüòàòå ïðåïÿñòñâèÿ âçàèìîäåéñòâèþ ñ áåëêàìè ðåïðåññîðàìè.
Ðèñ. 3 – Èíãèáèðîâàíèå ýêñïðåññèè ãåíà ìåòèëèðîâàíèåì CpG-îñòðîâêà
Èçâåñòíî, ÷òî èíàêòèâàöèÿ îäíîé èç Õ-õðîìîñîì â æåíñêèõ ñîìàòè÷åñêèõ êëåòêàõ ïðîèñõîäèò çà ñ÷åò åå ãåòåðîõðîìàòèíèçàöèè. Ìåòèëèðîâàíèå öèòîçèíîâ â ãåòåðîõðîìàòèíèçèðîâàííîé Õ-õðîìîñîìå çàêðåïëÿåò ýòî ñîñòîÿíèå, êîòîðîå çàòåì óñòîé÷èâî ïåðåäàåòñÿ äî÷åðíèì êëåòêàì âî âñåõ ïîñëåäóþùèõ ïîêîëåíèÿõ.  èíàêòèâèðîâàííîé Õ-õðîìîñîìå ïîäàâëÿþùåå áîëüøèíñòâî ãåíîâ íàõîäÿòñÿ â ñîñòîÿíèè ìåòèëèðîâàíèÿ. Ðàçëè÷íûé õàðàêòåð ìåòèëèðîâàíèÿ àëëåëåé íåêîòîðûõ ãåíîâ â ìóæñêèõ è æåíñêèõ ïîëîâûõ êëåòêàõ îáúÿñíÿåò ôåíîìåí ãåíîìíîãî èìïðèíòèíãà.
Ãåíîìíûé èìïðèíòèíã – ýïèãåíåòè÷åñêèé ïðîöåññ, ïðè êîòîðîì ýêñïðåññèÿ îïðåäåë¸ííûõ ãåíîâ îñóùåñòâëÿåòñÿ â çàâèñèìîñòè îò òîãî, îò êàêîãî ðîäèòåëÿ ïîñòóïèëè àëëåëè. Îòäåëüíûì ãåíàì ñâîéñòâåí îïðåäåëåííûé ðèñóíîê ðàñïðåäåëåíèÿ ìåòèëèðîâàííûõ îñòàòêîâ.
 ðåçóëüòàòå èçáèðàòåëüíîãî ìåòèëèðîâàíèÿ îïðåäåëåííûõ ðàéîíîâ õðîìîñîì â ïðîöåññå ñïåðìàòîãåíåçà èëè îîãåíåçà ïðåêðàùàåòñÿ òðàíñêðèïöèÿ ðàñïîëîæåííûõ â ýòèõ ðàéîíàõ ãåíîâ. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ñóùåñòâóåò íå ìåíåå 100 ãåíîâ, ïîäâåðãàþùèõñÿ èìïðèíòèíãó, ïðè÷åì ýòè ãåíû ñãðóïïèðîâàíû â îïðåäåëåííûõ ðàéîíàõ õðîìîñîì.  íàñòîÿùåå âðåìÿ èäåíòèôèöèðîâàíî áîëåå 40 òàêèõ ãåíîâ. Èçâåñòíî âëèÿíèå íåêîòîðûõ îòöîâñêèõ è ìàòåðèíñêèõ ãåíîâ íà âåñ ïëîäà, ñòåïåíü ðàçâèòèÿ ïëàöåíòû è äðóãèå îñîáåííîñòè âíóòðèóòðîáíîãî ðàçâèòèÿ.  ìåäèöèíñêîé ãåíåòèêå âûäåëÿþò ãðóïïó áîëåçíåé ãåíîìíîãî èìïðèíòèíãà.
Ê òàêèì çàáîëåâàíèÿ îòíîñÿò ñèíäðîì Àíãåëüìàíà è Ïðàäåðà-Âèëëè. Ñèíäðîì Àíãåëüìàíà – ýòî çàáîëåâàíèå, ïðè êîòîðîì ïðîèñõîäèò äåëåöèÿ èëè íå ýêñïðåññèðóþòñÿ ãåíû ïëå÷à 15 õðîìîñîìû, ñòðàäàåò ìàòåðèíñêàÿ õðîìîñîìà. Ñèìïòîìû: çàäåðæêà â ðàçâèòèè, íàðóøåíèå ñíà, ÷àñòûé ñìåõ è óëûáêè. Ñèíäðîì Ïðàäåðà-Âèëëè – çàáîëåâàíèå ïðè êîòîðîì íå ýêñïðåññèðóåòñÿ îêîëî 7 ãåíîâ 15 õðîìîñîìû, óíàñëåäîâàííîé îò îòöà. Ñèìïòîìû: äèñïëàçèÿ òàçîáåäðåííûõ ñóñòàâîâ, îæèðåíèå, ïîíèæåííûé ìûøå÷íûé òîíóñ (ãèïîòîíóñ), ïîíèæåííàÿ êîîðäèíàöèÿ äâèæåíèé, ìàëåíüêèå êèñòè è ñòîïû, íèçêèé ðîñò, ïîâûøåííàÿ ñîíëèâîñòü.
