Генные мутации, молекулярные основы

Молекулярные основы генных мутаций [c.8]

Тот факт, что рестрикционные маркеры сохраняются при изменениях генома, затрагивающих фенотип, лежит в основе чрезвычайно эффективного метода идентификации генетических локусов на молекулярном уровне. Типичным примером могут служить мутации с известным фенотипическим эффектом, которые локализованы на генетической карте, хотя функция соответствующего гена или белка не известна. К этой категории относятся некоторые тяжелые заболевания человека. Это, например, кистозный фиброз, хорея Гентингтона и многие другие серьезные и даже смертельные болезни, которые наследуются по законам Менделя. Во всех этих случаях молекулярная природа мутантной функции неизвестна и, вероятно, она сможет быть выяснена только после того. [c.48]

Для того чтобы дать объяснение особенностям мутантного /s-фенотипа на молекулярной основе, необходимо уточнить фундаментальный принцип молекулярной биологии, введенный в гл. IV и состоящий в том, что первичная структура белка полностью определяет вторичную, третичную и четвертичную структуры. Это уточнение заключается в том, что определенная вторичная, третичная и четвертичная структуры, образуемые полипептидной цепью с определенной первичной структурой, зависят от внешних условий, особенно от температуры. Так, функционально активная третичная и четвертичная структура каждого белка возникает в довольно строго ограниченном физиологическом интервале температур, а за пределами этого интервала белок переходит в нефункциональную, денатурированную форму. Первичная структура белков, кодируемая генами дикого типа, такова, что их функционально активные структуры высших порядков образуются в интервале температур от 25 до 42 "С. Однако изменение последовательности нуклеотидов в гене, несущем /s-мутацию, ведет к такому изменению первичной структуры полипептида, при котором мутантный белок, хотя и сохраняет способность образовывать функционально активные структуры высшего порядка при [c.284]

Развитие современной генетики характеризуется проникновением молекулярных принципов исследований во все области учения о наследственности. Широкое развитие получили исследования по таким проблемам, как искусственный синтез гена вне организма, продленный мутагенез и молекулярная природа мутаций, гибридизация соматических клеток, получение гаплоидных растений при культивировании пыльников, механизмы регуляции активности генов и действие генов в процессах индивидуального развития, молекулярные основы рекомбинаций, репараций (восстановления) [c.9]

Гемоглобин как модельная система. Гемоглобин - наиболее изученная генетическая система у человека. На основе концепций, разработанных в ходе ее изучения, можно глубже понять другие явления в генетике человека. Например, если в разных семьях обнаруживаются наследственные заболевания с различным фенотипическим проявлением, обычно заключают, что они вызваны мутациями в разных генах. Исследования гемоглобина показывают, что так бывает не всегда. Например, хотя метгемоглобинемия фенотипически сильно отличается от гемолитической анемии или эри-троцитоза, причиной их являются аллельные мутации. Таким образом, фенотип определяется тем, какая именно молекулярная аномалия лежит в его основе и каким образом при этом изменена нормальная функция. [c.100]

Молекулярно-генетическая диагностика муковисцидоза и носительства соответствующего гена возможна для большинства мутаций на основе полимеразной цепной реакции (ПЦР). Пренатальная диагностика муковисцидоза вошла в широкую практику. В России такие лаборатории есть в Москве, Санкт-Петербурге, Томске. [c.141]

Медицинская геномика занимается определением генных дефектов при наследственных и других болезнях, изучением экспрессии мутантных генов и разработкой новых методов диагностики, лечения и профилактики. В своей работе основное внимание мы уделяем изучению молекулярных основ наследственных неврологических заболеваний. Большой интерес, который проявляется к этой группе болезней, связан с тем, что именно при их исследовании удается выявить новые гены, функционирующие в нервных клетках. Это позволяет значительно расширить генетическую базу, закладывающую основы изучения молекулярных принципов функционирования нервной системы. Следует также отметить, что именно при изучении неврологических заболеваний за последние годы был обнаружен новый, неизвестный ранее тип мутаций (динамические мутации), связанных с экспансией триплетных и некоторых других повторов. [c.309]

Умение индуцировать мутации в клонированных генах с целью получения мутантных белков лежит в основе белковой инженерии. При этом используют две группы методов, приводящих к разным последствиям на молекулярном уровне. Первая группа основана на случайном мутагенезе, т.е. введении в мутагенизиру-емый участок гена многих мутаций, положение каждой из которых не контролируется исследователем, а ограничивается лишь размером фрагмента нуклеиновой кислоты, в который эти мутации вводятся. Более или менее случайный мутагенез имеет место, в частности, при инкубации нуклеиновых кислот с химическими мутагенами или осуществлении их синтеза с помощью ДНК-полимераз с ослабленной специфичностью в отношении субстра-тов-предшественников. Совокупность этих подходов активно используется при проведении направленной эволюции белковых молекул. Вторая группа методов, получившая название направленного или сайт-специфического мутагенеза, обеспечивает введение мутаций в строго определенные участки нуклеиновых кислот, что позволяет заменять отдельные аминокислотные остатки в кодируемых этими молекулами белках и ферментах. Направленный мутагенез является сердцем (но не мозгом) рационального дизайна и редизайна белковых молекул, к рассмотрению которого мы сейчас переходим. [c.278]

Геном вирусов имеет простое строение и малую молекулярную массу. Число генов у вирусов колеблется от 4—6 (парвовирусы) до 150 генов и больше (вирус оспы). В основе изменчивости вирусов лежат мутации. Мутации носят случайный характер или могут быть направленными. Вирус, являясь облигатным внутриклеточным паразитом, реализует этот паразитизм на генетическом уровне. Присутствие нескольких типов вирусов в инфицированных клетках, т.е. смешанная инфекция, может приводить к таким генетическим взаимодействиям между ними, как множественная реактивация, рекомбинация, кросс-реактивация и др. могут иметь место и не генетические взаимодействия — комплементация и др. [c.89]

Филогенетическое дерево прокариот, построенное по этому единственному гену, относящемуся к внутренней сфере организма, не дает представления о его функции в биосферно-геосферной системе. Считается, что точка ветвления указывает на последовательность возникновения. Вместе с тем неясно, идет ли молекулярный хронометр мутаций с одинаковой скоростью во всех условиях. Есть сравнительно немного корреляций крупных физиологических групп микроорганизмов с филогенетической системой. Для малочисленных групп говорить о корреляции физиологии и филогении не следует. Одну ветвь составляют оксигенные фототрофы - цианобактерии и с ними прохлорофиты. Целостную ветвь составляют мицели- альные прокариоты актиномицеты. В одной ветви сосредоточены спирохеты. Не продолжая этого перечисления, следует заметить, что в любой биологической классификации, как правило, складывается такая ситуация, в которой некоторые группы невысокого таксономического ранга очень многочисленны, в то время как другие, резкое отличие которых заставляет придать им значение таксона высокого ранга, представлены немногими видами. Далее, современная система бактерий, основанная на выделенных в чистую культуру и сохраняемых в коллекциях видах, заведомо отличается от того, что есть в природе. Филогенетическая система в принципе ориентирована на выяснение генеалогии отдельного вида на основе сходства генома. [c.332]

Развитие генной инженерии облегчило процесс получения мутаций в конкретных участках генома и анализ последствий этих мутаций на молекулярном уровне. Совокупность методов получения конкретных мутаций на основе генно-инженерных подходов называют направленным, или сайт-специфическим мутагенезом. Прообразом направленного мутагенеза является простая инкубация клонированного гена с химическими мутагенами in vitro, которая приводит к четкой локализации возникающих мутаций в пределах этого гена. В настоящее время разработано много эффективных методов сайт-специфического мутагенеза, позволяющих сознательно производить мутационные замены конкретных нуклеотидов. Получение заранее определенных мУ таций в сегментах рекомбинантных генов, введение мутантных [c.286]

Постулат один ген —один полипептид создал концептуальную базу для анализа связи генотипа организма с его фенотипом. Но до решения проблемы структурной организации белков и ДНК, т.е. до начала 50-х годов, эта теория не имела молекулярной основы. С разработкой новых методов анализа белковой структуры было установлено, что каждый белок обладает уникальной линейной аминокислотной последовательностью (рис. 1.21, А). Эта последовательность, называемая первичной структурой, определяет характер укладки полипеп-тгщной цепи с образованием биологггчески активной трехмерной формы (рис. 1.21, Б и В). Таким образом, структура белка определяется его аминокислотной последовательностью, которая в свою очередь кодируется генами. Доказательством этому служит тот факт, что мутации в гене приводят к изменению аминокислотной последовательности соответствующего белка. Более того, последовательности мутантных сайтов в генах и последовательности измененных аминокислот в соответст- [c.33]

ОН участвует в поглощении мальтозы клеткой. Обычно этот белок локализован в пери-плазматическом пространстве. Однако при мутации, затрагивающей N-кoнeц его предшественника, локализация белка (в его зрелой форме) меняется замещение гидрофобной аминокислоты в сигнальной последовательности на заряженный остаток приводит к накоплению связывающего мальтозу белка в цитозоле. Таким образом, следствием замены всего лишь одного аминокислотного остатка оказалось изменение локализации белка вместо периплазматического пространства - цитозоль. Рассмотрим обратную ситуацию может ли белок цитозоля ошибочно попасть в наружную мембрану Часть гена, ответственного за синтез N-кoн-цевой части белка-переносчика мальтозы (белок наружной мембраны, являющийся также рецептором фага X), соединили с геном р-галактозидазы. Кодируемый полученным геном белок-химера накапливался не в цитозоле, как это свойственно (3-галак-тозидазе, а в наружной мембране. Этот опыт показывает, что М-концевая последовательность новосинтезированной полипептидной цепи - это своего рода форма записи адреса белков клеточной оболочки. Совершенно очевидно, что клетки прокариот, как и эукариот, способны транспортировать белки в соответствующие участки. Молекулярные основы этого процесса сортировки белков - важная область современных исследований. [c.231]

После того как в гл. УП было рассказано об открытии Эйвери, установившего, что трансформирующий фактор бактерий представляет собой не что иное, как ДНК, все дальнейшее изложение велось на основе молекулярного взгляда на ген как на полинуклеотидную цепь, последовательность оснований которой определяет с помощью генетического кода последовательность аминокислот в полипептидной цепи. Однако такая точка зрения вовсе не обязательна для объяснения большинства нз рассмотренных до сих пор опытов по мутациям и генетическим рекомбинациям у бактерий и их вирусов. Все эти опыты можно почти так же хорошо объяснить с классической точки зрения о неделимом гене, определяющем один фермент. Сейчас мы рассмотрим работу, заполнившую наконец тот разрыв, который существовал между выводами, основанными исключительно на данных формальной генетики с использованием различий признаков, с одной стороны, и чисто химическими исследованиями на уровне нуклеотидных последовательностей — с другой. [c.304]

О иеыаследовании признаков, приобретаемых организмами в индивидуальном развитии. На протяжении ие одного столетия вопрос о наследовании признаков, приобретаемых организмами в процессе юитогеиеза (адаптивных онтогенетических изменений организма),. был наиболее сложным и дискуссионным. Споры по нему продолжаются и в настоящее время. Но сейчас совокупность теоретических и экспериментальных данных позволяет утверждать, что проблема наследования признаков, приобретаемых организмами в индивидуальном развитии, реально в науке не существуе она относится к числу мнимых проблем. Как в физике нет проблемы вечного двигателя, в математике нереальна квадратура круга, так в биологии не существует проблемы наследования признаков, приобретаемых организмами в онтогенезе. Оно невозможно в связи с тем, что признаки не передаются по наследству. Б воспроизводящих половых и вегетативных клетках нет никаких зачатков или зародышей признаков организма, и все они исчезают вместе с его. смертью. Развитие признаков в каледом новом поколении организмов происходит заново на основе передачи наследственных молекулярных структур — генов. Но гены ие представляют собой зачатков каких-либо признаков. На их основе внутри клетки слагается особый молекулярный уровень биологической организации, отвечающий задачам функционирования и самовоспроизведения управляющих систем в виде генетического кода. Первичная структура ДНК, в которой записаны генетическая программа, генетический код, не испытывает изменений в процессе индивидуального развития и сохраняется на всех этапах онтогенеза. Ее в состоянии изменить только мутации структурных и регулярных генов. [c.309]

Дальнейший прогресс в понимании механизмов репликации генов, их функционирования и перекомбинации всецело связан с успехами молекулярной генетики. На основе этих исследований родилась новая отрасль науки — генная инженерия, которая позволяет манипулировать индивидуальными генами, получать в пробирке их новые сочетания, получать мутации по желанию экспериментатора, переносить гены одних организмов в клетки других и таким образом конструировать биологические системы, которых никогда не было в природе. [c.17]

Важнейшую роль в структурных исследованиях генома играет изучение его полиморфизма. Этот раздел молекулярной генетики является основой для понимания принципов молекулярной эволюции, механизмов возникновения патологических мутаций, для оценки факторов риска при воздействии потенциальных токсических агентов окружающей среды на человеческий организм, наконец, для понимания основ различной индивидуальной восприимчивости лекарств. Эти исследования получили новый импульс с открытием полиморфных мини- и микросателлитов, которые позволили осуществить тонкое генетическое картирование генома и в конечном счете создать интегрированные карты генома, объединяющие физические и генетические карты генома человека в единую систему. Это в свою очередь привело к развитию методов позиционного клонирования, которые позволяют быстро клонировать гены, начав с исследования их сегрегации в семьях. [c.7]

Последние годы на рубеже двух столетий ознаменованы стремительным прогрессом в области молекулярной генетики человека. Это связано прежде всего с работами по расшифровке генома человека, проведенными в рамках международных и национальных программ Геном человека . Результатом этих работ стало не только получение громадной по объему информации о строении ДНК человека, но и разработка новых эффективных технологий типирования ДНК, создание и хранение информационных баз данных, способов обработки больших массивов результатов и т.д. На основе развития этих исследований возникло новое научное направление, получившее название геномики, которое революционизировало современную биологию, позволило выявить многие черты организации генома, провести срав ерие геномов различных организмов, обнаружить новые гены и генетические элементы, расшифровать мутации при значительном числе наследственных болезней, в том числе и такие типы мутаций, которые не были известны ранее. Разработка столь многочисленных проблем привела к существенному расширению областей интереса молекулярно-генетической науки, а также к распространению ее подходов и методов как на смежные, так и достаточно отдаленные научные направления. Это в первую очередь -медицинская генетика, фармакология, сравнительная биология, криминалистика, судебная медицина, биотехнология, а также - антропология, археология, история. В соответствии с этим в рамках геномики стали развиваться [c.308]

Один из основных методов молекулярной генетики-это трансформация эукариотических клеток в культуре с помощью рекомбинантных векторов, содержащих гены, кДНК и специфические мутантные копии природных сегментов ДНК. Этот метод лежит в основе многих экспериментов, описанных в данной книге. Если исследуются бактериальные или дрожжевые клетки, то манипуляции проводятся на целых организмах, пусть и одноклеточных. Корректируя мутации, мы проводим своего рода терапию на уровне генов (генотерапию). Распространение методов обратной генетики и генотерапии на диплодные организмы, размножающиеся половым путем, требует решения сложных методологических и экспериментальных проблем. [c.362]

Смотреть страницы где упоминается термин Генные мутации, молекулярные основы: [c.432] [c.303] [c.253] [c.253] [c.47] [c.151] [c.186] [c.186] [c.6] [c.9] [c.9] [c.305] [c.133] [c.533] [c.75] [c.183] [c.214] [c.249] [c.133] [c.343] [c.29]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология