O código genético é uma forma de codificar a sequência de aminoácidos em uma molécula de proteína usando a sequência de nucleotídeos em uma molécula de ácido nucleico. As propriedades do código genético decorrem das características dessa codificação.

Cada aminoácido de uma proteína está associado a três nucleotídeos de ácidos nucleicos sucessivos - trio, ou códon. Cada um dos nucleotídeos pode conter uma das quatro bases nitrogenadas. No RNA é adenina(UMA) uracila(VOCÊ) guanina(G) citosina(C). Ao combinar bases nitrogenadas de diferentes maneiras (neste caso, nucleotídeos que as contêm), você pode obter muitos tripletos diferentes: AAA, GAU, UCC, GCA, AUC, etc. O número total de combinações possíveis é 64, ou seja, 4 3 .

As proteínas dos organismos vivos contêm cerca de 20 aminoácidos. Se a natureza "concebesse" codificar cada aminoácido não com três, mas com dois nucleotídeos, a variedade desses pares não seria suficiente, pois haveria apenas 16 deles, ou seja, 4 2 .

Por isso, a principal propriedade do código genético é o seu tripleto. Cada aminoácido é codificado por um trio de nucleotídeos.

Uma vez que existem significativamente mais trigêmeos diferentes do que aminoácidos usados ​​em moléculas biológicas, uma propriedade como redundância Código genético. Muitos aminoácidos começaram a ser codificados não por um códon, mas por vários. Por exemplo, o aminoácido glicina é codificado por quatro códons diferentes: GGU, GGC, GGA, GGG. A redundância também é chamada degeneração.

A correspondência entre aminoácidos e códons é refletida na forma de tabelas. Por exemplo, estes:

Em relação aos nucleotídeos, o código genético tem a seguinte propriedade: singularidade(ou especificidade): cada códon corresponde a apenas um aminoácido. Por exemplo, o códon GGU só pode codificar glicina e nenhum outro aminoácido.

Novamente. Redundância é sobre o fato de que vários trigêmeos podem codificar o mesmo aminoácido. Especificidade - cada códon específico pode codificar apenas um aminoácido.

Não há sinais de pontuação especiais no código genético (exceto para códons de parada que indicam o fim da síntese de polipeptídeos). A função dos sinais de pontuação é realizada pelos próprios trigêmeos - o fim de um significa que outro começará a seguir. Isso implica as seguintes duas propriedades do código genético: continuidade e não sobreposto. A continuidade é entendida como a leitura de trigêmeos imediatamente um após o outro. Não sobreposição significa que cada nucleotídeo pode fazer parte de apenas um tripleto. Assim, o primeiro nucleotídeo do próximo trio sempre vem após o terceiro nucleotídeo do trio anterior. Um códon não pode começar no segundo ou terceiro nucleotídeo do códon anterior. Em outras palavras, o código não se sobrepõe.

O código genético tem a propriedade universalidade. É o mesmo para todos os organismos da Terra, o que indica a unidade da origem da vida. Há exceções muito raras para isso. Por exemplo, alguns trigêmeos de mitocôndrias e cloroplastos codificam aminoácidos diferentes dos habituais. Isso pode indicar que, no início do desenvolvimento da vida, havia variações ligeiramente diferentes do código genético.

Finalmente, o código genético imunidade a ruídos, que é uma consequência de sua propriedade como redundância. Mutações pontuais, às vezes ocorrendo no DNA, geralmente resultam na substituição de uma base nitrogenada por outra. Isso altera o trio. Por exemplo, era AAA, depois da mutação tornou-se AAG. No entanto, tais alterações nem sempre levam a uma alteração do aminoácido no polipeptídeo sintetizado, uma vez que ambos os tripletos, devido à propriedade da redundância do código genético, podem corresponder a um aminoácido. Dado que as mutações são mais frequentemente prejudiciais, a propriedade de imunidade ao ruído é útil.

No metabolismo do corpo papel de liderança pertence às proteínas e ácidos nucleicos.
As substâncias proteicas formam a base de todas as estruturas celulares vitais, têm uma reatividade extraordinariamente alta e são dotadas de funções catalíticas.
Os ácidos nucleicos fazem parte do órgão mais importante da célula - o núcleo, bem como o citoplasma, ribossomos, mitocôndrias, etc. Os ácidos nucleicos desempenham um papel importante e primário na hereditariedade, variabilidade corporal e síntese de proteínas.

Plano síntese proteína é armazenada no núcleo da célula, e a síntese direta ocorre fora do núcleo, por isso é necessário serviço de entrega codificado plano do núcleo para o local de síntese. Este serviço de entrega é realizado por moléculas de RNA.

O processo começa em testemunho células: parte da "escada" do DNA se desenrola e se abre. Devido a isso, as letras de RNA formam ligações com as letras de DNA abertas de uma das fitas de DNA. A enzima transfere as letras do RNA para conectá-las em um fio. Assim, as letras do DNA são "reescritas" nas letras do RNA. A cadeia de RNA recém-formada é separada e a "escada" de DNA se torce novamente. O processo de ler informações do DNA e sintetizar seu molde de RNA é chamado de transcrição , e o RNA sintetizado é chamado de informativo ou i-RNA .

Após outras modificações, esse tipo de mRNA codificado está pronto. i-RNA sai do núcleo e vai para o local de síntese proteica, onde as letras i-RNA são decifradas. Cada conjunto de três letras de i-RNA forma uma "letra" que representa um determinado aminoácido.

Outro tipo de RNA procura esse aminoácido, captura-o com a ajuda de uma enzima e o entrega ao local da síntese proteica. Este RNA é chamado de RNA de transferência, ou tRNA. À medida que a mensagem de mRNA é lida e traduzida, a cadeia de aminoácidos cresce. Essa cadeia se torce e se dobra em uma forma única, criando um tipo de proteína. Até o processo de dobramento de proteínas é notável: usar um computador para calcular todas as opções levaria 1027 (!) anos para dobrar uma proteína de tamanho médio consistindo de 100 aminoácidos. E para a formação de uma cadeia de 20 aminoácidos no corpo, não leva mais de um segundo, e esse processo ocorre continuamente em todas as células do corpo.

Genes, código genético e suas propriedades.

Cerca de 7 bilhões de pessoas vivem na Terra. Exceto por 25-30 milhões de pares de gêmeos idênticos, então geneticamente todas as pessoas são diferentes : cada um é único, possui características hereditárias únicas, traços de caráter, habilidades, temperamento.

Tais diferenças são explicadas diferenças de genótipos- conjuntos de genes de um organismo; cada um é único. As características genéticas de um organismo particular são incorporadas em proteínas - consequentemente, a estrutura da proteína de uma pessoa difere, embora bastante, da proteína de outra pessoa.

Isso não significa que os humanos não têm exatamente as mesmas proteínas. Proteínas que desempenham as mesmas funções podem ser iguais ou muito ligeiramente diferentes em um ou dois aminoácidos uma da outra. Mas não existe na Terra de pessoas (com exceção de gêmeos idênticos), em que todas as proteínas seriam são os mesmos .

Informações sobre a estrutura primária de uma proteína codificado como uma sequência de nucleotídeos em uma seção de uma molécula de DNA, gene - uma unidade de informação hereditária de um organismo. Cada molécula de DNA contém muitos genes. A totalidade de todos os genes de um organismo compõe sua genótipo . Por isso,

Um gene é uma unidade de informação hereditária de um organismo, que corresponde a uma seção separada do DNA

A informação hereditária é codificada usando Código genético , que é universal para todos os organismos e difere apenas na alternância de nucleotídeos que formam genes e codificam proteínas de organismos específicos.

Código genético consiste em tripletos (tripletos) de nucleotídeos de DNA, combinados em diferentes sequências (AAT, HCA, ACG, THC, etc.), cada um dos quais codifica um aminoácido específico (que será construído na cadeia polipeptídica).

Na realidade código conta sequência de nucleotídeos em uma molécula de i-RNA , Porque remove informações do DNA (o processo transcrições ) e a traduz em uma sequência de aminoácidos nas moléculas de proteínas sintetizadas (processo transmissões ).
A composição do mRNA inclui nucleotídeos A-C-G-U, cujos trigêmeos são chamados códons : o tripleto CHT DNA no mRNA se tornará o tripleto HCA, e o tripleto AAG DNA se tornará o tripleto UUC. Exatamente códons de i-RNA reflete o código genético no registro.

Por isso, código genético - um sistema unificado para registrar informações hereditárias em moléculas de ácido nucleico na forma de uma sequência de nucleotídeos . O código genético é baseado no uso de um alfabeto composto por apenas quatro letras de nucleotídeos que diferem em bases nitrogenadas: A, T, G, C.

As principais propriedades do código genético:

1. Código genético trio. Um tripleto (códon) é uma sequência de três nucleotídeos que codifica um aminoácido. Como as proteínas contêm 20 aminoácidos, é óbvio que cada um deles não pode ser codificado por um nucleotídeo ( como existem apenas quatro tipos de nucleotídeos no DNA, neste caso, 16 aminoácidos permanecem não codificados). Dois nucleotídeos para codificar aminoácidos também não são suficientes, pois neste caso apenas 16 aminoácidos podem ser codificados. Isso significa que o menor número de nucleotídeos que codificam um aminoácido deve ser pelo menos três. Neste caso, o número de tripletos de nucleotídeos possíveis é 43 = 64.

2. Redundância (degeneração) O código é uma consequência de sua natureza tripleto e significa que um aminoácido pode ser codificado por vários tripletos (uma vez que são 20 aminoácidos e existem 64 tripletos), com exceção da metionina e do triptofano, que são codificados por apenas um trio. Além disso, alguns trigêmeos desempenham funções específicas: na molécula de mRNA, os trigêmeos UAA, UAG, UGA são códons de terminação, ou seja, Pare-sinais que interrompem a síntese da cadeia polipeptídica. O tripleto correspondente à metionina (AUG), situado no início da cadeia de DNA, não codifica um aminoácido, mas desempenha a função de iniciar (excitar) a leitura.

3. Sem ambiguidade code - junto com a redundância, o código tem a propriedade singularidade : cada códon corresponde apenas 1 aminoácido específico.

4. Colinearidade código, ou seja sequência de nucleotídeos em um gene exatamente corresponde à sequência de aminoácidos na proteína.

5. Código genético não sobreposto e compacto , ou seja, não contém "sinais de pontuação". Isso significa que o processo de leitura não permite a possibilidade de sobreposição de colunas (tríplices), e, a partir de um determinado códon, a leitura vai continuamente triplo a triplo até Pare-sinais ( códons de terminação).

6. Código genético universal , ou seja, os genes nucleares de todos os organismos codificam informações sobre proteínas da mesma forma, independentemente do nível de organização e da posição sistemática desses organismos.

Existir tabelas de código genético para descriptografia códons i-RNA e construção de cadeias de moléculas de proteínas.

Reacções de síntese de matrizes.

Nos sistemas vivos, existem reações desconhecidas na natureza inanimada - reações de síntese de matrizes.