4. Êîíôîðìàöèîííûå èçìåíåíèÿ áåëêîâ-ãèñòîíîâ
Êàê èçâåñòíî, ìîëåêóëà ÄÍÊ ýóêàðèîò ïëîòíî óïàêîâàíà â ìèêðîñêîïè÷åñêîì îáúåìå ÿäðà, íî ïðè ýòîì ñîõðàíÿåòñÿ âîçìîæíîñòü â íóæíûé ìîìåíò è â íóæíîé êîìáèíàöèè èçâëåêàòü èç ÄÍÊ íåîáõîäèìóþ èíôîðìàöèþ, îñóùåñòâëÿòü ýòè ïðîòèâîïîëîæíûå çàäà÷è ïîìîãàåò õðîìàòèí.
Õðîìàòèí – ÷ðåçâû÷àéíî ñëîæíûé è äèíàìè÷åñêèé êîìïëåêñ, â ñîñòàâ êîòîðîãî âõîäÿò ÄÍÊ è áåëêè-ãèñòîíû, èìåííî õðîìàòèí ñëóæèò íîñèòåëåì ãåíåòè÷åñêîé èíôîðìàöèè, ó÷àñòâóþ â èçáèðàòåëüíîì è êîìáèíàòîðíîì èçâëå÷åíèè èíôîðìàöèè èç ÄÍÊ.  çàâèñèìîñòè îò ïëîòíîñòè óïàêîâêè ðàçëè÷àþò: 1) ãåòåðîõðîìàòèí – ïëîòíî óïàêîâàííûé, õîðîøî âèäåí ïîä ìèêðîñêîïîì, ÄÍÊ íå òðàíñêðèáèðóåòñÿ. Âñòðå÷àåòñÿ êîíñòèòóòèâíûé (îäèíàêîâ âî âñåõ òèïàõ êëåòîê) è ôàêóëüòàòèâíûé (îòëè÷àåòñÿ â ðàçíûõ òèïàõ êëåòîê) ãåòåðîõðîìàòèí. 2) ýóõðîìàòèí – íåïëîòíî óïàêîâàííûé, ñëàáî çàìåòåí ïîä ìèêðîñêîïîì, õàðàêòåðèçóåòñÿ òðàíñêðèïöèîííîé àêòèâíîñòüþ. Ñîñòàâëÿþùåé åäèíèöåé õðîìàòèíà ÿâëÿåòñÿ íóêëåîñîìà. Èìåííî íóêëåîñîìà ñîñòîèò èç áåêîâ-ãèñòîíîâ è îïîÿñûâàþùåé èõ ìîëåêóëû ÄÍÊ.
Áåëêè-ãèñòîíû – íåáîëüøèå ïî ìîëåêóëÿðíîé ìàññå áåëêè ñ âûñîêèì ñîäåðæàíèåì ïîëîæèòåëüíî çàðÿæåííûõ àìèíîêèñëîòíûõ îñòàòêîâ – ëèçèíîâ è àðãèíèíîâ. Îòêðûòû À. Êîññåëåì â 1884 ãîäó. Ìîëåêóëà ãèñòîíà ñîñòîèò èç öåíòðàëüíîãî ñòðóêòóðèðîâàííîãî òðåõñïèðàëüíîãî äîìåíà è äâóõ íåñòðóêòóðèðîâàííûõ N – è Ñ – õâîñòîâ. Ñóùåñòâóåò ïÿòü òèïîâ ãèñòîíîâ: Í1, Í2À, Í2Â, Í3 è Í4.
Ðèñ. 4 – Ñòðîåíèå íóêëåîñîìû
Êàê âèäíî íà ðèñóíêå, íóêëåîñîìà ñîñòîèò èç âîñüìè ìîëåêóë ãèñòîíîâ: áîãàòûå ëèçèíîì (Í2À)2 è (Í2Â)2 è áîãàòûå àðãèíèíîì (Í3)2 è (Í4)2, êîòîðûå îáðàçóþò îêòîìåð, âîêðóã êîòîðîãî íàâèâàåòñÿ ìîëåêóëà ÄÍÊ. Í1-ëèíêåðíûé ãèñòîí, îí ñâÿçûâàåòñÿ ñ ìåæíóêëåîñîìíîé ÄÍÊ.
