Bases of molecular genetics: nucleic acid, DNA, gene, genome

1. Нуклеїнові
кислоти, гени,
геноми
Старший науковий
співробітник,
к.б.н. Древицька Тетяна

5. Завдяки чому вони спеціалізуються?

6. Функції клітин реалізуються завдяки
білкам

7. Число генів, що працює

8. Ядро – органела клітини, в якій
міститься інформація про білки, і не
тільки.

9. Як виглядає ядро?
Всередині ядра внутрішню мембрану
вистилає ламіна – сітка, що утворена
білковими філаментами завтовшки близько 10
нм. Ламіна та ядерна оболонка утворюють
єдину структуру, яку називають ядерним
конвертом.

10. ДНК

11. клетка
хромосомы в ядре
ДНК
хромосома
1 молекула ДНК ген
ген
Де розташована ДНК та гени?

15. Розалінда Франклін з
використанням рентгенівської
кристалографії вперше в світі
візуалізувала структуру ДНК
(1951, 1953)

16. James D.
Watson and Francis Crick,
co-originators of the double-
helix model.
1962

17. Види нуклеїнових кислот

18. RNA
Азотовмісні основи
Оскільки всі зв’язки в кільці частково подвійні, азотисті основи є планарними. Усі атоми кільця лежать практично в
одній площині.
Атоми азоту кільця та приєднані до нього атоми оксигену є акцепторами, а NH2-групи - донорами водневого
зв’язку. Але водночас площина кільця є гідрофобною, тому азотисті основи
погано розчиняються у воді.

19. Цукри (пентози)

20. BASE
PHOSPHATE
)
Нуклеотид
Полярна й досить гнучка частина - пентозний цукор із фосфатним залишком, причому
останній має негативний заряд.
Жорстка планарна азотиста основа, яка в цілому є неполярною, хоча й містить донорні та
акцепторні групи.

21. Полимеризация ДНК

22. Компліментарність
Атоми азоту кільця та приєднані до нього атоми
оксигену є акцепторами, а NH2-групи - донорами
водневого зв’язку.

23. Подвійна спіраль

24. Зв'язки, що стабілізують ДНК
- стекінг взаємодії – гідрофобна взаємодія в межах основ
- водневі зв'язки (утворюються між атомом гідрогену, приєднаним до електронегативного атома
з частковим негативним зарядом δ (ця група віддає протон і називається донором водневого
зв’язку).
- вандервальсові взаємодії (при наближенні іншої молекули тимчасовий диполь першої
молекули індукує диполь у межах другої молекули, унаслідок чого виникає притягання
електричної природи)

25. Конформаційні параметри подвійної
спіралі

26. Конформаційні параметри подвійної
спіралі

28. Упаковка молекули ДНК: рівні
організації хроматину

29. - ДНК
- гістони
- негістонові білки
- малі ядерні РНК
29
Компоненти хроматину в ядрі

30. 30
Нуклеосома

31. 31

32. 32

33. 33
«Буси на нитці»

34. Наднуклеосомна упаковка хроматинової
фібрили (30 нм)
34
- в основі білковий
каркас (скефолд) з
гістонів Н1
- 6 - 7 нуклеосом на
1 крок спіралі

35. HMG (High Mobility Group), або
хроматинові шаперони

37. Ця фібрила формує соленойд
37

38. 38
Хроматинові петлі та розетки

39. 39
Фінальний рівень

41. 41

44. Інтерфазний хроматин
“Хромосомні території” “регіони ядерної організації (NOR)”

45. Організація хроматину та топологічні домени.
(Topologically Associating Domains - TADs)

46. Варіанти взаємодій між ділянками різних топологічних
доменів

47. Ядерцевий організатор містить кластер генів рРНК – 18S, 5,8S та 28S, які тандемно повторюються від 100
до 1000 разів. Кожний кластер має довжину приблизно 11 тис пар основ. В інтерфазному ядрі ядерцеві
організатори кількох різних хромосом розташовуються поруч і формують щільну структуру, яка називається
ядерцем.
ITS - internal transcribed spacers
ETS – external transcribed spacers

49. ГЕНОМ ЛЮДИНИ -
симбіотична конструкція, що складається з
облігатних (структурні локуси - екзони,
інтрони) та факультативних елементів
(повтори ДНК, ампліфіковані ділянки,
псевдогени, епісоми, ретровірусні
послідовності, віруси, бактерії, тощо).
Геном людини – 3.38 млрд. пар нуклеотидів

50. Геном людини: цифри

54. ЗМІНИ У ГЕНЕТИЧНОМУ
АПАРАТІ
МУТАЦІЇ ВАРІАЦІЇ
(алельний
поліморфізм)

55. Мутації – патологічні зміни в геномі клітини,
не пов`язані із статевою або соматичною
рекомбінацією, які можуть спадкуватися.
Мутація (лат. mutatio - зміна) – стійка,
стрибкоподібна зміна в генетичному апараті.
Хуго де Фріз (1901)

56. ЧИ ВІДРІЗНЯЮТЬСЯ МЕХАНІЗМИ ВИНИКНЕННЯ
МУТАЦІЙ ТА ВАРІАЦІЙ ГЕНІВ?
МУТАЦІЇ ВАРІАЦІЇ
Екзогенні фактори (іонізуюче
випромінювання, хімічні
мутагени, віруси та ін.)
Ендогенні фактори (вільні
радикали, помилки при
редуплікації, репарації,
тощо)
СТОХАСТИЧНІ
Екзогенні фактори (зміни умов
існування, рівень інсоляції,
характер харчування та ін.)
Ендогенні фактори
(редагування РНК, ДНК,
епігенетичні модифікації, тощо)
ЦІЛЕСПРЯМОВАНІ

57. ВАРІАЦІЇ ГЕНІВ
відмінності, що визначають генетичну гетерогенність популяції
та генетичну індивідуальність кожної людини, її конституцію та
схильність до розвитку захворювань
> 100 млн. варіацій (2 % геному)
Кожний ген може бути представлений у більш ніж
2000 варіантах !

59. ВІДМІННОСТІ МУТАЦІЇ ВІД ВАРІАЦІЇ
(АЛЕЛЬНОГО ПОЛІМОРФІЗМУ) ГЕНА
ЗНАЧЕННЯ МУТАЦІЯ ВАРІАЦІЯ
Популяційно-
генетичне
Зустрічається рідко
(частота мутантного
алеля не перевищує 1%)
Має широке розповсюдження
(частота зміненого алеля від 1%
до 75%)
Фізіологічне Немає
Забезпечує генетичну
гетерогенність популяції,
генетичне підґрунтя конституції
людини
Біохімічне
Чинить потужний вплив
на активність білків
Певною мірою може змінювати
активність білків
Патофізіологічне
Спричинює розвиток
захворювання
(моногенна патологія)
Впливає на ймовірність розвитку
захворювання (полігенна
патологія)
Діагностичне
Дозволяє підтвердити
діагноз спадкового
захворювання
Дозволяє оцінити ризик
виникнення захворювання, його
важкість та ефективність терапії

60. ІШЕМІЧНА
ХВОРОБА СЕРЦЯ
ЯК ПОЛІГЕННЕ
ЗАХВОРЮВАННЯ
PPAR-α, , δ
BNP
Печінкова
ліпаза
Ліпопротеїд-
ліпаза Ангіотензиноген
AПФ
Адипонектин
5-ліпоксигеназа
Фактор XIII
Фактор V
CD14
Рецептор ox-
LDL
Параоксоназа
Апо-ліпопротеїни
eNOS
Епоксигеназа
Рецептор
ангіотензину ІІ
Фактор VII
Toll-рецептор

61. Ймовірні фенотипові ознаки людини-
майбутнього як результат експансії в геном
патологічних алельних варіантів
 Схильність до серцево-судиних захворювань
 Високий ризик розвитку пухлин
 Ожиріння
 Млявий перебіг інфекційних захворювань
(«хронізація» інфекцій)
 Підвищена чутливість до болю
 Порушення репродуктивної функції (імпотенція,
гестози, самовільні аборти)
 Психічна депресія, суіцидальність
 Креативність, когнітивність ?

62. Метод визначення
поліморфізмів

63. Види РНК
1. Матрична РНК
2. Рибосомальна РНК
3. Транспортна РНК
4. МикроРНК
5. Малі інтерферуючі РНК
6. Малі ядерні РНК
7. Гетерогенні ядерні РНК

64. Основні і додаткові функції РНК
 Інформаційна
 Структурна
 Регуляторна
 Каталітична

65. Різниця між ДНК та РНК

68. Усім правильної
упаковки та
ремоделінгу )