Генетика. 5
Содержание:
10. Мейоз и
его генетическая сущность……………
34. Строение генетического материала у прокариот. Обмен генетическим материалом у прокариот…………………………6
48. Генетическая
структура популяции по
117. Выписать и дать объяснения всем терминам, встретившимся при выполнении работы…………………….16
73. Задача…………………………………………………………18
84.Задача………………………………………………………
Список используемой литературы……………………………20
10. Мейоз и его генетическая сущность.
Мейоз {греч. meiosis — уменьшение) —сложное деление, которое происходит только у высших организмов, размножающихся половым путем, и связан он с процессом развития и образования половых клеток (гаметогенезом) .Мейоз состоит из двух последовательных делений ядра: первое деление мейоза – редукционное – приводит к сокращению вдвое числа хромосом в дочерних клетках, второе деление - эквационное – сохраняет имеющиеся в материнской клетке число хромосом. Мейоз служит ключевым звеном гаметогенеза у животных и спорогенеза у растений, в результате которого из диплоидных клеток образуются гаплоидные клетки.Мейоз -разновидность митоза, в результате которого из диплоидных (2п) соматических клеток половых желез образуются гаплоидные гаметы (1n). При оплодотворении ядра гаметы сливаются, и восстанавливается диплоидный набор хромосом. Таким образом, мейоз обеспечивает сохранение постоянного для каждого вида набора хромосом и количества ДНК. Мейоз представляет собой непрерывный процесс, состоящий из двух последовательных делений, называемых мейозом I и мейозом II. В каждом делении различают профазу, метафазу, анафазу и телофазу. В результате мейоза I число хромосом уменьшается вдвое (редукционное деление): при мейозе II гаплоидность клеток сохраняется (эквационное деление). Клетки, вступающие в мейоз, содержат генетическую информацию 2n2хр (рис. 1).
В профазе мейоза I происходит
постепенная спирализация хроматина
с образованием хромосом. Гомологичные
хромосомы сближаются, образуя общую
структуру, состоящую из двух хромосом
(бивалент) и четырех хроматид (тетрада).
Соприкосновение двух гомологичных
хромосом по всей длине называется
конъюгацией. Затем между гомологичными
хромосомами появляются силы отталкивания,
и хромосомы сначала
В метафазе мейоза I биваленты хромосом располагаются в экваториальной плоскости клетки. В этот момент спирализация их достигает максимума. Содержание генетического материала не изменяется (2п2хр).
В анафазе мейоза I гомологичные
хромосомы, состоящие из двух хроматид,
окончательно отходят друг от друга
и расходятся к полюсам клетки.
Следовательно, из каждой пары гомологичных
хромосом в дочернюю клетку попадает
только одна — число хромосом уменьшается
вдвое (происходит редукция). Содержание
генетического материала
В телофазе происходит формирование ядер и разделение цитоплазмы — образуются две дочерние клетки. Дочерние клетки содержат гаплоидный набор хромосом, каждая хромосома — две хроматиды (1n2хр).
Интеркинез — короткий промежуток между первым и вторым мейотическими делениями. В это время не происходит репликации ДНК, и две дочерние клетки быстро вступают в мейоз II, протекающий по типу митоза.
Рис. 1. Схема мейоза (показана одна пара гомологичных хромосом). Мейоз I: 1, 2, 3. 4. 5 — профаза; 6 —метафаза; 7 — анафаза; 8 — телофаза; 9 — интеркинез. Мейоз II; 10 —метафаза; II —анафаза; 12 — дочерние клетки.
В профазе мейоза II происходят
тс же процессы, что и в профазе
митоза. В метафазе хромосомы располагаются
в экваториальной плоскости. Изменений
содержания генетического материала
не происходит (1n2хр). В анафазе мейоза
II хроматиды каждой хромосомы отходят
к противоположным полюсам
Таким образом, в результате мейоза из одной диплоидной материнской клетки образуются 4 клетки с гаплоидным набором хромосом. Кроме того, в профазе мейоза I происходит перекомбинация генетического материала (кроссинговер), а в анафазе I и II — случайное отхождение хромосом и хроматид к одному или другому полюсу. Эти процессы являются причиной комбинативной изменчивости.
