Лекция по "Генетике"

Строение генома бактерии:
Геном – совокупность всех генов организма.
Состав генома бактерии:
- хромосома (ДНК, кольцо, двунитевая 5х10 в 6 азотистых оснований), в ЦП = нуклеоид
- внехромосомные фры наследственности (генетические модули):
а) плазмиды – небольшие молекулы ДНК, не обязательны для жизни организма, располагаются автономно в ЦП клетки и самостоятельно реплицируются или могут быть интегрированы в хромосому (реплицируются с ней)
функции:
1) регуляторная – встраивается в поврежденный геном, происходит восстановление поврежденного генома за счет плазмидного генома
2) кодирующая – наличие плазмиды клетки говорит о том, что есть какая-то новая дополнительная информация (новые свойства) = устойчивость к АБ (R-плазмиды). F-плазмида (фр фертильности) = генетический обмен инфой. Плазмида патогенности – вирулентные свойства.

б) профаги  (бактериофаги) – вирусы бактерий, умеренные бактериофаги, геном которых встроился в геном бактериальной клетки.
в) мигрирующие генетические элементы – участки ДНК, которые могут осуществлять перенос внутри генома.
- IS-последовательности (вставочные последовательности)  - самый мелкий тип. 1000 пар азотистых оснований, самостоятельно не реплицируются, не кодируют никакие признаки, их гены обеспечивают только перемещения. В итоге приводит к изменчивости.
- транспозоны – более крупные (20к пар азотисных оснований), содержат фрагмент ДНК, который несет специальные гены (устойчивость к АБ, синтез ферментов, самостоятельно не реплицируются, размножаются только в составе хромосомы)

Функции генома бактерий:
1. постоянство всех процессов, происходящих в клетках (гарантируется точностью синтеза ДНК копий)
2 генетических закона, определяющих постоянство генома:
а) репликация (самоудвоение молекулы ДНК)
б) репарация (процесс восстановления клеточного генома после повреждения, участвуют ферменты (их синтез под контролем генов)): 
световая (ферменты активны на свету – фотолиаза, разделяет образовавшиеся пиримидиновые димеры, превращает в нормальные пиримидиновые основания),
темновая (ферменту безразлично, есть ли свет) эндонуклеазы – находят поврежденный участок молекулы ДНК, удаление (ДНК-полимераза), ДНК-полимераза 2 и 3 типа синтезируют нуклеотиды на матрице второй нити, Лигазы сшивают новый фрагмент.

2. определяет изменчивость (мутации, рекомбинации) и SOS-репарации.
а) мутации: изменения в первичной структуре ДНК
Классификация: 
1) по происхождению – спонтанные (причина неизвестна, ошибка в работе ферментов репарации), индуцированные (причина известна: действие мутагенов – факторы, вызывающие повреждение в каком-то фрагменте ДНК).
Мутагены бывают: физические (УФ, радиация, рентген, температура), химические (аналоги азотистых оснований – 5 фторурацил), биологические (самые страшные для бактерий –  любые генетические модули =плазмида, которые могут встраиваться в ДНК и выщепляться из нее, при этом встраиваются не измененные нуклеотиды, а обычные, и система репарации не начинает работать)
2) по х-ру изменений в первичной структуре ДНК:
- генные (затрагивают 1 ген)
- хромосомные (несколько генов): делеция (выпадение большого кол-ва нуклеотидов), дупликация (появился повторяющийся участок ДНК), инверсия (участок повернут на 180 градусов).
3) по конечному результату: сохраняется ли смысловая функция полипептида цепи или нет
- с изменением смысла (миссенс-мутация) – изменилась кодирующая последовательность нуклеотидов (Кодон, триплет изменился), появляется новая АК в цепи
- мутации со сдвигом рамки считывания (фрейм шифт мутация)
- нонсенс мутация (бессмысленная) – образовался один из стоп-кодонов = прекращение синтеза полипептидной цепи
Любая мутация приводит к изменению.

Генетический код – это последовательность нуклеотидов в ДНК определяет последовательность АК в полипептидной цепи. ААА – триплет = 1 АК (глицин).

б) SOS-репарация – индуцибельный процесс, который происходит в клетке при множественных повреждениях ДНК.
- повреждений очень много, не могут репаративные системы исправить все, не успевают
- у ДНК не хватает нуклеотидов, чтобы восполнить все повреждения.
репарация происходит с ошибками!! (вместо нужного нуклеотида тот, что есть)
Клетка спасена, но изменена
в) рекомбинации – перераспределение генетического материала.
Возникает:
-1- изменяется локализация генов в пределах хромосомы
-2- когда в клетку-реципиента попадает часть ДНК донора (генетический обмен)

По молекулярному м-му рекомбинация:
1) законная гомологичная рекомбинация (в точке разрыва и воссоединения ДНК обмен будет происходить между участками ДНК, которые обладают высокой степенью гомологии) = сотни гомологичных нуклеотидов, крайне редко (E. Coli  с S и R колониями)
2) незаконная генетическая рекомбинация – не требует протяженных гомологичных участков (транспозиция подвижных ген эл-тов)

Генетический обмен: В рез-те любого генетического обмена клетка может стать устойчивой к АБ, синтез новых ферментов.
3 вида  1) транформация
2) трансдукция
3) конъюгация

ТРАНСФОРМАЦИЯ  - передача генетического материала (небольшой фрагмент ДНК) от клетки-донора клетке-реципиенту через внешнюю среду.
Условия для трансформации:
- донор (клетка, для которой созданы благоприятные условия), активно идет процесс метаболизма, синтезируется много ДНК, ДНК синтез опережает деление клетки, лишняя ДНК выделяется в окружающую среду.
- реципиент (клетке плохо в окружающей среде, в состоянии компетенции), минимальная скорость деления,  синтез белков (белки компетентности), выставляет их на своей поверхности. Эти белки компетентности будут связывать фрагмент чужой ДНК и транспортировать в клетку.
Стадии:
1) адсорбция ДНК на клетке-реципиенте
2) ферментативное расщепление ДНК на 2 нити (вторая останется на мембране – энергия), в клетку попадает одна нить (фрагмент), встраивается в гомологичный участок хромосомы). Новые свойства.
В рез-те любого генетического обмена клетка может стать устойчивой к АБ, синтез новых ферментов.