Молекулярные основы наследственности.
Содержание книги
- Развитие представлений о сущности жизни. Определение жизни с позиций системного подхода.
- Особенности многоклеточной организации биосистем. Иерархические Уровни жизни (микросистемы, мезосистемы, макросистемы). Проявления главных свойств жизни на различных уровнях ее организации.
- Органические компоненты живых систем. Их значение в жизнедеятельности клетки.
- Молекулярные основы наследственности.
- Нуклеиновые кислоты, их строение и функции.
- Организация открытых биологических систем в пространстве и во времени. Поток информации, энергии и вещества в клетке, ультраструктуры их обеспечивающие.
- Энергетический обмен клетки. Этапы энергетического обмена. Химические свойства атф. Синтез атф.
- Особенности реализации прокариотических и эукариотических клеток. Основные компоненты эукариотической клетки.
- Морфология хромосом. Нуклеосомная модель строения хромосом. Основные положения хромосомной теории.
- Нуклеосомная модель строения хромосом
- Хромосома, её химических состав. Структурная организация хроматина. Гетерохроматин и эухроматин.
- Особенности хромосомной организации в зависимости от стадии клеточной пролиферации. Морфология хромосом. Правила хромосом.
- Воспроизведение на молекулярном уровне. Биологическое значение редупликации днк.
- Репарация днк как механизм поддержания генетического гомеостаза. Виды репарации.
- Главные механизмы митотического цикла, обеспечивающие поддержание генетического гомеостаза. Регуляция митоза. Результаты нарушений митоза.
- Размножение – универсальное свойство живых организмов. Мейоз – основа полового размножения. Цитологическая и цитогенетическая характеристика мейоза.
- Морфофунциональная организация зрелой яйцеклетки. Пространственная упорядоченность цитоплазмы яйца. Значение генома яйцеклетки для начальных стадий онтогенеза.
- Прогенез. Особенности репродукции мужских половых клеток. Строение сперматозоидов человека.
- Оплодотворение – начальный этап развития нового организма. Фазы оплодотворения. Биологическая сущность и значение процесса оплодотворения.
- Эмбриональный период индивидуального развития. Гаструляция как процесс формирования многослойного зародыша.
- Закономерности постэмбрионального периода онтогенеза человека (рост, формирование дефинитивных структур, половое созревание, репродукция, старение).
- Постэмбриональный этап онтогенеза. Формирование совокупности половых признаков, их гормональное обеспечение. Половое созревание.
- Упорядоченность хода эмбриогенеза. Генетические и клеточные механизмы дифференцировки.
- Социальная и биологическая составляющая здоровья и смертности в популяциях людей. Влияние генетических факторов, условий и образа жизни на ее продолжительность. Проблемы долголетия.
- Старение как закономерный этап онтогенеза. Проявления старения на молекулярно-генетическом, клеточном, тканевом и организменном уровнях.
- Фаза терминации, или завершения синтеза полипептида.
- Международная программа «геном человека» - энциклопедия молекулярной биологии 21 века.
- Этапы реализации генетической информации. Биосинтез белка как процесс реализации наследственной информации.
- Этапы реализации генетической информации. Посттранскрипционные процессы в клетке. Процессинг. Механизм осуществления, ферментативное обеспечение, значение для биосинтеза белка.
- Генные (точечные) и геномные, хромосомные аберрации.
- Генотип – сбалансированная система взаимодействующих генов. Медицинские аспекты аллельного и неаллельного взаимодействия генов.
- Митохондриальная наследственность. Митохондриальные болезни человека.
- Мутации. Причина возникновения мутаций. Мутагены, их классификация.
- Мутационный груз, его биологическая сущность и значение. Антимутагенные механизмы.
- Рекомбинация наследственного материала, её медицинское значение. Комбинативная изменчивость и её механизмы.
- Характеристика хромосом человека
- Геномные мутации, причины и механизмы их возникновения. Классификация и значение геномных мутаций. Нарушения мейоза и митоза как механизмы возникновения генеративных и соматических мутаций.
- Пол – важнейшая фенотипическая характеристика организма. Генетические механизмы формирования пола.
- Половые генетические и соматические аномалии. Причины и механизмы возникновения.
- Мутации нарушающие гаметогенез и формирование гонад.
- Молекулярные основы генных и мультифакториальных заболеваний человека.
- Стратегия идентификации генов наследственных болезней человека.
- Методы ДНК-диагностики. Использование ПЦР в медицинской диагностике.
- Генная терапия. Особенности лечения наиболее тяжелых наследственных мультифакториальных заболеваний.
- Особенности воздействия лекарственных средств на фенотипы с различным типом метаболизма.
- Особенности популяционной генетики человека. Генетическая структура популяции. Генофонд популяции.