Биологическое значение мейоза:
1) является основным этапом гаметогенеза;
2) обеспечивает передачу
генетической информации от
3) дочерние клетки
генетически не идентичны
Атак же, биологическое
значение мейоза заключается в том,
что уменьшение числа хромосом необходимо
при образовании половых
Рис. 2. Схема гаметогенеза: à — сперматогенез; б— овогенез
Генетическое значение оплодотворения заключается в том,что после слияния женской и мужской гамет в зиготе восстанавливается характерный для данного вида диплоидный набор хромосом. Образование зиготы и развитие из нее особи в процессе онтогенеза (индивидуального развития ) являются характерными чертами полового размножения.
34. Строение генетического материала у прокариот. Обмен генетическим материалом у прокариот.
Основной генетический материал
прокариот (от греч. про – до и
карион – ядро) находится в цитоплазме
в виде кольцевой молекулы ДНК. Эта
молекула (нуклеоид) не окружена ядерной
оболочкой, характерной для эукариот,
и прикрепляется к
Некоторые прокариоты имеют выросты плазматической мембраны: мезосомы, ламеллярные тилакоиды, хроматофоры. В них сосредоточены ферменты, участвующие в фотосинтезе и в процессах дыхания. Кроме того, мезосомы ассоциированы с синтезом ДНК и секрецией белка. Размножаются прокариоты обычно путем деления надвое (бинарным). Делению предшествует очень короткая стадия удвоения, или репликации, хромосом. Так что прокариоты – гаплоидные организмы.
Редко у бактерий наблюдается половой процесс, при котором происходит рекомбинация генетического материала. Следует подчеркнуть, что у бактерий никогда не образуются гаметы, не происходит слияние содержимого клеток, а имеет место передача ДНК от клетки-донора к клетке-реципиенту. Различают три способа передачи ДНК: конъюгация, трансформация, трансдукция
Трансформация — однонаправленный
перенос фрагментов ДНК от клетки-донора
к клетке-реципиенту, не контактирующих
друг с другом. При этом клетка-донор
или «выделяет» из себя небольшой
фрагмент ДНК, или ДНК попадает в
окружающую среду после гибели этой
клетки. В любом случае ДНК активно
поглощается клеткой-
Первый заслуживающий доверия случай наследственного изменения, возникшего в результате приобретения чужеродного генетического материала, был обнаружен у бактерии Pneumococcus — возбудителя пневмонии. Штаммы Pneumococcus различаются по свойствам клеточной поверхности, которая может быть гладкой или шероховатой, и степени вирулентности, связанной с типом поверхности. Эти различия наследуются. Если выращивать один штамм бактерий на стерильном экстракте, содержащем ДНК другого штамма, то некоторые дочерние клетки первого штамма приобретают свойства клеточной поверхности и вирулентность, характерные для второго штамма. Эти изменения передаются по наследству. Наследственные признаки штамма-донора передаются штамму-реципиенту через ДНК донора в стерильной ростовой среде
Трансформация у бактерий — явление, наблюдаемое в лаборатории. Её природный аналог — это трансдукция. Бактериальные вирусы, или фаги, в природных условиях иногда переносят генетический материал из одной бактериальной клетки в другую. Такой перенос бактериального генетического материала фагами называют трансдукцией.
При трансдукции небольшой двухцепочечный фрагмент ДНК попадает из клетки-донора в клетку-реципиент вместе с бактериофагом (одна из групп вирусов). Возможный механизм трансдукции изображен на рисунке ниже:
Некоторые вирусы способны встраивать свою ДНК в ДНК бактерий; такая встроенная ДНК реплицируется одновременно с ДНК хозяина и передается от одного поколения бактерий к другому. Время от времени такая ДНК активируется и начинает кодировать образование новых вирусов. ДНК хозяина (бактерии) разрывается, а высвобожденные фрагменты иногда захватываются внутрь новых вирусных частиц, порой даже вытесняя ДНК самого вируса. Такие новые "вирусы", или трансдуцирующие частицы, затем переносят ДНК в клетки других бактерий.
Различают трансдукцию
неспецифическую и
Неспецифическая трансдукция — случайный перенос фрагментов ДНК от одной бактериальной клетки к другой.
Специфическая трансдукция осуществляется только умеренными фагами, обладающими способностью включаться в строго определенные участки хромосомы бактериальной клетки и трансдуцировать определенные гены.
Процесс трансдукции протекает
следующим образом. Фаг заражает
одну бактериальную клетку и размножается
в ней за счет ДНК хозяина. Затем
одна из дочерних фаговых частиц заражает
другую бактериальную клетку и вносит
при этом генетический материал первой
клетки-хозяина во вторую клетку-хозяина.
Наиболее успешно трансдукцию
Установлено, что трансдукция происходит у бактерий таких родов, как Salmonella, Escherichia, Pseudomonas, Staphylococcus и некоторых других. К числу признаков, передаваемых путем трансдукции, относятся способность к синтезу тех или иных веществ, устойчивость к антибиотикам и подвижность. В одном случае конверсии у Clostridium изменяется тип токсина, вырабатываемого бактерией. Один из штаммов Clostridium botulinum, который обычно вызывает ботулизм у человека и животных, при заражении определённым фагом превращается в другой штамм Clostridium, вызывающий газовую гангрену .
У прокариот (бактерии и синезеленые водоросли), у которых отсутствует мейоз, а геном представлен только одной молекулой ДНК, законная генетическая рекомбинация сопряжена с такими естественными формами обмена и переноса генетического материала, как конъюгация.При конъюгации одна из клеток передает генетическую информацию другой клетке. При этом увеличения числа особей не происходит.
Конъюгация бактерий состоит в переходе генетического материала (ДНК) из клетки-донора («мужской») в клетку-реципиент («женскую») при контакте клеток между собой. Донорная способность клеток определяется генами, находящимися в небольшой кольцевой молекуле ДНК, которую называют половым фактором или F-фактором (F - первая буква от англ. fertility - плодовитость). Это - своеобразная плазмида, которая кодирует белок специфических фимбрий, называемых F-пилями или половыми пилями. F-пили облегчают контакт клеток друг с другом. Молекула ДНК состоит из двух цепей. При конъюгации одна из цепей двухцепочечной ДНК F-фактора проникает через половую фимбрию из клетки-донора (F+) в клетку-реципиент (F-).
Этот процесс схематически показан на рисунке:
Рис. Конъюгация и перенос F-фактора из клетки в клетку. 1, 2 и 3 обозначают последовательность этапов переноса. 1 - раскручивающийся и одновременно реплицирующийся F-фактор; 2 - одноцепочечный F-фактор проникает в клетку-реципиент через F-фимбрию; 3 - F-фактора с синтезирующейся комплементарной цепью.
«Мужская» клетка содержит
F-фактор, или половой фактор, который
контролирует синтез так называемых
половых пилей, или F-пилей. Клетки, не
содержащие F-фактора, являются «женскими»;
при получении F-фактора они превращаются
в «мужские» и сами становятся
донорами. F-фактор располагается в
цитоплазме в виде кольцевой двунитчатой
молекулы ДНК, т. е. является плазмидой.
Молекула F-фактора значительно меньше
хромосомы и содержит гены, контролирующие
процесс конъюгации, в том числе
синтез F-пилей. При конъюгации F-пили
соединяют «мужскую» и «
Переносимая ДНК взаимодействует с ДНК реципиента — происходит гомологичная рекомбинация. Прерывая процесс конъюгации бактерий, можно определять последовательность расположения генов в хромосоме. Иногда F-фактор может при выходе из хромосомы захватывать небольшую ее часть, образуя так называемый замещенный фактор — F'.
