EVOLUȚIA GENEI
Punct de vedere istoric, problema evolutia genelor este important, deoarece evoluția genelor asociate cu originile vieții în general și, în special, îmbunătățirea acesteia. După cum a arătat rolul inițial în originea ARN-ului de viață, se presupune că începutul evoluției genelor datate acum 3,5-3,8 miliarde de ani, atunci când a format prima moleculă de ARN care sinteza într-un fel determinist de proteine, de ex., E. au fost primii păzitorii informații genetice. Cu toate acestea, atunci când a arătat necesitatea de a spori eficiența sintezei proteinelor, capacitatea de a codifica informatii genetice transmise la DNA, care a fost Paznicul principal al informației genetice. In ceea ce ARN-ului, a fost intre ADN si proteine, devenind „purtător“ de informații. Desigur, această ipoteză nu are dovezi. Cu toate acestea, mulți cred că apariția ADN-ului asociat cu complicarea structurii celulare și, în consecință, necesitatea de a codifica cantități mari de informații în comparație cu ARN. Cu alte cuvinte, începând cu participarea ADN-ului la stocarea informațiilor genetice, codul genetic a început să se dezvolte.
Recent, sa acordat multă atenție ipotezei că sursa de gene noi este recombinarea exonilor, precum și transpozonii care intră în genomul organismelor.
De interes deosebit în planul evolutiv este ADN, care nu este transcris (ADN egoist). Se părea că ar trebui să existe anumiți factori de contra-selecție care să asigure menținerea acestui ADN în celule. Între timp, astfel de factori sunt necunoscuți. Cu toate acestea, presupunerea că ADN-ul egoic este de asemenea o sursă de gene noi este foarte popular.
Două explicații sunt cunoscute în discutarea direcției de evoluție a genomului. Unii oameni de știință sugerează o creștere a genomului celular
organisme în timpul evoluției continuat prin includerea în structura nucleara copie a genei mai departe, în timp ce dru- Gia cred că evoluția sa format deja gene de duplicare a urmat divergenta lor. Dovezi ale genelor incluse in genomul lipsesc, în timp ce ipoteza duplicarea genei și de divergență are studii semnificative, iar aceste studii se bazează pe datele pe care numeroase familia de proteine codificate seturi de gene înrudite.
Se constată, de exemplu, că mai multe gene participă la codificarea albuminei din ouă a găinilor. Interferonul leucocitelor umane este codificat de nouă gene non-alelice, iar cristalina de pui este codificată de două gene. Actinul proteic la insecte și la urchinii de mare este de asemenea controlat de mai multe gene și pentru fiecare actin în diferite celule contractile există o genă. Proteinele din corion sunt, de asemenea, controlate de mai multe gene, care sunt combinate într-un grup complex. S-a identificat mai multe gene care codifică rodopsina, oferind o percepție a diferitelor culori. În cele din urmă, imunoglobulinele sunt, de asemenea, codificate de multe gene, de exemplu la șoareci - cu trei gene. Există și alte exemple. Prin urmare, putem spune că sinteza a doar câteva proteine este controlată de gene singulare. De exemplu, o genă codifică sinteza insulinei umane și puii de găină. În sprijinul presupunerii duplicării și divergenței genelor și, în consecință, a mecanismelor de creștere a genomului, datele despre evoluția genelor multifamiliale care codifică hemoglobina sunt cele mai revelatoare.
În viermele marine, unele insecte și pești, dimensiunea unei molecule de globină care transportă oxigenul este de numai 150 de resturi de aminoacizi. La om, fiecare moleculă de hemoglobină constă din două lanțuri apolipeptidice și două lanțuri de polipeptide a. Sinteza hemoglobinei este codificată de două clustere genice necombinați. Clusterul genelor α-globin este localizat pe cel de-al 16-lea cromozom și conține două gene embrionare, precum și două gene aproape identice ale globinei fetale. Cel de-al doilea grup, situat pe cromozomul 11, codifică β-globinele. Este alcătuită dintr-o genă β-globină, o genă β-embrionară, două gene fetale și o genă β-globină.
Bazându-se pe informațiile despre controlul genetic al globinei și datele secvențializate ale genelor globinei, se sugerează că prima duplicare a unei gene care controlează sinteza unei proteine care este un precursor-
Hemoglobina, a avut loc acum 1 miliard de ani, dând naștere unei perechi de gene. O genă din această pereche pe parcursul evoluției a devenit o genă care controlează sinteza mioglobinei, cealaltă sa dezvoltat într-o genă care controlează sinteza hemoglobinei. Mai târziu (cu aproximativ 500 de milioane de ani în urmă), gena hemoglobinei a suferit din nou o duplicare, ducând la gene care controlează sinteza lanțurilor hemoglobinei α și β. După o perioadă de duplicare ulterioară, gena lanțului beta a fost expusă, ceea ce a dat naștere la gena hemoglobinei sintetizată numai în perioada embrionară. În plus, gena hemoglobinei embrionare a suferit dublarea, care a dat naștere hemoglobinelor ε și γ. O altă dublare a genei lanțului β a dat o genă care codifică sinteza β-globinei. Astfel, ca urmare a unei serii de duplicări tandem, gena inițială a globinei a devenit într-una din etapele de dezvoltare a clusterului genelor α- și β-globinei.
Evoluția genelor este accelerată de elementele transpozabile care au capacitatea de a construi genomi. În cele din urmă, recombinarea genomică contribuie la creșterea genomului.