O termo "matriz" em tecnologia denotam a forma utilizada para a fundição de moedas, medalhas, tipo tipográfico: o metal endurecido reproduz exatamente todos os detalhes da forma utilizada para a fundição. Síntese de matriz assemelha-se a um molde em uma matriz: novas moléculas são sintetizadas em estrita conformidade com o plano estabelecido na estrutura das moléculas já existentes.

O princípio matricial está no centro as reações sintéticas mais importantes da célula, como a síntese de ácidos nucléicos e proteínas. Nessas reações, é fornecida uma sequência exata e estritamente específica de unidades monoméricas nos polímeros sintetizados.

Este é o lugar onde direcional puxando monômeros para um local específico células - em moléculas que servem de matriz onde ocorre a reação. Se tais reações ocorressem como resultado de uma colisão aleatória de moléculas, elas ocorreriam infinitamente lentamente. A síntese de moléculas complexas com base no princípio da matriz é realizada com rapidez e precisão. O papel da matriz macromoléculas de ácidos nucléicos atuam em reações de matriz ADN ou ARN .

moléculas monoméricas, a partir do qual o polímero é sintetizado - nucleotídeos ou aminoácidos - de acordo com o princípio da complementaridade são dispostos e fixados na matriz em uma ordem estritamente definida e predeterminada.

Então vem "reticulação" de unidades de monômero em uma cadeia de polímero, e o polímero acabado é descartado da matriz.

Depois disso matriz pronta para a montagem de uma nova molécula de polímero. É claro que, assim como apenas uma moeda, uma letra pode ser lançada em um determinado molde, apenas um polímero pode ser "montado" em uma determinada molécula da matriz.

Tipo de matriz de reações- uma característica específica da química dos sistemas vivos. Eles são a base da propriedade fundamental de todos os seres vivos - sua capacidade de reproduzir sua própria espécie.

Reações de síntese de matriz

1. Replicação do DNA - replicação (de lat. replicatio - renovação) - o processo de síntese de uma molécula filha de ácido desoxirribonucleico na matriz da molécula de DNA parental. Durante a divisão subsequente da célula-mãe, cada célula-filha recebe uma cópia de uma molécula de DNA idêntica ao DNA da célula-mãe original. Este processo garante a transmissão precisa da informação genética de geração em geração. A replicação do DNA é realizada por um complexo enzimático complexo, consistindo de 15 a 20 proteínas diferentes, chamadas responsivo . O material para a síntese são os nucleotídeos livres presentes no citoplasma das células. O significado biológico da replicação está na transferência exata de informações hereditárias da molécula-mãe para as filhas, o que normalmente ocorre durante a divisão das células somáticas.

A molécula de DNA consiste em duas fitas complementares. Essas cadeias são mantidas juntas por ligações de hidrogênio fracas que podem ser quebradas por enzimas. A molécula de DNA é capaz de se duplicar (replicar) e uma nova metade dela é sintetizada em cada metade antiga da molécula.
Além disso, uma molécula de mRNA pode ser sintetizada em uma molécula de DNA, que então transfere a informação recebida do DNA para o local da síntese proteica.

A transferência de informação e a síntese de proteínas seguem um princípio matricial, comparável ao trabalho de uma impressora em uma gráfica. As informações do DNA são copiadas repetidamente. Se ocorrerem erros durante a cópia, eles serão repetidos em todas as cópias subsequentes.

É verdade que alguns erros na cópia de informações por uma molécula de DNA podem ser corrigidos - o processo de eliminação de erros é chamado reparações. A primeira das reações no processo de transferência de informação é a replicação da molécula de DNA e a síntese de novas fitas de DNA.

2. Transcrição (do latim transcriptio - reescrever) - o processo de síntese de RNA usando DNA como molde, ocorrendo em todas as células vivas. Em outras palavras, é a transferência de informação genética do DNA para o RNA.

A transcrição é catalisada pela enzima RNA polimerase dependente de DNA. A RNA polimerase se move ao longo da molécula de DNA na direção 3" → 5". A transcrição consiste em etapas iniciação, alongamento e terminação . A unidade de transcrição é o operon, um fragmento da molécula de DNA que consiste em promotor, fração transcrita e terminador . O i-RNA consiste em uma fita e é sintetizado no DNA de acordo com a regra da complementaridade com a participação de uma enzima que ativa o início e o fim da síntese da molécula de i-RNA.

A molécula de mRNA finalizada entra no citoplasma nos ribossomos, onde ocorre a síntese de cadeias polipeptídicas.

3. Transmissão (de lat. tradução- transferência, movimento) - o processo de síntese de proteínas a partir de aminoácidos na matriz de informação (matriz) RNA (mRNA, mRNA) realizado pelo ribossomo. Em outras palavras, este é o processo de tradução da informação contida na sequência de nucleotídeos do i-RNA na sequência de aminoácidos do polipeptídeo.

4. Transcrição reversa é o processo de formação de DNA de fita dupla com base em informações de RNA de fita simples. Esse processo é chamado de transcrição reversa, pois a transferência da informação genética ocorre no sentido “reverso” em relação à transcrição. A ideia da transcrição reversa foi inicialmente muito impopular, pois ia contra o dogma central da biologia molecular, que assumia que o DNA é transcrito em RNA e depois traduzido em proteínas.

No entanto, em 1970, Temin e Baltimore descobriram independentemente uma enzima chamada transcriptase reversa (revertase) , e a possibilidade de transcrição reversa foi finalmente confirmada. Em 1975, Temin e Baltimore receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina. Alguns vírus (como o vírus da imunodeficiência humana que causa a infecção pelo HIV) têm a capacidade de transcrever RNA em DNA. O HIV tem um genoma de RNA que se integra ao DNA. Como resultado, o DNA do vírus pode ser combinado com o genoma da célula hospedeira. A principal enzima responsável pela síntese de DNA a partir do RNA é chamada de reverter. Uma das funções da reversese é criar DNA complementar (cDNA) do genoma viral. A enzima associada ribonuclease cliva o RNA e a revertase sintetiza o cDNA a partir da dupla hélice do DNA. O cDNA é integrado ao genoma da célula hospedeira pela integrase. O resultado é síntese de proteínas virais pela célula hospedeira que formam novos vírus. No caso do HIV, a apoptose (morte celular) dos linfócitos T também é programada. Em outros casos, a célula pode permanecer como distribuidora de vírus.

A sequência de reações de matriz na biossíntese de proteínas pode ser representada como um diagrama.

Por isso, biossíntese de proteínas- este é um dos tipos de troca plástica, durante a qual a informação hereditária codificada nos genes do DNA é realizada em uma determinada sequência de aminoácidos em moléculas de proteína.

As moléculas de proteína são essencialmente cadeias polipeptídicas formados por aminoácidos individuais. Mas os aminoácidos não são ativos o suficiente para se conectarem por conta própria. Portanto, antes de se combinarem e formarem uma molécula de proteína, os aminoácidos devem ativar . Essa ativação ocorre sob a ação de enzimas especiais.

Como resultado da ativação, o aminoácido torna-se mais lábil e, sob a ação da mesma enzima, liga-se a t- RNA. Cada aminoácido corresponde a um t- RNA, que encontra "seu" aminoácido e perdura para dentro do ribossomo.

Portanto, o ribossomo recebe vários aminoácidos ativados ligados ao seu t- RNA. O ribossomo é como transportador para montar uma cadeia de proteínas a partir de vários aminoácidos que entram nela.

Simultaneamente com o t-RNA, no qual seu próprio aminoácido "senta", " sinal» do DNA que está contido no núcleo. De acordo com este sinal, uma ou outra proteína é sintetizada no ribossomo.

A influência direta do DNA na síntese de proteínas não é realizada diretamente, mas com a ajuda de um intermediário especial - matriz ou RNA mensageiro (mRNA ou i-RNA), que sintetizado no núcleo Não é influenciado pelo DNA, portanto, sua composição reflete a composição do DNA. A molécula de RNA é, por assim dizer, um molde da forma de DNA. O mRNA sintetizado entra no ribossomo e, por assim dizer, o transfere para essa estrutura plano- em que ordem os aminoácidos ativados que entram no ribossomo devem ser combinados entre si para sintetizar uma determinada proteína. Por outro lado, A informação genética codificada no DNA é transferida para o mRNA e depois para a proteína.

A molécula de mRNA entra no ribossomo e pisca sua. Aquele segmento dele que está atualmente no ribossomo é determinado códon (tríplice), interage de forma completamente específica com uma estrutura adequada para isso tripleto (anticódon) no RNA de transferência que trouxe o aminoácido para o ribossomo.

O RNA de transferência com seu aminoácido se aproxima de um certo códon de mRNA e conecta com ele; para o próximo local vizinho de i-RNA une outro tRNA com um aminoácido diferente e assim por diante até que toda a cadeia de i-RNA seja lida, até que todos os aminoácidos sejam encadeados na ordem apropriada, formando uma molécula de proteína. E o t-RNA, que entregou o aminoácido a um local específico da cadeia polipeptídica, livre de seu aminoácido e sai do ribossomo.

Então, novamente no citoplasma, o aminoácido desejado pode se juntar a ele e o transferirá novamente para o ribossomo. No processo de síntese de proteínas, não um, mas vários ribossomos, polirribossomos, estão envolvidos simultaneamente.

As principais etapas da transferência de informação genética:

1. Síntese no DNA como em um modelo de mRNA (transcrição)
2. Síntese da cadeia polipeptídica nos ribossomos de acordo com o programa contido no i-RNA (tradução) .

Os estágios são universais para todos os seres vivos, mas as relações temporais e espaciais desses processos diferem em pró e eucariotos.

No procariontes transcrição e tradução podem ocorrer simultaneamente porque o DNA está localizado no citoplasma. No eucarioto transcrição e tradução são estritamente separadas no espaço e no tempo: a síntese de vários RNAs ocorre no núcleo, após o que as moléculas de RNA devem deixar o núcleo, passando pela membrana nuclear. O RNA é então transportado no citoplasma para o local de síntese proteica.

Código genético- um sistema unificado para registrar informações hereditárias em moléculas de ácido nucleico na forma de uma sequência de nucleotídeos. O código genético é baseado no uso de um alfabeto composto por apenas quatro letras A, T, C, G, correspondentes aos nucleotídeos do DNA. Existem 20 tipos de aminoácidos no total. Dos 64 códons, três - UAA, UAG, UGA - não codificam aminoácidos, eram chamados de códons sem sentido, desempenham a função de sinais de pontuação. Codon (trinucleotídeo de codificação) - uma unidade do código genético, um tripleto de resíduos de nucleotídeos (triplet) em DNA ou RNA, codificando a inclusão de um aminoácido. Os genes em si não estão envolvidos na síntese de proteínas. O mediador entre o gene e a proteína é o mRNA. A estrutura do código genético é caracterizada pelo fato de ser tripleto, ou seja, composto por tripletos (triplos) de bases nitrogenadas do DNA, denominados códons. De 64

Propriedades do gene. código
1) Triplicidade: um aminoácido é codificado por três nucleotídeos. Esses 3 nucleotídeos no DNA
são chamados tripleto, em mRNA - códon, em tRNA - anticódon.
2) Redundância (degeneração): existem apenas 20 aminoácidos, e existem 61 trigêmeos codificando aminoácidos, então cada aminoácido é codificado por vários trigêmeos.
3) Singularidade: cada tripleto (códon) codifica apenas um aminoácido.
4) Universalidade: o código genético é o mesmo para todos os organismos vivos da Terra.
5.) continuidade e indiscutibilidade dos códons durante a leitura. Isso significa que a sequência de nucleotídeos é lida triplo por triplo sem lacunas, enquanto os trigêmeos vizinhos não se sobrepõem.

88. Hereditariedade e variabilidade são as propriedades fundamentais dos vivos. Compreensão darwiniana dos fenômenos de hereditariedade e variabilidade.
hereditariedade chamado de propriedade comum de todos os organismos para preservar e transmitir características de pais para filhos. Hereditariedade- esta é a propriedade dos organismos de reproduzir em gerações um tipo semelhante de metabolismo que se desenvolveu no processo de desenvolvimento histórico da espécie e se manifesta sob certas condições ambientais.
Variabilidade há um processo de surgimento de diferenças qualitativas entre indivíduos de uma mesma espécie, que se expressa tanto em uma mudança sob a influência do ambiente externo de apenas um fenótipo, quanto em variações hereditárias geneticamente determinadas resultantes de combinações, recombinações e mutações que ocorrem em várias gerações e populações sucessivas.
Compreensão darwiniana de hereditariedade e variabilidade.
Sob hereditariedade Darwin compreendeu a capacidade dos organismos de preservar suas espécies, características varietais e individuais em sua prole. Essa característica era bem conhecida e representava variabilidade hereditária. Darwin analisou em detalhes a importância da hereditariedade no processo evolutivo. Ele chamou a atenção para casos de híbridos monocromáticos da primeira geração e divisão de caracteres na segunda geração, ele estava ciente da hereditariedade associada ao sexo, atavismos híbridos e uma série de outros fenômenos de hereditariedade.
Variabilidade. Comparando muitas raças de animais e variedades de plantas, Darwin notou que dentro de qualquer espécie de animal e planta, e na cultura, dentro de qualquer variedade e raça, não existem indivíduos idênticos. Darwin concluiu que todos os animais e plantas são caracterizados pela variabilidade.
Analisando o material sobre a variabilidade dos animais, o cientista percebeu que qualquer mudança nas condições de detenção é suficiente para causar variabilidade. Assim, por variabilidade, Darwin entendia a capacidade dos organismos de adquirir novas características sob a influência das condições ambientais. Ele distinguiu as seguintes formas de variabilidade:
Certa variabilidade (grupo)(agora chamado modificação) - uma mudança semelhante em todos os indivíduos da prole em uma direção devido à influência de certas condições. Certas alterações geralmente não são hereditárias.
Variabilidade individual incerta(agora chamado genotípico) - o aparecimento de várias pequenas diferenças em indivíduos da mesma espécie, variedade, raça, pelas quais, existindo em condições semelhantes, um indivíduo difere dos outros. Essa variabilidade multidirecional é consequência da influência indefinida das condições de existência sobre cada indivíduo.
Correlativo(ou relativa) variabilidade. Darwin entendia o organismo como um sistema integral, cujas partes individuais estão intimamente interconectadas. Portanto, uma mudança na estrutura ou função de uma parte geralmente causa uma mudança em outra ou em outras. Um exemplo de tal variabilidade é a relação entre o desenvolvimento de um músculo funcional e a formação de uma crista no osso ao qual está ligado. Em muitas aves pernaltas, existe uma correlação entre o comprimento do pescoço e o comprimento dos membros: as aves de pescoço longo também têm membros longos.
A variabilidade compensatória consiste no fato de que o desenvolvimento de alguns órgãos ou funções é muitas vezes a causa da opressão de outros, ou seja, observa-se uma correlação inversa, por exemplo, entre a oleosidade e a carnosidade do gado.

89. Variabilidade de modificação. A taxa de reação de características geneticamente determinadas. Fenocópias.
Fenotípico variabilidade abrange mudanças no estado de sinais diretos que ocorrem sob a influência de condições de desenvolvimento ou fatores ambientais. A faixa de variabilidade de modificação é limitada pela taxa de reação. A mudança de modificação específica resultante em uma característica não é herdada, mas o alcance da variabilidade de modificação é devido à hereditariedade.Neste caso, o material hereditário não está envolvido na mudança.
taxa de reação- este é o limite da variabilidade de modificação do traço. A taxa de reação é herdada, não as modificações em si, ou seja, a capacidade de desenvolver um traço, e a forma de sua manifestação depende das condições ambientais. A velocidade de reação é uma característica quantitativa e qualitativa específica do genótipo. Existem sinais com uma ampla norma de reação, uma estreita () e uma norma inequívoca. taxa de reação tem limites ou fronteiras para cada espécie biológica (inferior e superior) - por exemplo, o aumento da alimentação levará a um aumento na massa do animal, porém, estará dentro da reação normal característica desta espécie ou raça. A taxa de reação é geneticamente determinada e herdada. Para características diferentes, os limites da norma de reação variam muito. Por exemplo, o valor da produção de leite, a produtividade de cereais e muitas outras características quantitativas têm limites amplos da norma de reação, limites estreitos - a intensidade da cor da maioria dos animais e muitas outras características qualitativas. Sob a influência de alguns fatores prejudiciais que uma pessoa não encontra no processo de evolução, exclui-se a possibilidade de variabilidade de modificação, que determina as normas da reação.
Fenocópias- alterações no fenótipo sob a influência de fatores ambientais desfavoráveis, semelhantes em manifestação a mutações. As modificações fenotípicas resultantes não são herdadas. Foi estabelecido que a ocorrência de fenocópias está associada à influência de condições externas em um certo estágio limitado de desenvolvimento. Além disso, o mesmo agente, dependendo da fase em que atua, pode copiar mutações diferentes, ou um estágio reage a um agente, outro a outro. Diferentes agentes podem ser usados ​​para evocar a mesma fenocópia, indicando que não há relação entre o resultado da mudança e o fator influenciador. Os distúrbios genéticos do desenvolvimento mais complexos são relativamente fáceis de reproduzir, enquanto é muito mais difícil copiar os sinais.

90. Natureza adaptativa da modificação. O papel da hereditariedade e do ambiente no desenvolvimento, treinamento e educação de uma pessoa.
A variabilidade da modificação corresponde às condições do habitat, tem um caráter adaptativo. Características como o crescimento de plantas e animais, seu peso, cor, etc. estão sujeitas à variabilidade de modificação. A ocorrência de alterações de modificação se deve ao fato de que as condições ambientais afetam as reações enzimáticas que ocorrem no organismo em desenvolvimento e, em certa medida, alteram seu curso.
Como a manifestação fenotípica da informação hereditária pode ser modificada pelas condições ambientais, apenas a possibilidade de sua formação dentro de certos limites, chamada de norma de reação, está programada no genótipo do organismo. A taxa de reação representa os limites da variabilidade de modificação de uma característica permitida para um determinado genótipo.
O grau de expressão do traço durante a implementação do genótipo em várias condições é chamado de expressividade. Está associado à variabilidade da característica dentro da faixa normal da reação.
A mesma característica pode aparecer em alguns organismos e estar ausente em outros que possuem o mesmo gene. A medida quantitativa da expressão fenotípica de um gene é chamada de penetrância.
Expressividade e penetrância são apoiadas pela seleção natural. Ambos os padrões devem ser mantidos em mente ao estudar a hereditariedade em humanos. Alterando as condições ambientais, a penetrância e a expressividade podem ser influenciadas. O fato de um mesmo genótipo poder ser a fonte do desenvolvimento de diferentes fenótipos é de grande importância para a medicina. Isso significa que sobrecarregado não precisa necessariamente aparecer. Muito depende das condições em que a pessoa se encontra. Em alguns casos, a doença como manifestação fenotípica de informação hereditária pode ser prevenida por dieta ou medicamentos. A implementação das informações hereditárias depende do meio ambiente.Formadas a partir de um genótipo historicamente estabelecido, as modificações são geralmente de natureza adaptativa, pois são sempre o resultado de respostas de um organismo em desenvolvimento aos fatores ambientais que o afetam. Uma natureza diferente das mudanças mutacionais: elas são o resultado de mudanças na estrutura da molécula de DNA, o que causa uma violação no processo de síntese proteica previamente estabelecido. quando os camundongos são mantidos em temperaturas elevadas, seus filhotes nascem com caudas alongadas e orelhas alargadas. Tal modificação é de natureza adaptativa, uma vez que as partes salientes (cauda e orelhas) desempenham um papel termorregulador no corpo: um aumento em sua superfície permite um aumento na transferência de calor.

O potencial genético humano é limitado no tempo e muito severamente. Se você perder o período de socialização inicial, ele desaparecerá sem ter tempo para ser percebido. Um exemplo marcante dessa afirmação são os numerosos casos em que bebês, por força das circunstâncias, caíram na selva e passaram vários anos entre os animais. Após seu retorno à comunidade humana, eles não conseguiram recuperar totalmente: dominar a fala, adquirir habilidades bastante complexas da atividade humana, suas funções mentais de uma pessoa não se desenvolveram bem. Isso é uma evidência de que os traços característicos do comportamento e da atividade humana são adquiridos apenas pela herança social, apenas pela transmissão de um programa social no processo de educação e treinamento.

Genótipos idênticos (em gêmeos idênticos), estando em ambientes diferentes, podem dar fenótipos diferentes. Levando em conta todos os fatores de influência, o fenótipo humano pode ser representado como composto por vários elementos.

Esses incluem: inclinações biológicas codificadas em genes; meio ambiente (social e natural); a atividade do indivíduo; mente (consciência, pensamento).

A interação da hereditariedade e do ambiente no desenvolvimento de uma pessoa desempenha um papel importante ao longo de sua vida. Mas adquire especial importância durante os períodos de formação do organismo: embrionário, infantil, infantil, adolescente e juvenil. É neste momento que se observa um intenso processo de desenvolvimento do corpo e formação da personalidade.

A hereditariedade determina o que um organismo pode se tornar, mas uma pessoa se desenvolve sob a influência simultânea de ambos os fatores - hereditariedade e ambiente. Hoje é geralmente reconhecido que a adaptação humana é realizada sob a influência de dois programas de hereditariedade: biológico e social. Todos os sinais e propriedades de qualquer indivíduo são o resultado da interação de seu genótipo e ambiente. Portanto, cada pessoa é tanto uma parte da natureza quanto um produto do desenvolvimento social.

91. Variabilidade combinatória. O valor da variabilidade combinativa na garantia da diversidade genotípica das pessoas: Sistemas de casamentos. Aspectos genéticos médicos da família.
Variabilidade de combinação associada à obtenção de novas combinações de genes no genótipo. Isso é obtido como resultado de três processos: a) divergência independente de cromossomos durante a meiose; b) sua combinação aleatória durante a fertilização; c) recombinação gênica devido ao Crossing over. Os fatores hereditários (genes) em si não mudam, mas surgem novas combinações deles, o que leva ao aparecimento de organismos com outras propriedades genotípicas e fenotípicas. Devido à variabilidade combinatória uma variedade de genótipos é criada na prole, o que é de grande importância para o processo evolutivo devido ao fato de que: 1) a diversidade de material para o processo evolutivo aumenta sem reduzir a viabilidade dos indivíduos; 2) as possibilidades de adaptação dos organismos às mudanças nas condições ambientais estão se expandindo e, assim, garantindo a sobrevivência de um grupo de organismos (populações, espécies) como um todo

A composição e a frequência dos alelos nas pessoas, nas populações, dependem em grande parte dos tipos de casamento. Nesse sentido, o estudo dos tipos de casamento e suas consequências médicas e genéticas é de grande importância.