Сексдукция (от секс и лат. ductio — проведение), частный случай переноса генов во время конъюгации от одной бактериальной клетки — донорской ("мужской") к другой — реципиентной ("женской"). С. осуществляется половым фактором, выделившимся в автономное состояние из бактериальной хромосомы вместе с её фрагментом. При С. в реципиентную клетку с фрагментом хромосомы переходит и половой фактор, тогда как при обычной конъюгации включенный в хромосому половой фактор переходит в реципиентную клетку крайне редко. В результате С. клетки приобретают свойства донорских ("мужских") клеток, т. е. способность в дальнейшем осуществлять при конъюгации как С., так и перенос бактериальной хромосомы. В остальном С. сходна с обычным конъюгационным переносом: клетки становятся диплоидами по генам, содержащимся в перенесённом фрагменте, приобретая присущие диплоидам особенности взаимодействия между гомологичными генами. Стабильность таких частичных диплоидов зависит от величины перенесённого фрагмента хромосомы: с увеличением протяжённости фрагмента повышается вероятность рекомбинации между ним и гомологичным участком хромосомы, что обычно приводит к восстановлению гаплоидного состояния клетки. С. имеет сходство со специфической трансдукцией, отличаясь от неё тем, что осуществляется с помощью перешедшего в автономное состояние полового фактора, а не при посредстве умеренного фага, вышедшего из Плазмиды и эписомы - это небольшие фрагменты ДНК, отличающейся от основной массы ДНК. Они часто реплицируются вместе с ДНК хозяина, но не нужны для выживания его клетки. Сначала было принято различать эписомы и плазмиды: эписомы внедряются в ДНК хозяина, а плазмиды - нет. К эписомам относятся F-факторы и так называемые умеренные фаги. Сейчас обе группы называют одним общим термином "плазмиды". Плазмиды широко распространены в природе, и в последние годы их считают внутриклеточными паразитами или симбионтами, устроенными еще проще, чем вирусы. Что касается плазмид, то здесь дело обстоит еще сложнее - ведь они представляют собой только молекулы ДНК. Плазмиды придают своим клеткам-хозяевам целый ряд особых свойств. Некоторые плазмиды являются "факторами резистенции" (R-плазмиды, или R-факторы: от англ. R = resistance - устойчивость), т.е. факторами, придающими устойчивость к антибиотикам. Примером может служить пенициллиназная плазмида стафилококков, которая трансдуцируется различными бактериофагами. В этой плазмиде содержится ген, кодирующий фермент пенициллиназу, которая разрушает пенициллин и, таким образом, придает устойчивость к пенициллину. Передача и распространение таких факторов среди бактерий (в результате полового размножения) очень мешают врачам. Другие плазмидные гены определяют устойчивость к дезинфицирующим средствам; способствуют таким заболеваниям, как стафилококковая импетиго; помогают молочнокислым бактериям превращать молоко в сыр; придают способность усваивать такие сложные вещества, как углеводороды, что можно использовать для борьбы с загрязнениями океана или для получения кормового белка из нефти. В заключение следует
сказать, что половое размножение
(в любой форме) - довольно редкое
событие у бактерий. Но поскольку
число бактерий в каждой колонии
огромно, половое размножение
48. Генетическая структура популяции по концентрации генов и частоте генотипов. Формула и закон Харди-Вайнберга для характеристики структуры панмиктической популяции. |
С точки зрения генетики, популяция – это генетическая система, обладающая исторически сложившейся генетической структурой. Основные положения популяционной генетики сложились на основании изучения природных и модельных популяций высших раздельнополых животных (моллюсков, насекомых, позвоночных), которые воспроизводят себя с помощью нормального полового размножения – амфимиксиса, или объединения женских и мужских гамет. В таких случаях группировка особей, способных скрещиваться между собой и производить полноценное (т.е. жизнеспособное и плодовитое) потомство, называется генетической, или менделевской популяцией. В свою очередь, потомки, достигшие половозрелости, также должны скрещиваться между собой и производить полноценное потомство, то есть популяция должна существовать длительное число поколений. Таким образом, с точки зрения генетики, популяция представляет собой множество особей, объединенных достаточно высокой степенью родства. В рамках генетического подхода выделяется представление об идеальной популяции.