- Мутационный процесс и генетическая комбинаторика в формировании генетической гетерогенной популяции. Генетический полиморфизм.
- Человек как объект изучения наследственности. Современные методы диагностики наследственных заболеваний человека.
- Основные принципы и задачи медико-генетического консультирования.
- Экологические аспекты радиационной биологии.
Основоположники молекулярной генетики
Кольцов Николай Константинович
Вавилов Николай Иванович
Тимофеев-Ресовский Николай Владимирович
Закон гомологических рядов Вавилова: сходные организмы имеют сходные мутации.
Официальная дата появления генетики 1900 г – переоткрытие законов Менделя, де Фриза, Корренса, Чермака
После повторного открытия законов Менделя началось интенсивное исследование наследственности. Наука получила название, менделеевскую единицу наследственности стали называть геном (Гансен, 1909 г).
1911 г – Т. Морган, Бриднес, Стертевант
В начале 20 века генетика в СССР развивалась
Советский ученый Андрей Николаевич Белозерский впервые доказал, что в состав хромосом входит ДНК.
Филиппов, Георгий Адамович Надсон получили искусственные мутации
Вавилов установил, что у родственных организмов возникают схожие мутации
Н. К. Кольцов, Четвериков изучали механизмы возникновения мутаций.
Н. К. Кольцов 1927 г выдвинул гипотезу о матричном синтезе молекул жизни: «переносчиком наследственной информации являются биополимерные молекулы»
Н. В. Тимофеев-Ресовский считал: ген – материальная частица
Этапы развития генетики:
1) Мендель (организменный уровень)
2) Т. Морган (клеточный уровень)
3) Молекулярный уровень – современность.
Несмотря на усиленное развитие, основная концепция (концепция гена) оставалась лишенной материального содержания.
1869 г Мишер выделил нуклеиновые кислоты. Это послужило мощным стимулом к изучению их строения и химического состава.
1951 г американский биохимик Эдвин Чаргафф впервые проанализировал нуклеотидный состав нуклеиновых кислот.
На основании проделанной работы современная молекулярная биология считает, что ДНК состоит из 4х азотистых оснований, углевода – дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты.
Тимин и цитозин относятся к классу пиримидиновых оснований. Аденин и гуанин – пуриновые основания.
Такое разделение связано с особенностью структур:
· Первичная – порядок расположения нуклеотидов
· Вторичная – водородная и ковалентная связь
· Третичная – молекула ДНК в гистонах (белках)
Отдельные основания связаны углеводно-фосфадными связями (прочная ковалентная связь)
Детальное устройство молекул ДНК стало понятно через 90 лет после открытия.
24 апреля 1953 года в английском журнале «Nature» было опубликовано письмо молодых ученых Дж. Уотсона (биохимик) и Ф. Крика. 900 слов: «Мы хотели бы предложить свои соображения по поводу структуры ДНК. Эта структура имеет новые свойства, которые представляют биологический интерес».
Человек – открытая термодинамическая система.
1951 г. Неаполь, Дж. Уотсон встретился с англичанином Моррисом Уилкинсом – нобелевские лауреаты!!!
Уилкинсон с коллегой Розалиндой Франклин проводил в Кембридже рентгено – структурный анализ ДНК и определил, что молекула скорее всего спираль. Уотсон переехал в Кембридж, в лабораторию Перутся (???), где познакомился с Ф. Криком. Они совместными усилиями пытались понять, как утроена ДНК. В распоряжении исследователей были фото, рентгеноструктуры анализа, полученного Р. Франклин.
Эдвин Чаргафф сформулировал правило, согласно которому в ДНК число А=Т, Ц=Г. Согласно «научной фантазии» Дж. Уотсона и Ф. Крика молекула ДНК должна состоять из 2х гигантских полимерных цепочек, звенья каждого полимера состоят из нуклеотидов. Нуклеотид состоит из углевода (дезоксирибоза), остатка фосфорной кислоты и азотистых оснований. Последовательность звеньев любая, но связана с последовательностью другой цепочки. Две полимерные цепи закручиваются в правильную двойную спираль, удерживающуюся водородными связями. Последовательность звеньев – первичная структура. Двойная спираль – вторичная структура.
Нилс Бор (физик, открыл строение атома): «здесь, в Кембридже, произошло быть может, самое выдающееся после книги Дарвина событие в биологии. Уотсон и Крик раскрыли структуру гена» Дельбрук – Бору.
С. Дали: «открытие молекулы ДНК является для меня доказательством Бога»
В историческом масштабе открытие ДНК сопоставимо с открытием структуры атома (появление квантовой физики). Открытие ДНК привело к появлению молекулярной биологии.
|