Os casamentos podem ser: eleitoral, indiscriminado.

Ao indiscriminado incluem casamentos panmix. panmixia(grego nixis - mistura) - casamentos entre pessoas com genótipos diferentes.

Casamentos seletivos: 1. Outbreeding- casamentos entre pessoas que não possuem vínculos familiares de acordo com um genótipo previamente conhecido, 2. Endogamia- casamentos entre parentes 3. Positivamente seletivo- casamentos entre indivíduos com fenótipos semelhantes entre eles (surdo e mudo, baixo com baixo, alto com alto, débil mental com débil mental, etc.). 4. Negativo-sortativo- casamentos entre pessoas com fenótipos diferentes (surdo-mudo-normal; baixo-alto; normal-com sardas, etc.). 4. Incesto- casamentos entre parentes próximos (entre irmão e irmã).

Os casamentos consanguíneos e incestuosos são proibidos por lei em muitos países. Infelizmente, existem regiões com alta frequência de casamentos consanguíneos. Até recentemente, a frequência de casamentos consanguíneos em algumas regiões da Ásia Central atingiu 13-15%.

Importância genética médica casamentos consanguíneos é altamente negativo. Em tais casamentos, observa-se a homozigose, a frequência de doenças autossômicas recessivas aumenta em 1,5-2 vezes. Populações endogâmicas apresentam depressão por endogamia; a frequência aumenta acentuadamente, a frequência de alelos recessivos desfavoráveis ​​aumenta e a mortalidade infantil aumenta. Os casamentos seletivos positivos também levam a fenômenos semelhantes. Outbreeding tem um valor genético positivo. Em tais casamentos, observa-se a heterozigose.

92. Variabilidade mutacional, classificação das mutações de acordo com o nível de alteração na lesão do material hereditário. Mutações em células sexuais e somáticas.
mutação chamada de mudança devido à reorganização das estruturas de reprodução, uma mudança em seu aparato genético. As mutações ocorrem abruptamente e são herdadas. Dependendo do nível de mudança no material hereditário, todas as mutações são divididas em genética, cromossômica e genômico.
Mutações genéticas, ou transgerações, afetam a estrutura do próprio gene. As mutações podem alterar seções da molécula de DNA de diferentes comprimentos. A menor área, cuja mudança leva ao aparecimento de uma mutação, é chamada de muton. Ele só pode ser composto de um par de nucleotídeos. Uma mudança na sequência de nucleotídeos no DNA causa uma mudança na sequência de trigêmeos e, em última análise, um programa para a síntese de proteínas. Deve-se lembrar que distúrbios na estrutura do DNA levam a mutações somente quando o reparo não é realizado.
Mutações cromossômicas, rearranjos ou aberrações cromossômicas consistem em uma mudança na quantidade ou redistribuição do material hereditário dos cromossomos.
As reorganizações são divididas em nutricromossômico e intercromossômico. Os rearranjos intracromossômicos consistem na perda de uma parte do cromossomo (deleção), duplicação ou multiplicação de algumas de suas seções (duplicação), virando um fragmento cromossômico em 180° com alteração na sequência dos genes (inversão).
Mutações genômicas associada a uma alteração no número de cromossomas. Mutações genômicas incluem aneuploidia, haploidia e poliploidia.
Aneuploidia chamada de mudança no número de cromossomos individuais - a ausência (monossomia) ou a presença de cromossomos adicionais (trissomia, tetrassomia, em geral polissomia), ou seja, um conjunto de cromossomos desequilibrado. As células com um número alterado de cromossomos aparecem como resultado de distúrbios no processo de mitose ou meiose e, portanto, distinguem entre aneuploidia mitótica e meiótica. Uma diminuição múltipla no número de conjuntos de cromossomos de células somáticas em comparação com um diplóide é chamado de haploidia. A atração múltipla do número de conjuntos de cromossomos de células somáticas em comparação com o diplóide é chamada poliploidia.
Esses tipos de mutações são encontrados tanto em células germinativas quanto em células somáticas. As mutações que ocorrem nas células germinativas são chamadas de gerador. Eles são passados ​​para as gerações seguintes.
Mutações que ocorrem nas células do corpo em um estágio particular do desenvolvimento individual de um organismo são chamadas de somático. Tais mutações são herdadas pelos descendentes apenas da célula em que ocorreram.

93. Mutações genéticas, mecanismos moleculares de ocorrência, frequência de mutações na natureza. Mecanismos biológicos de antimutação.
A genética moderna enfatiza que mutações genéticas consistem em alterar a estrutura química dos genes. Especificamente, as mutações genéticas são substituições, inserções, deleções e perdas de pares de bases. A menor seção da molécula de DNA, cuja mudança leva a uma mutação, é chamada de muton. É igual a um par de nucleotídeos.
Existem várias classificações de mutações genéticas. . Espontâneo(espontânea) é uma mutação que ocorre fora da conexão direta com qualquer fator ambiental físico ou químico.
Se as mutações são causadas intencionalmente, por exposição a fatores de natureza conhecida, são chamadas induzido. O agente que induz as mutações é chamado mutagênico.
A natureza dos mutagênicos é variada Estes são fatores físicos, compostos químicos. O efeito mutagênico de alguns objetos biológicos - vírus, protozoários, helmintos - foi estabelecido quando eles entram no corpo humano.
Como resultado de mutações dominantes e recessivas, traços alterados dominantes e recessivos aparecem no fenótipo. Dominante mutações aparecem no fenótipo já na primeira geração. recessivo as mutações estão ocultas nos heterozigotos pela ação da seleção natural, de modo que se acumulam nos pools gênicos das espécies em grande número.
Um indicador da intensidade do processo de mutação é a frequência de mutação, que é calculada em média para o genoma ou separadamente para loci específicos. A frequência média de mutação é comparável em uma ampla gama de seres vivos (de bactérias a humanos) e não depende do nível e tipo de organização morfofisiológica. É igual a 10 -4 - 10 -6 mutações por 1 locus por geração.
Mecanismos anti-mutação.
O pareamento de cromossomos no cariótipo diplóide de células somáticas eucarióticas serve como fator de proteção contra as consequências adversas das mutações genéticas. O pareamento de genes alélicos previne a manifestação fenotípica de mutações se forem recessivas.
O fenômeno da extracópia de genes que codificam macromoléculas vitais contribui para a redução dos efeitos nocivos das mutações genéticas. Um exemplo são os genes para rRNA, tRNA, proteínas histonas, sem os quais a atividade vital de qualquer célula é impossível.
Esses mecanismos contribuem para a preservação de genes selecionados durante a evolução e, ao mesmo tempo, para o acúmulo de vários alelos no pool gênico de uma população, formando uma reserva de variabilidade hereditária.

94. Mutações genômicas: poliploidia, haploidia, heteroploidia. Mecanismos de sua ocorrência.
Mutações genômicas estão associadas a uma mudança no número de cromossomos. As mutações genômicas são heteroploidia, haploidia e poliploidia.
poliploidia- um aumento no número diplóide de cromossomos, adicionando conjuntos inteiros de cromossomos como resultado de uma violação da meiose.
Nas formas poliplóides, há um aumento no número de cromossomos, um múltiplo do conjunto haplóide: 3n - triplóide; 4n é um tetraplóide, 5n é um pentaplóide, etc.
As formas poliplóides diferem fenotipicamente das diplóides: juntamente com uma mudança no número de cromossomos, as propriedades hereditárias também mudam. Nos poliplóides, as células são geralmente grandes; às vezes as plantas são gigantescas.
As formas resultantes da multiplicação de cromossomos de um genoma são chamadas de autoplóides. No entanto, outra forma de poliploidia também é conhecida - a aloploidia, na qual o número de cromossomos de dois genomas diferentes é multiplicado.
Uma diminuição múltipla no número de conjuntos de cromossomos de células somáticas em comparação com um diplóide é chamado de haploidia. Organismos haplóides em habitats naturais são encontrados principalmente entre plantas, incluindo plantas superiores (datura, trigo, milho). As células de tais organismos têm um cromossomo de cada par homólogo, de modo que todos os alelos recessivos aparecem no fenótipo. Isso explica a viabilidade reduzida de haplóides.
heteroploidia. Como resultado de violações de mitose e meiose, o número de cromossomos pode mudar e não se tornar um múltiplo do conjunto haploide. O fenômeno em que qualquer um dos cromossomos, em vez de ser um par, está em um número triplo, é chamado de trissomia. Se a trissomia é observada em um cromossomo, esse organismo é chamado de trissômico e seu conjunto de cromossomos é 2n + 1. A trissomia pode estar em qualquer um dos cromossomos e até em vários. Com trissomia dupla, possui um conjunto de cromossomos 2n + 2, triplo - 2n + 3, etc.
O fenômeno oposto trissomia, ou seja a perda de um dos cromossomos de um par em um conjunto diplóide é chamada monossomia, o organismo é monossômico; sua fórmula genotípica é 2p-1. Na ausência de dois cromossomos distintos, o organismo é um monossômico duplo com a fórmula genotípica 2n-2, e assim por diante.
Pelo que foi dito, fica claro que aneuploidia, ou seja violação do número normal de cromossomos, leva a mudanças na estrutura e a uma diminuição da viabilidade do organismo. Quanto maior a perturbação, menor a viabilidade. Em humanos, uma violação do conjunto equilibrado de cromossomos acarreta estados de doença, coletivamente conhecidos como doenças cromossômicas.
Mecanismo de origem mutações genômicas estão associadas à patologia de uma violação da divergência normal dos cromossomos na meiose, resultando na formação de gametas anormais, o que leva a uma mutação. Alterações no corpo estão associadas à presença de células geneticamente heterogêneas.

95. Métodos para estudar a hereditariedade humana. Métodos genealógicos e gêmeos, seu significado para a medicina.
Os principais métodos para estudar a hereditariedade humana são genealógico, gêmea, estatística populacional, método dermatoglífico, citogenética, bioquímica, genética de células somáticas, método de modelagem
método genealógico. A base deste método é a compilação e análise de pedigrees. Um pedigree é um diagrama que reflete as relações entre os membros da família. Analisando pedigrees, eles estudam qualquer traço normal ou (mais frequentemente) patológico nas gerações de pessoas que estão relacionadas.
Métodos genealógicos são usados ​​para determinar a natureza hereditária ou não hereditária de uma característica, dominância ou recessividade, mapeamento cromossômico, ligação sexual, para estudar o processo de mutação. Como regra, o método genealógico forma a base para conclusões no aconselhamento genético médico.
Ao compilar pedigrees, a notação padrão é usada. A pessoa com quem o estudo começa é o probando. A prole de um casal é chamada de irmão, irmãos são chamados de irmãos, primos são chamados de primos e assim por diante. Descendentes que têm uma mãe comum (mas pais diferentes) são chamados consanguíneos, e descendentes que têm um pai comum (mas mães diferentes) são chamados consanguíneos; se a família tem filhos de casamentos diferentes, e eles não têm ancestrais comuns (por exemplo, um filho do primeiro casamento da mãe e um filho do primeiro casamento do pai), então eles são chamados de consolidados.
Com a ajuda do método genealógico, pode-se estabelecer a condicionalidade hereditária do traço estudado, bem como o tipo de sua herança. Ao analisar pedigrees para vários traços, a natureza vinculada de sua herança pode ser revelada, que é usada na compilação de mapas cromossômicos. Este método permite estudar a intensidade do processo de mutação, avaliar a expressividade e penetrância do alelo.
método duplo. Consiste em estudar os padrões de herança de traços em pares de gêmeos idênticos e dizigóticos. Gêmeos são duas ou mais crianças concebidas e nascidas pela mesma mãe quase ao mesmo tempo. Existem gêmeos idênticos e fraternos.
Gêmeos idênticos (monozigotos, idênticos) ocorrem nos estágios iniciais da clivagem do zigoto, quando dois ou quatro blastômeros retêm a capacidade de se desenvolver em um organismo completo durante o isolamento. Como o zigoto se divide por mitose, os genótipos de gêmeos idênticos, pelo menos inicialmente, são completamente idênticos. Gêmeos idênticos são sempre do mesmo sexo e compartilham a mesma placenta durante o desenvolvimento fetal.
Fraternos (dizigóticos, não idênticos) ocorrem durante a fertilização de dois ou mais óvulos maduros simultaneamente. Assim, eles compartilham cerca de 50% de seus genes. Em outras palavras, eles são semelhantes a irmãos e irmãs comuns em sua constituição genética e podem ser do mesmo sexo ou de sexo diferente.
Ao comparar gêmeos idênticos e fraternos criados no mesmo ambiente, pode-se tirar uma conclusão sobre o papel dos genes no desenvolvimento das características.
O método dos gêmeos permite que você tire conclusões razoáveis ​​sobre a hereditariedade dos traços: o papel da hereditariedade, ambiente e fatores aleatórios na determinação de certos traços de uma pessoa
Prevenção e diagnóstico de patologia hereditária
Atualmente, a prevenção da patologia hereditária é realizada em quatro níveis: 1) pré-gamético; 2) pré-zigótico; 3) pré-natal; 4) neonatais.
1.) Nível pré-gamético
Implementado:
1. Controle sanitário sobre a produção - exclusão da influência de agentes mutagênicos no organismo.
2. A liberação de mulheres em idade fértil do trabalho em indústrias perigosas.
3. Criação de listas de doenças hereditárias comuns em um determinado
territórios com def. freqüente.
2. Nível pré-zigótico
O elemento mais importante deste nível de prevenção é o aconselhamento genético médico (MGC) da população, informando a família sobre o grau de risco possível de ter um filho com uma patologia hereditária e auxiliando na tomada de decisão correta sobre a gravidez.
nível pré-natal
Consiste na realização de diagnósticos pré-natais (pré-natais).
Diagnóstico pré-natal- Este é um conjunto de medidas que são realizadas para determinar a patologia hereditária no feto e interromper esta gravidez. Os métodos de diagnóstico pré-natal incluem:
1. Varredura ultra-sônica (USS).
2. Fetoscopia- um método de observação visual do feto na cavidade uterina através de uma sonda elástica equipada com um sistema óptico.
3. Biópsia coriônica. O método é baseado em tomar vilosidades coriônicas, cultivar células e examiná-las usando métodos citogenéticos, bioquímicos e genéticos moleculares.
4. Amniocentese– punção do saco amniótico através da parede abdominal e tomada
flúido amniótico. Contém células fetais que podem ser examinadas
citogenética ou bioquimicamente, dependendo da patologia presumida do feto.
5. Cordocentese- punção dos vasos do cordão umbilical e retirada do sangue do feto. Linfócitos fetais
cultivada e testada.
4. Nível neonatal
No quarto nível, os recém-nascidos são triados para detectar doenças metabólicas autossômicas recessivas na fase pré-clínica, quando o tratamento oportuno começa a garantir o desenvolvimento mental e físico normal das crianças.

Princípios de tratamento de doenças hereditárias
Existem os seguintes tipos de tratamento.
1. sintomático(impacto nos sintomas da doença).
2. patogenético(impacto nos mecanismos de desenvolvimento da doença).
O tratamento sintomático e patogenético não elimina as causas da doença, porque. não liquida
defeito genético.
Os seguintes métodos podem ser usados ​​no tratamento sintomático e patogenético.
· Correção malformações por métodos cirúrgicos (sindactilia, polidactilia,
lábio superior fissurado...
Terapia de substituição, cujo significado é introduzir no corpo
substratos bioquímicos ausentes ou insuficientes.
· Indução do metabolismo- a introdução no corpo de substâncias que melhoram a síntese
algumas enzimas e, portanto, acelerar os processos.
· Inibição metabólica- a introdução no corpo de drogas que se ligam e removem
produtos metabólicos anormais.
· dietoterapia ( nutrição terapêutica) - a eliminação da dieta de substâncias que
não pode ser absorvido pelo organismo.
Panorama: Num futuro próximo, a genética se desenvolverá intensamente, embora ainda seja
muito difundido nas culturas (criação, clonagem),
medicina (genética médica, genética de microrganismos). No futuro, os cientistas esperam
usar a genética para eliminar genes defeituosos e erradicar doenças transmitidas
por herança, ser capaz de tratar doenças graves como câncer,
infecções.

Com todas as deficiências da avaliação moderna do efeito radiogenético, não há dúvida sobre a gravidade das consequências genéticas que aguardam a humanidade no caso de um aumento descontrolado do fundo radioativo no meio ambiente. O perigo de mais testes de armas atômicas e de hidrogênio é óbvio.
Ao mesmo tempo, o uso da energia atômica na genética e no melhoramento permite criar novos métodos para controlar a hereditariedade de plantas, animais e microorganismos, e compreender melhor os processos de adaptação genética dos organismos. Em conexão com os voos humanos para o espaço sideral, torna-se necessário investigar a influência da reação cósmica nos organismos vivos.

98. Método citogenético para diagnosticar distúrbios cromossômicos humanos. Amniocentese. Cariótipo e idiograma de cromossomos humanos. método bioquímico.
O método citogenético consiste em estudar os cromossomos usando um microscópio. Mais frequentemente, os cromossomos mitóticos (metáfase) servem como objeto de estudo, menos frequentemente os cromossomos meióticos (prófase e metáfase). Métodos citogenéticos são usados ​​ao estudar os cariótipos de indivíduos individuais
A obtenção do material do organismo que se desenvolve no útero é realizada de diferentes maneiras. Um deles é amniocentese, com a ajuda de que, às 15-16 semanas de gestação, é obtido um líquido amniótico contendo resíduos do feto e células de sua pele e membranas mucosas
O material retirado durante a amniocentese é usado para estudos bioquímicos, citogenéticos e químicos moleculares. Os métodos citogenéticos determinam o sexo do feto e identificam mutações cromossômicas e genômicas. O estudo do líquido amniótico e das células fetais por métodos bioquímicos permite detectar um defeito nos produtos proteicos dos genes, mas não permite determinar a localização de mutações na parte estrutural ou regulatória do genoma. Um papel importante na detecção de doenças hereditárias e na localização exata de danos ao material hereditário do feto é desempenhado pelo uso de sondas de DNA.
Atualmente, com a ajuda da amniocentese, são diagnosticadas todas as anormalidades cromossômicas, mais de 60 doenças metabólicas hereditárias, incompatibilidade materna e fetal para antígenos eritrocitários.
O conjunto diplóide de cromossomos em uma célula, caracterizado por seu número, tamanho e forma, é chamado de cariótipo. Um cariótipo humano normal inclui 46 cromossomos, ou 23 pares: dos quais 22 pares são autossomos e um par é cromossomos sexuais.
Para facilitar a compreensão do complexo complexo de cromossomos que compõem o cariótipo, eles estão dispostos na forma idiogramas. NO idiograma Os cromossomos estão dispostos em pares em ordem decrescente, com exceção dos cromossomos sexuais. O maior par recebeu o nº 1, o menor - o nº 22. A identificação de cromossomos apenas pelo tamanho encontra grandes dificuldades: vários cromossomos têm tamanhos semelhantes. No entanto, recentemente, com o uso de vários tipos de corantes, foi estabelecida uma clara diferenciação dos cromossomos humanos ao longo de seu comprimento em listras que são coradas por métodos especiais e não coradas. A capacidade de diferenciar cromossomos com precisão é de grande importância para a genética médica, pois permite determinar com precisão a natureza dos distúrbios no cariótipo humano.
Método bioquímico

99. Cariótipo e idiograma de uma pessoa. As características do cariótipo humano são normais
e patologia.
Cariótipo- um conjunto de características (número, tamanho, forma, etc.) de um conjunto completo de cromossomos,
inerente às células de uma determinada espécie biológica (cariótipo da espécie), um determinado organismo
(cariótipo individual) ou linha (clone) de células.
Para determinar o cariótipo, a microfotografia ou um esboço de cromossomos é usado durante a microscopia das células em divisão.
Cada pessoa tem 46 cromossomos, dois dos quais são cromossomos sexuais. Uma mulher tem dois cromossomos X.
(cariótipo: 46, XX), enquanto os homens têm um cromossomo X e o outro Y (cariótipo: 46, XY). Estudar
O cariótipo é feito usando uma técnica chamada citogenética.
Idiograma- uma representação esquemática do conjunto haplóide de cromossomos de um organismo, que
dispostos em fileira de acordo com seus tamanhos, em pares em ordem decrescente de seus tamanhos. Uma exceção é feita para os cromossomos sexuais, que se destacam especialmente.
Exemplos das patologias cromossômicas mais comuns.
A síndrome de Down é uma trissomia do 21º par de cromossomos.
A síndrome de Edwards é uma trissomia do 18º par de cromossomos.
A síndrome de Patau é uma trissomia do 13º par de cromossomos.
A síndrome de Klinefelter é uma polissomia do cromossomo X em meninos.