Идеальная популяция – это абстрактное понятие, которое широко используется в моделировании микроэволюционных процессов. При описании систем скрещивания в идеальной популяции широко используется понятие панмиксии – случайного свободного скрещивания, при котором вероятность встречи гамет не зависит ни от генотипа, ни от возраста скрещивающихся особей. Если исключить половой отбор, то к панмиктической популяции применима концепция гаметного резервуара, согласно которой в популяции в период размножения формируется гаметный резервуар (генный пул), включающий банк женских гамет и банк мужских гамет. Если члены популяции равноудалены друг от друга, то встреча гамет и формирование зигот происходят случайным образом. Генетическая структура популяций Каждая популяцияобладает собственной генетической структурой. Генетическая структура популяций определяется исходным соотношением аллелей, естественным отбором и элементарными эволюционными факторами (мутационный процесс и давление мутаций, изоляция, популяционные волны, генетико-автоматические процессы, эффект основателя, миграции и др.). Для описания генетической структуры популяций используются понятия «аллелофонд» и «генофонд».
Аллелофонд. Аллелофонд популяции – это совокупность аллелей в популяции. Если рассматриваются два аллеля одного гена: А и а, то структура аллелофонда описывается уравнением: pA + qa = 1. В этом уравнении символом pA обозначается относительная частота аллеля А, символом qa – относительная частота аллеля а.
Популяции, в которых структура аллелофонда остается относительно постоянной в течение длительного времени, называются стационарными.
Если рассматриваются три аллеля одного гена: а1, а2,, а3, то структура аллелофонда описывается уравнением: p а1 + q а2 + r а3 = 1. В этом уравнении символами p, q, r обозначаются соответствующие частоты аллелей.
Если рассматриваются несколько аллелей нескольких генов (a, b, c), то структура аллелофонда описывается системой уравнений:
p1 a1 + p2 a2 + p3 a3 + ... + pi ai = 1
q1 b1 + q2 b2 + q3 b3 + ... + qi bi = 1
r1 c1 + r2 c2 + r3 c3 + ... + ri ci = 1
..............................
В этих уравнениях символами pi, qi, ri обозначены относительные частоты аллелей разных генов. Однако в простейших случаях рассматриваются только моногенные диаллельные системы, например: А–а. В популяции с общей численностью особей Nобщ и известной численностью особей с генотипами АА, Аа, аа относительные частоты аллелей рассчитываются по формулам:
p (A) = |
2 Í N (AA) + N (Aa) |
2 Í N общ. |
q (a) = |
2 Í N (aa) + N (Aa) |
2 Í N общ. |
или q (a) = 1 – р (А) |
|
Закон Харди–Вайнберга – основной закон популяционной генетики
Закон, характеризующий генетическую структуру панмиктических популяций, сформулирован в 1908 г. одновременно и независимо друг от друга английским математиком Г. Харди и немецким врачом В. Вайнбергом. Они, применив математический анализ, изучали соотношения генотипов (групп крови) в популяциях людей и выявили математическую закономерность в распределении гомозиготных и гетерозиготных генотипов. Ими установлено, что соотношение гомо- и гетерозиготных генотипов подчиняется математической закономерности, выражаемой коэффициентами разложения бинома (a + b)
Структура генофонда в панмиктической стационарной популяции описывается основным законом популяционной генетики – законом Харди-Вайнберга, который гласит, что в идеальной популяции существует постоянное соотношение относительных частот аллелей и генотипов, которое описывается уравнением:
(p A + q a)2 = р2 АА + 2∙р∙q Aa + q2 aa = 1
Если известны относительные частоты аллелей p и q и общая численность популяции Nобщ, то можно рассчитать ожидаемую, или расчетную абсолютную частоту (то есть численность особей) каждого генотипа. Для этого каждый член уравнения нужно умножить на Nобщ:
p2 AA · Nобщ + 2·p·q Aa · Nобщ + q2 aa · Nобщ = Nобщ
В данном уравнении:
p2 AA · Nобщ – ожидаемая абсолютная частота (численность) доминантных гомозигот АА
2·p·q Aa · Nобщ – ожидаемая абсолютная частота (численность) гетерозигот Аа
q2 aa · Nобщ – ожидаемая абсолютная частота (численность) рецессивных гомозигот аа
Закон Харди- Вайнберга утверждает, что в панмиктических популяциях ( в результате свободного скрещивания родительских пар и случайного сочетания их гамет ) соотношение генотипов в потомстве выражается коэффициентами бинома (pa+qa)2 = p2AA+2pA*qa +q2aa , то есть доля гомозиготных доминантных генотипов АА равна квадрату частоты аллеля А (p2A ), а доля гомозиготных рецессивных генотипов аа – квадрату частоты аллеля а (q2a). Доля же гетерозиготных генотипов Аа выражается удвоенным произведением частот (2pA *qa ).