 ðåçóëüòàòå óêëàäêè ãèñòîíîâ, îáðàçóåòñÿ 14 ìîòèâîâ – áåëêîâûõ ñòðóêòóð, ðàñïîëîæåííûõ íà ïîâåðõíîñòè ãèñòîíîâ. Ìîòèâû ñîäåðæàò ÀÊ+, êîòîðûå îáåñïå÷èâàþò êîíòàêò ñ îòðèöàòåëüíî çàðÿæåííûìè ôîñôàòàìè îñòîâà ÄÍÊ. 14 áîðîçäîê ÄÍÊ âòÿãèâàþò â ñåáÿ 14 ìîòèâîâ, òåì ñàìûì ìîëåêóëà ÄÍÊ æåñòêî ôèêñèðóåòñÿ íà ïîâåðõíîñòè ãèñòîíîâ.
Õâîñòû ãèñòîíîâ âûõîäÿò íà ïîâåðõíîñòü õðîìàòèíîâîé ôèáðèëëû, îíè ó÷àñòâóþò â ìåæíóêëåîñîìíîì âçàèìîäåéñòâèè, îíè î÷åíü ïîäâèæíû è ïîäâåðãàþòñÿ ìíîãî÷èñëåííûì ìîäèôèêàöèÿì: àöåòèëèðîâàíèå (Ëèçèí (Ê)),ôîñôîëèðèðîâàíèå (Òðåîíèí (Ò), ñåðèí (S)), ìåòèëèðîâàíèå (Ëèçèí (Ê), Àðãèíèí (R)), óáèêâèòèíèëèðîâàíèå (Ëèçèí (Ê)), ADP-ðèáîçèëèðîâàíèå, ñóìîèëèðîâàíèå.
Ðèñ. 5 – Õâîñòû ãèñòîíîâ, ïîäâåðãàþùèåñÿ ìîäèôèêàöèÿì
Àöåòèëèðîâàíèå ãèñòîíîâûõ õâîñòîâ ñíèæàåò ïîëîæèòåëüíûé çàðÿä ãèñòîíîâ, íåéòðàëèçóåò ëèçèí(+), òåì ñàìûì óìåíüøàÿ ïðèòÿæåíèå ìåæäó ãèñòîíàìè è ÄÍÊ. Âåäåò ê àêòèâàöèè òðàíñêðèïöèè ãåíîâ. Ôîñôîëèðèðîâàíèå ãèñòîíîâ ñîâïàäàåò ñ íà÷àëîì ìèòîçà, êîòîðûé íà÷èíàåòñÿ ñ ôîñôîðèëèðîâàíèÿ ëèíêåðíîãî ãèñòîíà H1. Õâîñòû (N-êîíöåâûå ÷àñòè) êîðîâûõ ãèñòîíîâ ïîäâåðãàþòñÿ ôîñôîðèëèðîâàíèþ âî âðåìÿ äåëåíèÿ êëåòêè. Ìåòèëèðîâàíèå – íå èçìåíÿåò çàðÿä ãèñòîíîâ, ñóùåñòâóåò ìîíî-,äè- è òðèìåòèëèðîâàíèå. Ìîäèôèêàöèè õâîñòîâ ãèñòîíîâûõ áåëêîâ âëèÿþò íà óïàêîâêó õðîìàòèíà, íà åãî ïîâåäåíèå ïðè àêòèâàöèè ãåíîâ, èõ ðåïðåññèè è ìíîãèõ äðóãèõ ïðîöåññîâ, ñâÿçàííûõ ñ äîñòóïîì ê ÄÍÊ. Íàèáîëåå ðàçðàáîòàííîé ìîäåëüþ ôóíêöèîíèðîâàíèÿ õðîìàòèíà ñ÷èòàåòñÿ «ãèñòîíîâûé êîä».
«Ãèñòîíîâûé êîä» – ðàçíîîáðàçíûé íàáîð ìîäèôèêàöèé ãèñòîíîâûõ õâîñòîâ, êîòîðûé ìîæíî öåëåíàïðàâëåíî ìåíÿòü è ïåðåäàâàòü ïî íàñëåäñòâó. Îí è îïðåäåëÿåò ôóíêöèîíàëüíîå ñîñòîÿíèå ãåíà. ßâëÿåòñÿ îñíîâíûì ýïèãåíåòè÷åñêèì ìåõàíèçìîì, êîíòðîëèðóþùèì âêëþ÷åíèå èëè âûêëþ÷åíèå ãåíîâ è ïåðåäà÷ó ýòîé ïðîãðàììû êîíòðîëÿ ïî íàñëåäñòâó îò êëåòêè ê êëåòêå.
1. Íèêîëüñêèé Â.È./Ãåíåòèêà: ó÷åáíîå ïîñîáèå äëÿ ñòóä. âûñø. ïåä. ó÷åá. çàâåäåíèé. – Ì.: Èçäàòåëüñêèé öåíòð «Àêàäåìèÿ» , 2010. – 256 ñ.
Ðàçìåùåíî íà Allbest.ur