100. Importância da genética para a medicina. Métodos citogenéticos, bioquímicos e estatísticos populacionais para estudar a hereditariedade humana.
O papel da genética na vida humana é muito importante. É implementado com a ajuda de aconselhamento genético médico. O aconselhamento genético médico destina-se a salvar a humanidade do sofrimento associado a doenças hereditárias (genéticas). Os principais objetivos do aconselhamento genético médico são estabelecer o papel do genótipo no desenvolvimento desta doença e prever o risco de ter descendentes doentes. As recomendações dadas nas consultas médicas genéticas relativas à celebração de um casamento ou ao prognóstico da utilidade genética da prole visam assegurar que sejam tidas em conta pelas pessoas consultadas, que voluntariamente tomam a decisão adequada.
Método citogenético (cariotípico). O método citogenético consiste em estudar os cromossomos usando um microscópio. Mais frequentemente, os cromossomos mitóticos (metáfase) servem como objeto de estudo, menos frequentemente os cromossomos meióticos (prófase e metáfase). Este método também é usado para estudar a cromatina sexual ( corpos de barra) Métodos citogenéticos são usados ​​ao estudar os cariótipos de indivíduos individuais
O uso do método citogenético permite não apenas estudar a morfologia normal dos cromossomos e o cariótipo como um todo, determinar o sexo genético do organismo, mas, mais importante, diagnosticar várias doenças cromossômicas associadas a uma alteração no número de cromossomos ou uma violação de sua estrutura. Além disso, este método permite estudar os processos de mutagénese ao nível dos cromossomas e do cariótipo. Seu uso no aconselhamento genético médico para fins de diagnóstico pré-natal de doenças cromossômicas permite prevenir o aparecimento de descendentes com distúrbios graves do desenvolvimento por meio da interrupção oportuna da gravidez.
Método bioquímico consiste em determinar a atividade de enzimas ou o conteúdo de certos produtos metabólicos no sangue ou na urina. Usando este método, os distúrbios metabólicos são detectados e são causados ​​pela presença no genótipo de uma combinação desfavorável de genes alélicos, mais frequentemente alelos recessivos no estado homozigoto. Com o diagnóstico oportuno de tais doenças hereditárias, medidas preventivas podem evitar sérios distúrbios do desenvolvimento.
Método estatístico populacional. Esse método permite estimar a probabilidade de nascimento de pessoas com determinado fenótipo em um determinado grupo populacional ou em casamentos intimamente relacionados; calcule a frequência de portadora no estado heterozigoto de alelos recessivos. O método é baseado na lei de Hardy-Weinberg. Lei Hardy-Weinberg Esta é a lei da genética de populações. A lei afirma: "Em uma população ideal, as frequências de genes e genótipos permanecem constantes de geração em geração".
As principais características das populações humanas são: território comum e possibilidade de casamento livre. Fatores de isolamento, ou seja, restrições à liberdade de escolha dos cônjuges, para uma pessoa podem ser não apenas barreiras geográficas, mas também religiosas e sociais.
Além disso, esse método permite estudar o processo de mutação, o papel da hereditariedade e do ambiente na formação do polimorfismo fenotípico humano de acordo com os traços normais, bem como na ocorrência de doenças, especialmente com predisposição hereditária. O método estatístico populacional é usado para determinar a importância dos fatores genéticos na antropogênese, em particular na formação racial.

101. Distúrbios estruturais (aberrações) dos cromossomos. Classificação em função da alteração do material genético. Importância para a biologia e a medicina.
As aberrações cromossômicas resultam do rearranjo dos cromossomos. Eles são o resultado de uma quebra no cromossomo, levando à formação de fragmentos que posteriormente são reunidos, mas a estrutura normal do cromossomo não é restaurada. Existem 4 tipos principais de aberrações cromossômicas: falta, duplicação, inversão, translocações, eliminação- a perda de uma certa parte do cromossomo, que geralmente é destruída
escassez surgem devido à perda de um cromossomo de um ou outro sítio. As deficiências na parte central do cromossomo são chamadas de deleções. A perda de uma parte significativa do cromossomo leva o organismo à morte, a perda de seções menores causa uma mudança nas propriedades hereditárias. Então. Com a escassez de um dos cromossomos no milho, suas mudas são privadas de clorofila.
Duplicação devido à inclusão de uma seção extra de duplicação do cromossomo. Isso também leva ao surgimento de novos recursos. Assim, em Drosophila, o gene para olhos listrados é devido à duplicação de uma seção de um dos cromossomos.
Inversões são observados quando o cromossomo é quebrado e a seção destacada é girada 180 graus. Se a quebra ocorreu em um local, o fragmento destacado é anexado ao cromossomo com a extremidade oposta, mas se em dois locais, o fragmento do meio, virando, é anexado aos locais da ruptura, mas com extremidades diferentes. Segundo Darwin, as inversões desempenham um papel importante na evolução das espécies.
Translocações ocorrem quando um segmento de um cromossoma de um par está ligado a um cromossoma não homólogo, i.e. cromossomo de outro par. Translocação seções de um dos cromossomos são conhecidas em humanos; pode ser a causa da doença de Down. A maioria das translocações que afetam grandes seções de cromossomos torna o organismo inviável.
Mutações cromossômicas alterar a dose de alguns genes, causar a redistribuição de genes entre grupos de ligação, alterar sua localização no grupo de ligação. Ao fazer isso, eles perturbam o equilíbrio genético das células do corpo, resultando em desvios no desenvolvimento somático do indivíduo. Via de regra, as mudanças se estendem a vários sistemas orgânicos.
As aberrações cromossômicas são de grande importância na medicina. No aberrações cromossômicas, há um atraso no desenvolvimento físico e mental geral. As doenças cromossômicas são caracterizadas por uma combinação de muitos defeitos congênitos. Tal defeito é a manifestação da síndrome de Down, que é observada no caso de trissomia em um pequeno segmento do braço longo do cromossomo 21. O quadro da síndrome do choro do gato se desenvolve com a perda de uma porção do braço curto do cromossomo 5. Em humanos, as malformações do cérebro, dos sistemas musculoesquelético, cardiovascular e geniturinário são mais frequentemente observadas.

102. O conceito de espécie, visões modernas sobre especiação. Ver critérios.
Visualizaré uma coleção de indivíduos que são semelhantes em termos de critérios da espécie a tal ponto que eles podem
cruzam em condições naturais e produzem descendentes férteis.
descendência fértil- aquele que pode se reproduzir. Um exemplo de descendência infértil é uma mula (um híbrido de burro e cavalo), é estéril.
Ver critérios- são sinais pelos quais se comparam 2 organismos para determinar se pertencem à mesma espécie ou a espécies diferentes.
Morfológica - estrutura interna e externa.
Fisiológico-bioquímico - como funcionam os órgãos e as células.
Comportamental - comportamento, principalmente no momento da reprodução.
Ecológico - um conjunto de fatores ambientais necessários para a vida
espécies (temperatura, umidade, alimentos, competidores, etc.)
Geográfica - área (área de distribuição), ou seja, a área em que a espécie vive.
Genético-reprodutivo - o mesmo número e estrutura de cromossomos, o que permite que os organismos produzam descendentes férteis.
Os critérios de visualização são relativos, ou seja, não se pode julgar a espécie por um critério. Por exemplo, existem espécies gêmeas (no mosquito da malária, nos ratos, etc.). Eles não diferem morfologicamente um do outro, mas têm um número diferente de cromossomos e, portanto, não geram descendentes.

103. População. Suas características ecológicas e genéticas e papel na especiação.
população- um agrupamento mínimo auto-reprodutivo de indivíduos da mesma espécie, mais ou menos isolados de outros grupos semelhantes, habitando uma determinada área por uma longa série de gerações, formando seu próprio sistema genético e formando seu próprio nicho ecológico.
Indicadores ecológicos da população.
populaçãoé o número total de indivíduos na população. Este valor é caracterizado por uma ampla faixa de variabilidade, mas não pode estar abaixo de certos limites.
Densidade- o número de indivíduos por unidade de área ou volume. A densidade populacional tende a aumentar à medida que o tamanho da população aumenta.
Estrutura espacial A população é caracterizada pelas peculiaridades da distribuição dos indivíduos no território ocupado. É determinado pelas propriedades do habitat e pelas características biológicas da espécie.
Estrutura do sexo reflete uma certa proporção de homens e mulheres em uma população.
Estrutura etária reflete a proporção de diferentes faixas etárias nas populações, dependendo da expectativa de vida, da época de início da puberdade e do número de descendentes.
Indicadores genéticos da população. Geneticamente, uma população é caracterizada por seu pool genético. É representado por um conjunto de alelos que formam os genótipos de organismos em uma determinada população.
Ao descrever populações ou compará-las umas com as outras, várias características genéticas são usadas. Polimorfismo. Uma população é dita polimórfica em um dado locus se ela contém dois ou mais alelos. Se o locus é representado por um único alelo, eles falam de monomorfismo. Examinando muitos loci, pode-se determinar a proporção de loci polimórficos entre eles, ou seja, avaliar o grau de polimorfismo, que é um indicador da diversidade genética de uma população.
Heterozigosidade. Uma característica genética importante de uma população é a heterozigosidade - a frequência de indivíduos heterozigotos em uma população. Também reflete a diversidade genética.
Coeficiente de endogamia. Usando este coeficiente, estima-se a prevalência de cruzamentos intimamente relacionados na população.
Associação de genes. As frequências alélicas de diferentes genes podem depender umas das outras, o que é caracterizado por coeficientes de associação.
distâncias genéticas. Populações diferentes diferem umas das outras na frequência de alelos. Para quantificar essas diferenças, foram propostos indicadores denominados distâncias genéticas.

população– estrutura evolutiva elementar. Na área de distribuição de qualquer espécie, os indivíduos são distribuídos de forma desigual. Áreas de concentração densa de indivíduos são intercaladas com espaços onde eles são poucos ou ausentes. Como resultado, surgem populações mais ou menos isoladas nas quais o cruzamento livre aleatório (panmixia) ocorre sistematicamente. O cruzamento com outras populações é muito raro e irregular. Graças à panmixia, cada população cria um pool genético característico dela, diferente de outras populações. É precisamente a população que deve ser reconhecida como a unidade elementar do processo evolutivo

O papel das populações é grande, pois quase todas as mutações ocorrem dentro dela. Essas mutações estão principalmente associadas ao isolamento de populações e ao pool gênico, que difere devido ao isolamento entre si. O material para a evolução é a variação mutacional, que começa em uma população e termina com a formação de uma espécie.

CÓDIGO GENÉTICO, um sistema de registro de informações hereditárias na forma de uma sequência de bases nucleotídicas em moléculas de DNA (em alguns vírus - RNA), que determina a estrutura primária (arranjo de resíduos de aminoácidos) em moléculas de proteínas (polipeptídeos). O problema do código genético foi formulado após provar o papel genético do DNA (microbiologistas americanos O. Avery, K. McLeod, M. McCarthy, 1944) e decifrar sua estrutura (J. Watson, F. Crick, 1953), após estabelecer que os genes determinam a estrutura e as funções das enzimas (o princípio de "um gene - uma enzima" de J. Beadle e E. Tatema, 1941) e que existe uma dependência da estrutura espacial e da atividade de uma proteína em sua estrutura primária (F. Senger, 1955). A questão de como as combinações de 4 bases de ácidos nucleicos determinam a alternância de 20 resíduos de aminoácidos comuns em polipeptídeos foi levantada pela primeira vez por G. Gamow em 1954.

Com base em um experimento no qual as interações de inserções e deleções de um par de nucleotídeos foram estudadas, em um dos genes do bacteriófago T4, F. Crick e outros cientistas em 1961 determinaram as propriedades gerais do código genético: tripleto, ou seja, , cada resíduo de aminoácido na cadeia polipeptídica corresponde a um conjunto de três bases (tripleto ou códon) no DNA de um gene; a leitura de códons dentro de um gene parte de um ponto fixo, em uma direção e "sem vírgulas", ou seja, os códons não são separados por nenhum sinal entre si; degeneração, ou redundância, - o mesmo resíduo de aminoácido pode codificar vários códons (códons sinônimos). Os autores sugeriram que os códons não se sobrepõem (cada base pertence a apenas um códon). O estudo direto da capacidade de codificação de trigêmeos foi continuado usando um sistema de síntese de proteínas livre de células sob o controle de RNA mensageiro sintético (mRNA). Em 1965, o código genético foi completamente decifrado nas obras de S. Ochoa, M. Nirenberg e H. G. Korana. Desvendar o mistério do código genético foi uma das realizações notáveis ​​da biologia no século 20.

A implementação do código genético na célula ocorre no curso de dois processos matriciais - transcrição e tradução. O mediador entre um gene e uma proteína é o mRNA, que é formado durante a transcrição em uma das fitas de DNA. Nesse caso, a sequência de bases de DNA, que carrega informações sobre a estrutura primária da proteína, é "reescrita" na forma de uma sequência de bases de mRNA. Então, durante a tradução nos ribossomos, a sequência de nucleotídeos do mRNA é lida pelo RNA de transferência (tRNA). Estes últimos possuem uma extremidade aceptora, à qual está ligado um resíduo de aminoácido, e uma extremidade adaptadora, ou anticódon tripleto, que reconhece o códon de mRNA correspondente. A interação de códon e anti-códon ocorre com base no pareamento de bases complementares: Adenina (A) - Uracila (U), Guanina (G) - Citosina (C); neste caso, a sequência de bases do mRNA é traduzida na sequência de aminoácidos da proteína sintetizada. Diferentes organismos usam diferentes códons sinônimos para o mesmo aminoácido em diferentes frequências. A leitura do mRNA que codifica a cadeia polipeptídica começa (inicia) a partir do códon AUG correspondente ao aminoácido metionina. Menos comumente em procariontes, os códons de iniciação são GUG (valina), UUG (leucina), AUU (isoleucina), em eucariotos - UUG (leucina), AUA (isoleucina), ACG (treonina), CUG (leucina). Isso define o chamado quadro, ou fase, de leitura durante a tradução, ou seja, toda a sequência de nucleotídeos do mRNA é lida tripla a tripla de tRNA até que qualquer um dos três códons terminadores, geralmente chamados de códons de parada, seja encontrado no mRNA: UAA, UAG, UGA (tabela). A leitura desses trigêmeos leva à conclusão da síntese da cadeia polipeptídica.

Os códons AUG e de parada estão localizados no início e no final das regiões de mRNA que codificam polipeptídeos, respectivamente.

O código genético é quase universal. Isso significa que existem pequenas variações no significado de alguns códons em diferentes objetos, e isso diz respeito, em primeiro lugar, aos códons terminadores, que podem ser significativos; por exemplo, nas mitocôndrias de alguns eucariotos e em micoplasmas, UGA codifica o triptofano. Além disso, em alguns mRNAs de bactérias e eucariotos, UGA codifica um aminoácido incomum, selenocisteína, e UAG, em uma das arqueobactérias, codifica pirrolisina.

Há um ponto de vista segundo o qual o código genético surgiu por acaso (a hipótese do “caso congelado”). É mais provável que ele tenha evoluído. Essa suposição é apoiada pela existência de uma versão mais simples e, aparentemente, mais antiga do código, que é lida nas mitocôndrias de acordo com a regra “dois de três”, quando apenas duas das três bases do tripleto determinam o aminoácido. ácido.

Lit.: Crick F. N. a. cerca de. Natureza geral do código genético das proteínas // Natureza. 1961 Vol. 192; O código genético. N.Y., 1966; Ichas M. Código biológico. M., 1971; Inge-Vechtomov S. G. Como se lê o código genético: regras e exceções // Ciência natural moderna. M., 2000. T. 8; Ratner V. A. Código genético como sistema // Soros Educational Journal. 2000. V. 6. Não. 3.

S. G. Inge-Vechtomov.

O código genético é um sistema de registro de informações hereditárias em moléculas de ácidos nucléicos, baseado em certa alternância de sequências de nucleotídeos em DNA ou RNA que formam códons correspondentes a aminoácidos em uma proteína.

Propriedades do código genético.

O código genético tem várias propriedades.

Triplicidade.

Degeneração ou redundância.

Sem ambiguidade.

Polaridade.

Não sobreposto.

Compacidade.

Versatilidade.

Deve-se notar que alguns autores também oferecem outras propriedades do código relacionadas às características químicas dos nucleotídeos incluídos no código ou à frequência de ocorrência de aminoácidos individuais nas proteínas do corpo, etc. No entanto, essas propriedades seguem do acima, então vamos considerá-las lá.

uma. Triplicidade. O código genético, como muitos sistemas organizados de forma complexa, tem a menor unidade estrutural e a menor unidade funcional. Um trio é a menor unidade estrutural do código genético. É composto por três nucleotídeos. Um códon é a menor unidade funcional do código genético. Como regra, trigêmeos de mRNA são chamados de códons. No código genético, um códon desempenha várias funções. Primeiro, sua principal função é codificar um aminoácido. Em segundo lugar, um códon pode não codificar um aminoácido, mas neste caso tem uma função diferente (veja abaixo). Como pode ser visto a partir da definição, um trio é um conceito que caracteriza elementar unidade estrutural código genético (três nucleotídeos). códon caracteriza unidade semântica elementar genoma - três nucleotídeos determinam a ligação à cadeia polipeptídica de um aminoácido.

A unidade estrutural elementar foi primeiro decifrada teoricamente, e então sua existência foi confirmada experimentalmente. De fato, 20 aminoácidos não podem ser codificados por um ou dois nucleotídeos. os últimos são apenas 4. Três dos quatro nucleotídeos dão 4 3 = 64 variantes, o que mais do que cobre o número de aminoácidos presentes nos organismos vivos (ver Tabela 1).

As combinações de nucleotídeos apresentadas na Tabela 64 têm duas características. Primeiro, das 64 variantes de trigêmeos, apenas 61 são códons e codificam qualquer aminoácido, são chamados códons de sentido. Três trigêmeos não codificam

aminoácidos a são sinais de parada que marcam o fim da tradução. Existem três trigêmeos UAA, UAG, UGA, eles também são chamados de "sem sentido" (códons sem sentido). Como resultado de uma mutação, que está associada à substituição de um nucleotídeo em um tripleto por outro, um códon sem sentido pode surgir de um códon de sentido. Esse tipo de mutação é chamado mutação sem sentido. Se esse sinal de parada for formado dentro do gene (em sua parte informativa), durante a síntese de proteínas neste local, o processo será constantemente interrompido - apenas a primeira parte (antes do sinal de parada) da proteína será sintetizada. Uma pessoa com tal patologia experimentará falta de proteína e apresentará sintomas associados a essa falta. Por exemplo, esse tipo de mutação foi encontrado no gene que codifica a cadeia beta da hemoglobina. Uma cadeia de hemoglobina inativa encurtada é sintetizada, que é rapidamente destruída. Como resultado, uma molécula de hemoglobina desprovida de uma cadeia beta é formada. É claro que é improvável que tal molécula cumpra plenamente suas funções. Existe uma doença grave que se desenvolve de acordo com o tipo de anemia hemolítica (talassemia beta-zero, da palavra grega "Talas" - o Mar Mediterrâneo, onde esta doença foi descoberta).

O mecanismo de ação dos códons de terminação é diferente do mecanismo de ação dos códons de sentido. Isso decorre do fato de que para todos os códons que codificam aminoácidos, os tRNAs correspondentes foram encontrados. Nenhum tRNA foi encontrado para códons sem sentido. Portanto, o tRNA não participa do processo de interrupção da síntese de proteínas.

códonAGO (às vezes GUG em bactérias) não apenas codifica o aminoácido metionina e valina, mas também éiniciador de transmissão .

b. Degeneração ou redundância.

61 dos 64 tripletos codificam 20 aminoácidos. Esse excesso de três vezes o número de trigêmeos sobre o número de aminoácidos sugere que duas opções de codificação podem ser usadas na transferência de informações. Em primeiro lugar, nem todos os 64 códons podem estar envolvidos na codificação de 20 aminoácidos, mas apenas 20 e, em segundo lugar, os aminoácidos podem ser codificados por vários códons. Estudos mostraram que a natureza usou a última opção.

Sua preferência é clara. Se apenas 20 das 64 variantes de tripleto estivessem envolvidas na codificação de aminoácidos, então 44 tripletos (de 64) permaneceriam não codificantes, ou seja, sem sentido (códons sem sentido). Anteriormente, apontamos o quão perigoso para a vida da célula é a transformação de um tripleto de codificação em um códon sem sentido como resultado de mutação - isso interrompe significativamente a operação normal da RNA polimerase, levando ao desenvolvimento de doenças. Existem atualmente três códons sem sentido em nosso genoma, e agora imagine o que aconteceria se o número de códons sem sentido aumentasse cerca de 15 vezes. É claro que em tal situação a transição de códons normais para códons sem sentido será imensamente maior.

Um código no qual um aminoácido é codificado por vários trigêmeos é chamado de degenerado ou redundante. Quase todo aminoácido tem vários códons. Assim, o aminoácido leucina pode ser codificado por seis trigêmeos - UUA, UUG, CUU, CUC, CUA, CUG. A valina é codificada por quatro trigêmeos, a fenilalanina por dois e apenas triptofano e metionina codificado por um códon. A propriedade que está associada à gravação da mesma informação com diferentes caracteres é chamada degeneração.

O número de códons atribuídos a um aminoácido correlaciona-se bem com a frequência de ocorrência do aminoácido nas proteínas.

E isso provavelmente não é acidental. Quanto maior a frequência de ocorrência de um aminoácido em uma proteína, mais frequentemente o códon desse aminoácido está presente no genoma, maior a probabilidade de seu dano por fatores mutagênicos. Portanto, é claro que um códon mutado tem maior probabilidade de codificar o mesmo aminoácido se for altamente degenerado. A partir dessas posições, a degeneração do código genético é um mecanismo que protege o genoma humano de danos.

Deve-se notar que o termo degenerescência é usado em genética molecular em outro sentido também. Como a parte principal da informação no códon recai sobre os dois primeiros nucleotídeos, a base na terceira posição do códon acaba sendo de pouca importância. Esse fenômeno é chamado de “degeneração da terceira base”. O último recurso minimiza o efeito de mutações. Por exemplo, sabe-se que a principal função dos glóbulos vermelhos é o transporte de oxigênio dos pulmões para os tecidos e dióxido de carbono dos tecidos para os pulmões. Esta função é realizada pelo pigmento respiratório - hemoglobina, que preenche todo o citoplasma do eritrócito. Consiste em uma parte da proteína - globina, que é codificada pelo gene correspondente. Além da proteína, a hemoglobina contém heme, que contém ferro. Mutações nos genes da globina levam ao aparecimento de diferentes variantes de hemoglobinas. Na maioria das vezes, as mutações estão associadas a substituição de um nucleotídeo por outro e o aparecimento de um novo códon no gene, que pode codificar um novo aminoácido na cadeia polipeptídica da hemoglobina. Em um tripleto, como resultado de uma mutação, qualquer nucleotídeo pode ser substituído - o primeiro, o segundo ou o terceiro. Várias centenas de mutações são conhecidas por afetar a integridade dos genes da globina. Aproximar 400 dos quais estão associados à substituição de nucleótidos únicos no gene e à correspondente substituição de aminoácidos no polipéptido. Destes, apenas 100 substituições levam à instabilidade da hemoglobina e vários tipos de doenças de leves a muito graves. 300 (aproximadamente 64%) mutações de substituição não afetam a função da hemoglobina e não levam a patologia. Uma das razões para isso é a “degeneração da terceira base” mencionada acima, quando a substituição do terceiro nucleotídeo no tripleto que codifica serina, leucina, prolina, arginina e alguns outros aminoácidos leva ao aparecimento de um códon sinônimo codificando o mesmo aminoácido. Fenotipicamente, tal mutação não se manifestará. Em contraste, qualquer substituição do primeiro ou segundo nucleotídeo em um trigêmeo em 100% dos casos leva ao aparecimento de uma nova variante de hemoglobina. Mas mesmo neste caso, pode não haver distúrbios fenotípicos graves. A razão para isso é a substituição de um aminoácido na hemoglobina por outro semelhante ao primeiro em termos de propriedades físico-químicas. Por exemplo, se um aminoácido com propriedades hidrofílicas for substituído por outro aminoácido, mas com as mesmas propriedades.

A hemoglobina consiste em um grupo de ferro porfirina de heme (moléculas de oxigênio e dióxido de carbono estão ligadas a ele) e uma proteína - globina. A hemoglobina adulta (HbA) contém duas - correntes e dois -correntes. Molécula -cadeia contém 141 resíduos de aminoácidos, - corrente - 146, - e As cadeias diferem em muitos resíduos de aminoácidos. A sequência de aminoácidos de cada cadeia de globina é codificada por seu próprio gene. O gene que codifica - a cadeia está localizada no braço curto do cromossomo 16, -gene - no braço curto do cromossomo 11. Mudança na codificação do gene - a cadeia de hemoglobina do primeiro ou segundo nucleotídeo quase sempre leva ao aparecimento de novos aminoácidos na proteína, interrupção das funções da hemoglobina e sérias consequências para o paciente. Por exemplo, substituir "C" em um dos trigêmeos CAU (histidina) por "U" levará ao aparecimento de um novo trio UAU que codifica outro aminoácido - tirosina. Fenotipicamente, isso se manifestará em uma doença grave .. A substituição semelhante na posição 63 A cadeia do polipeptídeo histidina em tirosina desestabilizará a hemoglobina. A doença metemoglobinemia desenvolve-se. Mudança, como resultado de mutação, de ácido glutâmico para valina na 6ª posição cadeia é a causa de uma doença grave - anemia falciforme. Não vamos continuar a lista triste. Observamos apenas que ao substituir os dois primeiros nucleotídeos, um aminoácido pode apresentar propriedades físico-químicas semelhantes ao anterior. Assim, a substituição do 2º nucleotídeo em um dos trigêmeos que codificam o ácido glutâmico (GAA) em -cadeia em "Y" leva ao aparecimento de um novo tripleto (GUA) que codifica a valina, e a substituição do primeiro nucleotídeo por "A" forma um tripleto AAA que codifica o aminoácido lisina. O ácido glutâmico e a lisina são semelhantes em propriedades físico-químicas - ambos são hidrofílicos. A valina é um aminoácido hidrofóbico. Portanto, a substituição do ácido glutâmico hidrofílico por valina hidrofóbica altera significativamente as propriedades da hemoglobina, o que acaba levando ao desenvolvimento da anemia falciforme, enquanto a substituição do ácido glutâmico hidrofílico por lisina hidrofílica altera em menor grau a função da hemoglobina - pacientes desenvolver uma forma leve de anemia. Como resultado da substituição da terceira base, o novo tripleto pode codificar os mesmos aminoácidos que o anterior. Por exemplo, se a uracila foi substituída por citosina no trigêmeo CAH e um trigêmeo CAC surgiu, então praticamente não serão detectadas alterações fenotípicas em uma pessoa. Isso é compreensível, porque Ambos os trigêmeos codificam o mesmo aminoácido, a histidina.

Em conclusão, é oportuno enfatizar que a degenerescência do código genético e a degenerescência da terceira base a partir de uma posição biológica geral são mecanismos protetores que são incorporados na evolução na estrutura única do DNA e do RNA.

dentro. Sem ambiguidade.

Cada trio (exceto os sem sentido) codifica apenas um aminoácido. Assim, na direção do códon - aminoácido, o código genético é inequívoco, na direção do aminoácido - códon - é ambíguo (degenerado).

inequívoco

códon aminoácido

degenerar

E neste caso, a necessidade de não ambiguidade no código genético é óbvia. Em outra variante, durante a tradução de um mesmo códon, diferentes aminoácidos seriam inseridos na cadeia protéica e, como resultado, seriam formadas proteínas com diferentes estruturas primárias e diferentes funções. O metabolismo da célula mudaria para o modo de operação "um gene - vários polipeptídeos". É claro que em tal situação a função reguladora dos genes seria completamente perdida.

g. Polaridade

A leitura de informações do DNA e do mRNA ocorre apenas em uma direção. A polaridade é essencial para definir estruturas de ordem superior (secundária, terciária, etc.). Anteriormente falamos sobre o fato de que estruturas de ordem inferior determinam estruturas de ordem superior. A estrutura terciária e as estruturas de ordem superior nas proteínas são formadas imediatamente assim que a cadeia de RNA sintetizada se afasta da molécula de DNA ou a cadeia polipeptídica se afasta do ribossomo. Enquanto a extremidade livre do RNA ou polipeptídeo adquire uma estrutura terciária, a outra extremidade da cadeia ainda continua a ser sintetizada no DNA (se o RNA for transcrito) ou ribossomo (se o polipeptídeo for transcrito).

Portanto, o processo unidirecional de leitura de informações (na síntese de RNA e proteína) é essencial não apenas para determinar a sequência de nucleotídeos ou aminoácidos na substância sintetizada, mas para a determinação rígida de secundários, terciários, etc. estruturas.

e. Não sobreposição.

O código pode ou não se sobrepor. Na maioria dos organismos, o código não se sobrepõe. Um código sobreposto foi encontrado em alguns fagos.

A essência de um código não sobreposto é que o nucleotídeo de um códon não pode ser o nucleotídeo de outro códon ao mesmo tempo. Se o código estivesse sobreposto, então a sequência de sete nucleotídeos (GCUGCUG) poderia codificar não dois aminoácidos (alanina-alanina) (Fig. 33, A) como no caso de um código não sobreposto, mas três (se um nucleotídeo é comum) (Fig. 33, B) ou cinco (se dois nucleotídeos são comuns) (veja Fig. 33, C). Nos dois últimos casos, uma mutação de qualquer nucleotídeo levaria a uma violação na sequência de dois, três, etc. aminoácidos.

No entanto, descobriu-se que uma mutação de um nucleotídeo sempre interrompe a inclusão de um aminoácido em um polipeptídeo. Este é um argumento significativo a favor do fato de que o código não é sobreposto.

Vamos explicar isso na Figura 34. As linhas em negrito mostram trigêmeos que codificam aminoácidos no caso de código não sobreposto e sobreposto. Experimentos mostraram inequivocamente que o código genético não se sobrepõe. Sem entrar nos detalhes do experimento, notamos que, se substituirmos o terceiro nucleotídeo na sequência de nucleotídeos (veja a Fig. 34)No (marcado com um asterisco) para algum outro então:

1. Com um código não sobreposto, a proteína controlada por esta sequência teria um substituto para um (primeiro) aminoácido (marcado com asteriscos).

2. Com um código sobreposto na opção A, ocorreria uma substituição em dois (primeiro e segundo) aminoácidos (marcados com asteriscos). Na opção B, a substituição afetaria três aminoácidos (marcados com asteriscos).

No entanto, vários experimentos mostraram que quando um nucleotídeo no DNA é quebrado, a proteína sempre afeta apenas um aminoácido, o que é típico para um código não sobreposto.

ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ ГЦУГЦУГ

HCC HCC HCC UHC CUG HCC CUG UGC HCU CUG

*** *** *** *** *** ***

Alanina - Alanina Ala - Cys - Lei Ala - Lei - Lei - Ala - Lei

A B C

código não sobreposto código sobreposto

Arroz. 34. Esquema explicando a presença de um código não sobreposto no genoma (explicação no texto).

A não sobreposição do código genético está associada a outra propriedade - a leitura da informação começa a partir de um determinado ponto - o sinal de iniciação. Tal sinal de iniciação no mRNA é o códon que codifica a metionina AUG.

Deve-se notar que uma pessoa ainda tem um pequeno número de genes que se desviam da regra geral e se sobrepõem.

e. Compacidade.

Não há sinais de pontuação entre os códons. Em outras palavras, os tripletos não são separados uns dos outros, por exemplo, por um nucleotídeo sem sentido. A ausência de "pontuações" no código genético foi comprovada em experimentos.

Nós vamos. Versatilidade.

O código é o mesmo para todos os organismos que vivem na Terra. A prova direta da universalidade do código genético foi obtida comparando sequências de DNA com sequências de proteínas correspondentes. Descobriu-se que os mesmos conjuntos de valores de código são usados ​​em todos os genomas bacterianos e eucarióticos. Há exceções, mas não muitas.

As primeiras exceções à universalidade do código genético foram encontradas nas mitocôndrias de algumas espécies animais. Isso dizia respeito ao códon terminador UGA, que lê o mesmo que o códon UGG que codifica o aminoácido triptofano. Outros desvios mais raros da universalidade também foram encontrados.

Sistema de código de DNA.

O código genético do DNA consiste em 64 tripletos de nucleotídeos. Esses trigêmeos são chamados de códons. Cada códon codifica um dos 20 aminoácidos usados ​​na síntese de proteínas. Isso dá alguma redundância no código: a maioria dos aminoácidos é codificada por mais de um códon.
Um códon desempenha duas funções inter-relacionadas: sinaliza o início da tradução e codifica a incorporação do aminoácido metionina (Met) na cadeia polipeptídica em crescimento. O sistema de código de DNA é projetado para que o código genético possa ser expresso como códons de RNA ou como códons de DNA. Os códons de RNA ocorrem no RNA (mRNA) e esses códons são capazes de ler informações durante a síntese de polipeptídeos (um processo chamado tradução). Mas cada molécula de mRNA adquire uma sequência de nucleotídeos na transcrição do gene correspondente.

Todos, exceto dois aminoácidos (Met e Trp) podem ser codificados por 2 a 6 códons diferentes. No entanto, o genoma da maioria dos organismos mostra que certos códons são favorecidos em relação a outros. Em humanos, por exemplo, a alanina é codificada pelo GCC quatro vezes mais frequentemente do que no GCG. Isso provavelmente indica uma maior eficiência de tradução do aparelho de tradução (por exemplo, o ribossomo) para alguns códons.

O código genético é quase universal. Os mesmos códons são atribuídos ao mesmo trecho de aminoácidos e os mesmos sinais de início e término são predominantemente os mesmos em animais, plantas e microorganismos. No entanto, algumas exceções foram encontradas. A maioria deles envolve a atribuição de um ou dois dos três códons de parada a um aminoácido.