Такое соотношение генотипов остаётся неизменным в ряде поколений до тех пор . пока какая-то причина ( отбор, мутация, миграция ) не изменит частоту одного аллелей, что приведет к нарушению генетической структуры популяции и частоты каждого генотипа.
117. Выписать и дать объяснения всем терминам, встретившимся при выполнении работы.
Аллели – различные изменения одного и того же гена в результате мутации, занимающие одно и то же место в хромосоме, но несколько по-разному влияющие на развитие признака.
Гамета – половая клетка.
Гаплоид – клетка или особь с одинарным набором хромосом.
Ген – единица наследственности, определенный участок молекулы ДНК, контролирующий синтез определенного белка и влияющий на развитие какого-либо признака организма.
Генотип – комплекс наследственных задатков организма.
Генофонд – набор генов, имеющихся в данной популяции.
Гетерозигота – зигота, включающая разные аллельные гены.
ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота – наследственный материал, определяющий строение белков организма; ДНК способна к самовоспроизведению.
Доминантность – свойство гена преобладать над действием другого аллельного ему гена.
Зигота – оплодотворенная яйцеклетка.
Кариотип – характерный для вида набор хромосом.
Кроссинговер – обмен участками хромосом при их конъюгации во время редукционного деления.
Инбридинг – родственное спаривание.
Мутация – внезапное изменение наследственного материала ( гена или участка хромосомы ).
Обратная мутация – изменение гена от мутации к норме.
Популяция – часть вида, населяющая определенную территорию и размножающаяся внутри себя.
Рецессивный ген – ген, влияющий на развитие признака только в гомозиготном состоянии.
РНК – рибонуклеиновая кислота, синтезирующаяся на ДНК и имеющая одну цепь, комплементарную цепи ДНК по последовательности оснований ( с заменой лишь тимина на урацил ).
Сексдукция – перенос у бактерий фактором F генетического материала из одной клетки в другую.
Скрещивание - спаривание особей, различающихся своими признаками.
Трансдукция – перенос фагом участка ДНК бактерий из одной бактериальной клетки в другую.
Фенотип – комплекс всех признаков организма.
Эписома – небольшая молекула ДНК, находящаяся в цитоплазме клетки бактерии.
73. На ферме все утки
и селезни имеют хохолок на
голове. Ген хохлатости обладает
летальным действием –
84. У морских свинок
черная окраска шерсти ( ген В
) доминирует над белой ( ген
в ), а короткая шерсть (ген К)
– над длинной – (ген к).
Гомозиготные черные
Список используемой литературы:
- Иванова О.А. Генетика: Учебник для сельскохозяйственн
ых вузов. 2-е изд., перераб. и доп. М. Колос. 1974 г. 431с. - Меркурьева Е.К. Шангин-Березовский Г.Н. Генетика с основами биометрии. М. Колос, 1983г. 400 с.
- Ларцева С.Х. Муксинов М,К. Практикум по генетике. М: Агропромиздат, 1985 г. 288с.

- Генетика
- Генетика
- Генетика
- Генетика вирусов. Бактериофаги. Лизогения
- Генетика вирусов. Структурная организация генома клетки
- Генетика. Законы наследственности
- Генетика и медицина
- Генераторные установки
- Генератор псевдослучайных чисел
- Генераторы случайных чисел
- Генераторы тепла
- Генерация последовательности псевдослучайных квазиравномерных чисел
- Генетика
- Генетика