Презентация к уроку"Перестройки генома в онтогенезе."

Перестройки генома в онтогенезе

Автор: Мордвинкина Татьяна Александровна

Учитель биологии МОУ- Лицей №2 г. Саратова

Перестройки генома у прокариот

Геном прокариот проще, т.к. у них меньше генов У прокариот нет некоторых этапов онтогенеза: эмбриогенеза и дифференцировки Вывод: регуляция деятельности генов значительно проще ,чем у эукариот. Однако, у бактерий при образовании спор в неблагоприятных условиях- происходят сложные перестройки генома

Перестройки генома у прокариот

У бактерий в геноме присутствуют гены, ненужные в нормальных условиях, но необходимые для образование спор. Эти гены в обычных условиях «разорваны» — в них вставлены участки ДНК длиной в несколько десятков тысяч пар оснований, в результате чего эти гены работать не могут. Когда возникает необходимость, внутренние участки с точностью до одного нуклеотида вырезают специальным ферментом и происходит восстановление рамки считывания гена.

Перестройки генома у прокариот

Например, ген фермента нитрогеназы у азотфиксирующих цианобактерий.

Этот фермент восстанавливает атмосферный азот до аммиака . Но кислород для него является ядом, поэтому фиксация азота происходит специальными толстостенными клетками, куда кислород не проникает. Ген нитрогеназы восстанавливается и может транскрибироваться только в этих специализированных клетках путем вырезания участков ДНК.

Перестройки генома у эукариот

Перестройка генома у эукариот значительно более сложная, чем у прокариот: дифференцированные клетки используют только небольшую часть генетической информации, содержащейся в ДНК. Остальная часть генома оказывается «лишней». Во многих случаях эта «лишняя» ДНК просто удаляется из клетки — происходит перестройка генома. 

Перестройки генома у эукариот

Перестройка генома у эукариот у некоторых червей и членистоногих генетический материал полностью сохраняется только в генеративных клетках. у лошадиной аскариды, например, в ходе эмбрионального развития происходит удаление части ДНК . 

Перестройки генома у эукариот

У человеческой аскариды зигота и клетки –предшественники половых, имеют всего две крупные хромосомы . В ходе дробления в бластомере зародыша эти огромные хромосомы распадаются на множество фрагментов . Оставшиеся фрагменты становятся самостоятельными маленькими хромосомами. В результате в соматических клетках остается всего около 15%генетического материала , который содержит все гены ,необходимые для нормального развития и функционирования.

В тех клетках, из которых будут развиваться гаметы, остаются две большие хромосомы с полной генетической информацией. 

Перестройки генома у эукариот

У одноклеточных двухядерных эукариот-инфузорий на соматические и генеративные дифференцируются не клетки, а ядра, причем в соматическом ядре удаляется большая часть ДНК –до 95%

При размножении инфузории, дочерним клеткам передается ДНК генеративного ядра.

Перестройки генома у эукариот

Удаление ДНК иногда происходит и у млекопитающих, хотя и в меньших масштабах. Например, при дифференцировке кроветворных клеток в эритроциты из них полностью удаляется ядро вместе с ДНК. Тромбоциты также не содержат ДНК. Нет ядра и в клетках, из которых состоит хрусталик глаза.  

Перестройки генома у эукариот

Перестройки генома могут быть использованы клетками не только для необратимого выключения части генома, но и, наоборот, для включения генов . 

Формирование механизмов иммунитета

  Наиболее сложные изменения генома происходят у млекопитающих при формировании механизмов иммунитета (образование антител).

Формирование механизмов иммунитета

  Молекула каждого иммуноглобулина имеет четвертичную структуру и состоит из двух легких и двух тяжелых полипептидных цепей. Каждая из этих четырех цепей состоит из двух участков -неизменяемого, одинакового у всех молекул, и вариабельного, изменяемого, различающегося у разных антител. 

Формирование механизмов иммунитета

  Молекула каждого иммуноглобулина состоит из двух легких и двух тяжелых полипептидных цепей. Каждая из этих четырех цепей состоит из двух участков-неизменяемого, одинакового у всех молеукул, и вариабельного, изменяемого, различающегося у разных антител. 

Формирование механизмов иммунитета

Как можно закодировать такое большое разнообразие? Гены иммуноглобулинов имеют прерывистую структуру , отдельные участки лежат на некотором расстоянии друг от друга. Вариабельная часть кодируется 2или 3 типами последовательностей , каждая из которых состоит из нескольких блоков, которые отличаются друг от друга . 

Формирование механизмов иммунитета

Вариабельные участки иммуноглобулина образуют активный центр антитела, который взаимодействует с антигеном . Поэтому пространственная структура активного центра создает необычайное разнообразие антител, которое может достигать нескольких миллионов. Геном же млекопитающих содержит всего несколько десятков тысяч генов

Формирование механизмов иммунитета

В период эмбрионального развития организма при размножении клеток—предшественниц лимфоцитов происходит выборочная репликация этих генов. Для каждой из цепей возможно более тысячи вариантов сочетания блоков. Поскольку гены для легкой и тяжелой цепей реплицируются независимо друг от друга, число сочетаний блоков в одной молекуле превышает несколько миллионов. 

Формирование механизмов иммунитета

Мутационный процесс создает дополнительный источник разнообразия структуры антител. Лимфоцит с уже готовыми собранными генами может синтезировать несколько различных антител. Поэтому для каждого поступающего в организм антигена находится лимфоцит, синтезирующий подходящее антитело, даже если организм с ним ранее не встречался

Незапрограммированные перестройки генома

. К таким перестройкам относят перемещения мобильных генетических элементов (МГЭ). Б. Мак Клинток -лауреат Нобелевской премии , в результате генетических исследований кукурузы обнаружила возможность перемещения некоторых участков хромосом с одной хромосомы на другую. При этом изменялось функционирование генов, расположенных рядом с перемещенным участком. Установлено, что перемещаться могут не любые участки хромосом, а имеющие определенную структуру . Мобильные генетические элементы обнаружены у всех живых организмов. У эукариот они могут составлять до 10% всего генома клетки. 

Незапрограммированные перестройки генома

Мобильные генетические элементы –МГЭ -последовательности ДНК, которые могут перемещаться внутри генома. Существует несколько классов мобильных элементов генома, отличающихся по строению и способу перемещения: Транспозоны, например, Tn5; Инсерционные элементы, например, IS1603; ДНК-транспозоны; Ретротранспозоны Плазмиды, например, половой фактор кишечной палочки(F-плазмида; Бактериофаги.

Незапрограммированные перестройки генома

Хотя мобильные элементы в целом являются «генетическими паразитами», вызывая мутации в генетическом материале организма хозяина и понижая его приспособленность за счёт траты энергии на репликацию и синтез белков паразита, но они являются важным механизмом изменчивости и обмена генетическим материалом между организмами одного вида и разными видами

• Домашнее задание. §43, ответить на вопрос№2 в конце параграфа, дать развернутое объяснение .
• Задание с опережением:
• ( к 19 апреля)подготовить презентацию на тему по выбору.:
• Клонирование и его механизмы.
• Химерные организмы.
• Трансгенные организмы.