Una dintre întrebările principale se referă la cunoașterea mecanismelor care împiedică duplicarea genelor ca rezultat al activării transcripționale a genelor "vecine". Recent, exemplul lui D. melanogaster a arătat existența unor segmente de frontieră (secvențe) de ADN care izolează funcțional genele adiacente. Lungimea secvențelor izolatoare este de aproximativ 340 de perechi de baze. Este posibil ca astfel de secvențe să existe în alte organisme.
ASPECTE DE DISCUȚIE
1. Care este baza ideii că acizii nucleici sunt materialul genetic? Care este semnificația în lista dovezilor privind rolul genetic al ADN-ului ingineriei genetice?
2. Există o relație între dimensiunea genomului (în numărul de perechi de nucleotide) și speciile organismului? Dați exemple pentru a vă susține punctul de vedere.
3. Ce știți despre modalitățile de creștere a genomului celulelor în procesul de dezvoltare a organismelor de la forme mai mici la cele mai înalte?
4. Determinați în centimetri lungimea totală a ADN-ului în celulele umane.
5. ADN-ul este stabil la pH 11, dar ARN se degradează la nucleotide într-o reacție alcalină. Folosind manualele de biochimie, explicați motivul acestui fenomen.
6. Dacă subunității p și β „ARN polimeraza sunt 0,005 proporție din masa totală de proteine în celulele de E. coli, așa cum este în celulă moleculele de ARN polimerază, cu condiția ca fiecare β subunitate și β“ reprezintă o parte integrantă a moleculei de enzimă?
7. De ce ureeaza denaturarea ARN-ului?
8. Baze de compoziție (fracția G + C) molecula de ADN dublu catenar este reflectat pe indicatorii de densitate flotabil în clorură de cesiu și temperatura de topire (Tm), la care jumătate din molecule „topește“ în circuite separate. S-a constatat că densitatea Infloritoarea 1,660 + fracție (G + C 0098 fracție χ) G + C = 2,44 (T - 69,3), unde T este definit în soluție salină etalon. O densitate ADN plutitoare de șobolani este 1,702, D. telanogaster - 1,698 și drojdie - 1.699. Se determină fracțiunea F + C și temperatura de topire a ADN pentru fiecare specie.
9. Care este semnificația ADN-ului mitocondrial uman?
10. Care sunt elementele genetice transpozabile? Cum se clasifică?
11. Ce sunt plasmidele?
12. Care sunt secvențele ADN repetate și cât de repede se repetă în genomul uman?
13. Care este modul semiconservativ al replicării ADN și care este semnificația biologică a acestei metode de replicare?
14. Care este rolul enzimelor în replicarea ADN-ului?
15. Există o diferență între replicarea ADN-ului și replicarea cromozomilor?
16. Ce este nucleozomul și care este dimensiunea sa? Care este rolul proteinelor în ambalajul ADN-ului în cromozomi?
17. Calculați numărul de perechi de nucleotide în 1 megaladton de ADN dublu catenar.
18. Credeți că câte gene sunt prezente într-o celulă umană, cu condiția ca lungimea unei gene să fie de aproximativ 900 de perechi de nucleotide?
19. Potrivit hidroliză acidă, un preparat ADN izolat din celule fetale stillborn umane, caracterizată prin următoarea compoziție (în%): Adenin - 25, timina - 32, guanina - 22, citozina - 21. Cum acest lucru poate explica rezultatul neobișnuit al studiului, ghidat de date despre structura ADN-ului?
20. Care va fi lungimea și masa totală a ADN-ului dacă combină moleculele ADN din toate celulele unui nou-născut, al cărui corp constă din celule 2,5 x 1012?
21. Care sunt fragmentele Okazaki și care este rolul lor în replicarea ADN-ului?
22. Puteți să menționați datele experimentale care confirmă orientarea lanțului antiparalelic în molecula ADN?
23. După denaturare, ADN-ul a fost renaturat, permițând re-hibridizarea lanțurilor la 1% din secvențele lor. Acest ADN a fost apoi procesat cu nucleaza 1 până când moleculele au fost digerate complet, după care a fost "dispersat" prin electroforeză într-un gel de agaroză. Care sunt rezultatele electroforezei?
24. Cum putem determina localizarea genetică a secvențelor a / - în genomul E. coli?
25. Care sunt mecanismele moleculare ale mutațiilor genetice?
26. Descrieți mecanismul de acțiune al mutagenilor fizici și chimici.
27. Poate fi deteriorat ADN-ul și prin ce mecanisme? Care este rolul mecanismelor de restabilire a deteriorării ADN în mutageneză?
28. Care este diferența dintre inducerea și reprimarea enzimelor?
29. Care este conceptul operonului și care este semnificația sa în înțelegerea mecanismelor acțiunii genelor?
30. La ce nivel de implementare a informațiilor genetice se efectuează controlul genetic al expresiei genice?
31. Ce determină dificultățile în studierea reglementării genetice a acțiunii genelor în eucariote?
32. Câte tipuri de ARN sunt implicate în biosinteza proteinelor și ceea ce se știe despre compoziția nucleotidelor, proprietățile chimice și fizice ale fiecărui tip de ARN?
33. În literatura științifică există dovezi că 7-metilguanozin-5-monofosfatul inhibă sinteza proteinelor într-un sistem fără celule derivat din reticulocite. Este, de asemenea, cunoscut faptul că la capătul 5 'al multor molecule de ARNm de celule eucariote există 7-metilguanozină. Dacă acest grup este îndepărtat din mRNA (chimic) al virusului stomatitei veziculoase, atunci acest lucru nu împiedică traducerea în sistemul reticulatocitelor fără celule. Puteți explica semnificația acestor date?
34. Cum înțelegeți mecanismul imprimării genetice și care este semnificația sa biologică?
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: