Основы молекулярной генетики

1. КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ МЕДИЦИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ КАФЕДРА ФУНДАМЕНТАЛЬНОЙ И КЛИНИЧЕСКОЙ БИОХИМИИ

Лекция по теме:
«Основы
молекулярной
генетики»
Краснодар
2010

2. Посттрансляционный процессинг

ПОСТТРАНСЛЯЦИОННЫЙ ПРОЦЕССИНГ
Модификация N-конца полипептидной цепи
Фолдинг (формирование пространственной
структуры)
Химическая модификация (гидроксилирование,
гликозилирование и др.)
Присоединение простетических групп (у
гетеропротеинов)
Объединение протомеров при образовании
олигомерных белков
Присоединение сигнальных пептидов для
выхода белка из клетки

3. Регуляция биосинтеза

РЕГУЛЯЦИЯ БИОСИНТЕЗА

4. Действие регуляторных белков

ДЕЙСТВИЕ
РЕГУЛЯТОРНЫХ БЕЛКОВ

5. Действие антибиотиков

ДЕЙСТВИЕ АНТИБИОТИКОВ

6. Типы генов в геноме

ТИПЫ ГЕНОВ В ГЕНОМЕ
Структурные
гены (кодируют белки)
Регуляторные
гены:
Гены-регуляторы (регулируют работу структурных
генов)
Процессинг-гены (регулируют
посттранскрипционные и посттрансляционный
процессинг)
Темпоральные гены (включают в работу
структурные гены в ходе клеточной
дифференцировки)

7. Клеточная дифференцировка

КЛЕТОЧНАЯ ДИФФЕРЕНЦИРОВКА
Hb P (Е)
Hb F
эмбриональный
Нb плода
α2 ε2
α2 γ 2
Hb A
Hb A2
(гемоглобин взрослых)
α2 β2
α2 δ 2

8. Классификация мутаций

КЛАССИФИКАЦИЯ МУТАЦИЙ
мутации
спонтанные
генные
моногенные
индуцируемые
хромосомные
геномные
по
локализации
полигенные
таутомерные
превращения
замещения
нейтральные
по
условиям
включение
аналогов
вставки
делеции
по
механизму
по типу
повреждения
по
проявлению
положительные отрицательные
"молчащие"
патологические

9. Типы мутаций

ТИПЫ МУТАЦИЙ
Тип мутаций
Геномные
Характер мутационных
изменений
Изменение числа хромосом
Хромосомные Общее число хромосом не
меняется. Наблюдается
перестройки хромосом,
обычно видимые при
микроскопическом
исследовании
Генные
Изменения затрагивают один
кодон или небольшой отрезок
гена и не обнаруживаются
цитогенетически

10.

Типы генных мутаций
НОРМА
ЗАМЕЩЕНИЕ
ДЕЛЕЦИЯ
ВСТАВКА
ИНВЕРСИЯ
АТЦ
АТТ
АТГ
АТА
АЦТ
ГЦА
ГЦА
ЦАА
ЦГЦ
ГЦА
ААТ
ААТ
АТ
ААА Т
ААТ

11. Проявления мутаций

ПРОЯВЛЕНИЯ МУТАЦИЙ
Вид мутации
Изменения в
структуре ДНК
Изменения в
структуре белка
Замена:
нейтральная без
Замена в кодоне
Белок не изменён
изменения смысла одного нуклеотида
кодона
другим
«миссенс-мутация»
Замена одной
с изменением
аминокислоты на
смысла кодона
другую
«нонсенс-мутация»
На мутантном
с образованием
триплете синтез
терминирующего
пептидной цепи
кодона
прекращается

12.

Вставка:
без сдвига рамки
считывания
информации
со сдвигом рамки
считывания
информации
Делеция:
без сдвига рамки
считывания
информации
Включение нуклеотидов в
структуру ДНК
Вставка фрагмента ДНК из 3
нуклеотидов или числа
нуклеотидов, кратного 3
Вставка 1 нуклеотида или
нескольких нуклеотидов в
количестве, не кратном 3
Удлинение полипептидной
цепи
Удлинение полипептидной
цепи на одну или несколько
аминокислот
Белок за местом мутации
имеет «случайную»
последовательность
аминокислот
Укорочение белка
Выпадение нуклеотидов и
укорочение молекулы ДНК
Выпадение фрагмента ДНК Укорочение полипептидной
из 3 нуклеотидов или числа цепи на одну или несколько
нуклеотидов, кратного 3
аминокислот

13. Механизмы увеличения числа и разнообразия генов в геноме

МЕХАНИЗМЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ЧИСЛА И
РАЗНООБРАЗИЯ ГЕНОВ В ГЕНОМЕ
1. Полная редубликация гена с последующими независимыми
мутациями.
Синтез цепей гемоглобина
ген
ген
ген
ген
ген
ген
ген
2. Полная редубликация с последующим слиянием одной
пары
3. Кроссинговер
4. Амплификация

14. Механизмы увеличения числа и разнообразия генов в геноме (кроссинговер)

МЕХАНИЗМЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ЧИСЛА И
РАЗНООБРАЗИЯ ГЕНОВ В ГЕНОМЕ
(КРОССИНГОВЕР)

15. Механизмы увеличения числа и разнообразия генов в геноме (амплификация)

МЕХАНИЗМЫ УВЕЛИЧЕНИЯ ЧИСЛА И
РАЗНООБРАЗИЯ ГЕНОВ В ГЕНОМЕ
(АМПЛИФИКАЦИЯ)

16. Полиморфизм белков

ПОЛИМОРФИЗМ БЕЛКОВ
полиморфизм лактатдегидрогеназы
Н Н
Н Н
Н Н
Н М
М М
Н Н
Н М
М М
М М
М М
ЛДГ1
ЛДГ2
ЛДГ3
ЛДГ4
ЛДГ5
полиморфизм гаптоглобинов
Hp =
S
F

17. Группы крови

ГРУППЫ КРОВИ

18. Характеристика групп крови

ХАРАКТЕРИСТИКА ГРУПП КРОВИ
Антигены
эритроцитов
Нет
А
В
Генотипы
00
Антитела в
сыворотке
крови
Анти-А и
анти-В
Анти-В
Анти-А
нет
0 (I)
A (II)
B (III)
AB (IV)
45
40
10
5
Группы
крови
Частота (%)
АА или А0 ВВ или В0
АВ
АВ

19. Типы гемоглобинов

ТИПЫ ГЕМОГЛОБИНОВ
Hb A = α2 β2
Hb F = α2 γ2
HbBart = γ4
Hb H = β4
талассемии
HbKansas = β 102асп→тре
HbHiroshima = β 146гис→асп
Hb S = β 6глу→вал

20. Схема возникновения наследственных болезней

СХЕМА ВОЗНИКНОВЕНИЯ НАСЛЕДСТВЕННЫХ БОЛЕЗНЕЙ
ДНК
Структурные гены
м-РНК
т-РНК
р-РНК
Регуляторные гены
(не кодируют структуру, а
контролируют
экспрессию генов)
дефект на уровне
транскрипции трансляции
синтезируется дефектный
белок
изменяется количество
белка
протеинопатия
ферментопатия
неферментная
протеинопатия
метаболические
неметаболические
нарушения
нарушения
наследственная болезнь

21. Биохимические проявления наследственных болезней

БИОХИМИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ
НАСЛЕДСТВЕННЫХ БОЛЕЗНЕЙ
ген А
А
ЕА
ген В
В
ЕВ*
С
ген C
ген D
ЕС
ЕD
D
K
Возможные проявления нарушений:
1. накопление В
2. отсутствие С
3. появление К
F

22. Клинические проявления наследственных болезней

КЛИНИЧЕСКИЕ ПРОЯВЛЕНИЯ НАСЛЕДСТВЕННЫХ
БОЛЕЗНЕЙ