Similar presentations:
Молекулярная организация гена
1. Молекулярная организация гена
2.
3.
Геном человекаЯдерный геном
Митохондр.геном
3.3млрд пн, 26000
пар генов
16 600пн, 37 генов
25%
Гены и связанные с ними
последоват.
75%
Внегенная
ДНК
60%
10%
Экзоны
40%
90%
Некодирующие
участки
Псевдогены
Фрагменты
генов
Уникальные
последов.
Интроны,
нетранслир.
послед.
Умеренно и высоко
повтор.последоват.
Тандемы
и кластеры
Разбросанные
повторы
4. Human genome
5.
6. Генетические термины
ГенГеном
Геномика
Генотип
Плазмотип
Цистрон
Транскрипционная единица (Транскриптон)
Транскриптом
Протеином
Экзон/Интроны
Генная экспрессия
7. Современная концепция рассматривает ген с разных точек зрения:
-Физической-Функциональной
-Генетической
8. Ген – это участок ДНК, который содержит информацию о синтезе: - одной полипептидной цепи; - нескольких
Ген – это участок ДНК, который содержитинформацию о синтезе:
-
одной полипептидной цепи;
-
нескольких родственных полипептидных цепей;
-
молекулы РНК (тРНК, рРНК).
9. Классификация генов
По локализацииПо конечному продукту
По особенностям транскрипции
По месту экспрессии
По периоду экспрессии
По количеству копий
10.
Примеры семейств геновСемейство
Количество копии в геноме
Актин
5 – 30
Тубулин
5 – 15
Гистоны
100 – 1000
Иммуноглобулины
>500
11.
Количество и размеры генов у разных организмовРазмеры
генома,
п.н.
Средние
размеры
гена, kb
Примерное
количество
генов
Escherichia coli
4.2 x 106
1.2
2.350
Saccharomyces
cerevisiae
1.3 x 107
1.7
5.200
Drosophila
melanogaster
1.4 x 108
11.3
8.000
Homo sapiens
3.16 x 109
16.3
40.000
Вид
12. Общее строение генов
Рис. 1. Общее строение гена13.
Строение генов 1-го класса (рРНК)• кодируют 5,8S; 18S; 28S РНК,
• расположены в области ядрышкового
организатора,
• организованы в смешанные транскрипционные
единицы, которые умеренно повторяются (до 200-300
раз) и разделены спейсерами
• не имеют интронов
• промотор расположен на расстоянии -45+20
14.
Строение смешанной транскрипционнойединицы генов первого класса
• Промотор (-45 ... +20)
• Ген 18S
• Ген 5,8S
• Ген 28S
• Терминатор
х
n
15.
Функции генов 1-го классаНа молекулярном уровне – кодируют синтез
молекул рРНК 18S, 5,8S и 28S
На клеточном уровне – обеспечивают
образование рибосомных частиц
На организменном уровне – обеспечивают
синтез белков, необходимых для роста и
развития организма.
16.
Этапы экспрессии генов 1-го класса1. Активация и транскрипция генов с
образованием пре-рРНК
2. Процессинг пре-рРНК с
образованием рРНК 18S, 5,8S и 28S
3. Сборка рибосомных частиц 40S и
60S
4. Транспорт рибосомных частиц из
ядра в цитоплазму
5. Сборка рабочей рибосомы 80S и
начало трансляции.
17.
Строение генов 2-го класса18. Особенности строения структурных генов
образуют моноцистронныетранскрипционные единицы
промотор не переписывается и имеет
сложное строение
разделены некодирующими
последовательностями - спейсерами
имеют интроны, которые располагаются
между экзонами.
19. Организация генов 2-го класса
Рис. 3. Организация структурных генов эукариот20. Размеры экзонов и интронов у ряда генов человека
Продуктгена
Размеры
гена (kb)
1,4
Кол-во Средние
экзонов размеры
экзона (пн)
3
155
Средние
размеры
интрона(пн)
480
Инсулин
β-глобин
1,6
3
150
490
Коллаген
31
118
77
190
Фактор VIII 186
26
96
3500
Дистрофин 2400
79
180
30 000
21. Функции структурных генов:
На молекулярном уровне – биосинтезполипептида образование функционального
белка;
На клеточном уровне – образование клеточной
структуры, метаболической цепи, сигнального
пути;
На уровне организма– определенный признак.
22. Этапы экспрессии генов 2-го класса
Активация и транскрипция генов с образованиемпре-мРНК
Процессинг пре-мРНК с образованием зрелой
мРНК
Перенос мРНК из ядра в цитоплазму
Трансляция и синтез полипептидной цепи
Конформация и изменения полипептидной цепи
с образованием функционального белка.
23.
Организация генов 3-го класса• кодируют 5S РНК и тРНК,
• организованы в виде тандемных повторов (до 3000
раз),
• не имеют интронов,
• промотор расположен внутри транскрибируемой
части (+55+80),
• перемежаются с псевдогенами.
24.
Функции генов 3-го классаНа молекулярном уровне – кодируют синтез
молекул тРНК и рРНК 5S
На клеточном уровне – рРНК 5S
обеспечивают образование рибосомных частиц,
а тРНК обеспечивает чтение генетической
информации и транспорт аминокислот к
рибосомам
На организменном уровне – обеспечивают
синтез белков, необходимых для роста и
развития организма.
25.
Этапы экспрессии генов 5S рРНК1. Активация и транскрипция генов с
образованием пре-рРНК;
2. Процессинг пре-рРНК с образованием
рРНК 5S;
3. Сборка рибосомных частиц 40S и 60S;
4. Транспорт рибосомных частиц из ядра в
цитоплазму;
Этапы экспрессии генов тРНК:
1. Активация и транскрипция генов с образованием
пре-тРНК;
2. Процессинг пре-тРНК с образованием молекул
различных тРНК;
3. Перенос тРНК из ядра в цитоплазму;
4. Формирование комплекса аминоацил-тРНК ;
5. Чтение генетической информации и синтез
полипептидной цепи
26.
Каждая клетка содержит полный набор генов(30-40000 пар генов в 46 молекулах ДНК)
Экспрессия – 10% генов
Гены с
постоянной
экспрессией
Гены рРНК
Гены тРНК
Гены
домашнего
хозяйства
Гены с временной Молчащие гены
экспрессией в
зависимости от:
(без
экспрессии)
- типа ткани;
- периода
онтогенеза;
- клеточного
цикла;
- факторов
среды
псевдогены
27.
Псевдогены• Псевдогены
(pseudogenes)
—
нефункциональные аналоги структурных
генов,
утратившие
способность
кодировать
белок
и
не
экспрессирующиеся в клетке
Псевдогены - это неработающие,
"молчащие" гены, которые возникают в
результате мутаций, выводящих
нормальные "рабочие" гены из строя
Псевдогены представляют собой своеобразную
"историческую хронику", рассказывающую об
образе жизни и адаптациях далеких предков
изучаемого организма.
28.
Псевдогены1. Дуплицированные псевдогены. Они возникают за
счет дупликаций определенных генов, которые
вследствие этого теряют способность к транскрипции
и трансляции.
2. Процессированные псевдогены. Они возникают в
результате обратной транскрипции с последующим
внедрением образованной комплементарной ДНК в
геном. У них нет промотора и интронов, в ходе эволюции
они могут накапливать различные мутации.
В геноме человека, как полагают, не менее 3 тыс.
последовательностей можно рассматривать в
качестве псевдогенов.
29.
Митохондриальныйгеном человека
(плазмотип)
-1-2% генома клетки;
- кольцевая молекула ДНК (2-10 в
одной митохондрии) из 16 569 п.н.
- 37 генов (22 – для тРНК, 2- для
рРНК и 13 структурных),
30.
Особенности митохондриальных генов:компактное расположение генов,
преобладание кодирующих последовательностей
(99,9%),
отсутствие интронов,
наличие двух полицистронных транскрипционных
единиц,
наследование по материнской линии.
•.
31.
32. Особенности прокариотных генов
ДНК кольцевой формы,структурные гены имеют более простое строение и
организованы в опероны,
оперон имеет один промотор и несколько структурных
генов,
интроны отсутствуют, а некодирующих
последовательностей очень мало
33.
Строение оперона прокариот34.
Строение генов для рРНК и тРНК у прокариоторганизованы в смешанные транскрипционные
единицы и разделены спейсерами,
рассеяны по геному и транскрибируются
вместе с другими генами
35.
Тип последовательностиЭкзоны генов
Содержание,
%
1
Интроны генов
25
Транспозируемые элементы
45
Большие дупликации
5
Простые
(микросателлиты)
повторы 3
Другие
межгенные 20
последовательности
36.
Транспозоны(мобильные
генетические элементы)
37. Транспозоны (мобильные генетические элементы)
Это последовательности ДНК,способные перемещаться из
одного места в другое.
У эукариот составляют до 1020% генома.
Различают простые и сложные
транспозоны:
Рис. 10. Структура простого ДНК-транспозона
Рис. 11. Структура сложного транспозона Tn
38. Одной из основных причин рака могут быть транспозоны !!! 29.06.2012
03.10.2012В работе выполнен
анализ TE вставок в
43 полно-геномных
последовательностях
представителей
клеток пяти
различных форм
рака.
39. Примеры вовлечения ретровирусов в регуляцию генов клеточных белков (2004)
ЭлементHERV-E
HERV-E
HERV-E
HERV-E
HERV-L
ERV II
ERV I
ERV III
LTR + LINE-2
HERV
Ген (промотор)
Функциональная
роль
Mid1
Opitz-syndrome
Аполипротеин С1
Печень и другие
ткани
Эндотелин-В рецептор Плацента
Плелотрофин
Трофобласты
бета1,3Толстая кишка,
галактозилтрансфераз молочная железа
а
BAAT (трансфераза)
Метаболизм
Ароматаза
Плацентарный
эстрогенный синтез
Карбоновая ангидраза Эритроид-карбон
1
метаболизм
Шаперонин (сhaperoni McKausick–
n)
Kaufmanсиндром
INSL4 (семейство
Плацента
инсулинов)
40. Классификация транспозонов
41. Механизмы транспозиции
Консервативная транспозицияРепликативная транспозиция
Ретротранспозиция
42.
43. Биологическая роль транспозонов
Сайт-специфическая рекомбинацияИндивидуальный полиморфизм ДНК
Инсерционный мутагенез
Геномная настабильность образование ломких
участков ДНК
Эволюция геномов
44. Значение транспозонов в патологии человека
Изменение структуры/ функций генов возникновениенаследственных болезней (гемофилия B, эпилепсия,
retinita pigmentosum, etc)
Увеличивает генетическое разнообразие патогенов
повышает устойчивость к антибиотикам и действию
иммунной системы человека
45. Информация к размышлению…
46. Гены боли
47. Один-единственный ген???
Система болевого восприятия достаточносложна — в ней участвует множество рецепторов,
нейронов и нейронных структур.
Трудно было ожидать, что найдется одинединственный ген, отключение которого может
приводить к полной потере болевой
чувствительности.
НО……
Ген (SCN9A) находится на второй хромосоме и
кодирует белок, участвующий в транспорте ионов
натрия через мембраны нейронов, отвечающих за
болевые ощущения.
48. Ген SRY-переключатель пола
49.
Память — одна из психических функций и видовумственной деятельности, предназначенная
сохранять, накапливать и воспроизводить
информацию.
50. Белки, участвующие в образовании долговременной памяти.
БелкиФункции
Ингибитор фермента
гистондеацетилазы
Высвобождает участок
ДНК от гистоновой
оболочки
Активирует факторы
транскрипции
Фактор транскрипции
Фактор транскрипции.
Инициирует синтез
большого количества
белков.
РКА
CREB – белок
МАРК белок
51.
нейропептид S ирецептор
нейропептида S
инсулиноподобный
фактор роста II (IGF-II)
и рецепторы ИФР II
Белок NR2B – рецептор
Сертуины
Усиливает и
продлевает
воспоминания
Усиливает и
продлевает память
Образует поры в
мембране, что
улучшает
проникновение ионов
Способны улучшать
синаптическую
пластичность.
52. Ген памяти
I.Кодирование белка NPAS4.
II. Стимуляция транскрипции и синтеза белков и
облегчения связей между нейронами.
III. Запоминание.
53.
ИФР2 ген расположен на короткомплече хромосомы 11 в позиции
15.5.
Активация генов,
ответственных за синтез ИФР2
начинается через 20-36 часов
после обучения.
54. Если нужно что то запомнить:
Стоит повторить на следующий день.Мозг получает допинг.
Больше новых знаний -- больше
белка, который помогает усваивать
информацию.
55. Белки сертуины помогут улучшить память и способности к обучению
Ученые продемонстрировали, что сертуиныповышают синаптическую пластичность,
манипулируя крошечными фрагментами
генетического материала, известными как
микроРНК, которые, как было выявлено в
последнее время, играют важную роль в
регуляции экспрессии генов.
Директор Института обучения и
памяти Пиковера Массачусетского
технологического института
Ли-Хуэй Цай (Li-Huei Tsai).
56. Гены интеллекта
Ген/белокХромосомная
локализация
Группа
наблюдения
DTNBP 1
6p23
Больные
шизофренией,
Психически
здоровые люди
Ген/белок
Хромосомная
локализация
Группа
наблюдения
ASPM
1q31
Психически
здоровые люди,
Люди с
микроцефалией
57.
«Общий интеллект универсальная психическаяспособность, в основе
которой может лежать
генетически обусловленное
свойство нервной системы
перерабатывать информацию
с определенной скоростью и
точностью»,
- Х. Айзенк.
58.
Почти каждый из нас хотя бы раззадавался вопросом , - А существуют ли
вампиры? Вампиры являются
популярнейшими персонажами
художественной литературы и жанрового
кинематографа. Историки и социологи не
одно десятилетие спорят о культурных
истоках «вампиризма». А вот ученые-генетики
давно уже обнаружили материальное
объяснение легендарного мифа – болезнь
«порфирию», одну из самый загадочных
болезней в истории человечества.
59. Гены порфирии и “вампиры”
Генпротопорфириноген
оксидазы
60. А есть ли гены???
ИнтуицииАльтруизмa
Доброжелательности
Одиночества
Счастья
…