Рекомбинантная ДНК и генная инженерия. Генальные мутации, типы и проявления.

Билет

 

Перевод

Конструирование рекомбинантной ДНК, в которую чужеродный фрагмент ДНК встраивают в плазмидный вектор. В этом примере ген, обозначенный белым цветом, инактивируется при вставке чужеродного фрагмента ДНК. Молекулы рекомбинантной ДНК (рДНК) представляют собой молекулы ДНК, образованные лабораторными методами генетической рекомбинации (например, молекулярное клонирование), чтобы объединить генетический материал из нескольких источников, создавая последовательности, которые иначе не были бы обнаружены в геноме. Рекомбинантная ДНК возможна потому, что молекулы ДНК всех организмов имеют одну и ту же химическую структуру. Они отличаются только нуклеотидной последовательностью внутри этой идентичной общей структуры. Рекомбинантная ДНК - это общее название фрагмента ДНК, который был создан комбинацией по меньшей мере двух цепей. Рекомбинантные молекулы ДНК иногда называют химерной ДНК, потому что они могут быть сделаны из материала двух разных видов, таких как мифическая химера. Технология R-DNA использует палиндромные последовательности и приводит к образованию липких и тупых концов. Последовательности ДНК, используемые при построении молекул рекомбинантной ДНК, могут происходить от любых видов. Например, растительная ДНК может быть соединена с бактериальной ДНК, или ДНК человека может быть соединена с грибковой ДНК. Кроме того, последовательности ДНК, которые не встречаются где-либо в природе, могут быть созданы химическим синтезом ДНК и включены в рекомбинантные молекулы. Используя технологию рекомбинантной ДНК и синтетическую ДНК, буквально любая последовательность ДНК может быть создана и внедрена в любой из очень широкого круга живых организмов. Белки, которые могут возникнуть в результате экспрессии рекомбинантной ДНК в живых клетках, называются рекомбинантными белками. Когда рекомбинантную ДНК, кодирующую белок, вводят в организм хозяина, рекомбинантный белок не обязательно продуцируется. [1] Экспрессия чужеродных белков требует использования специализированных векторов экспрессии и часто требует значительной реструктуризации с помощью чужих кодирующих последовательностей. Рекомбинантная ДНК отличается от генетической рекомбинации тем, что первая является результатом искусственных методов в пробирке, в то время как последняя представляет собой нормальный биологический процесс, который приводит к ремикшированию существующих последовательностей ДНК практически у всех организмов. Генетическая инженерия, также называемая генетической модификацией, представляет собой прямое манипулирование геномом организма с использованием биотехнологии. Это набор технологий, используемых для изменения генетического состава клеток, включая передачу генов внутри и между границами видов для получения улучшенных или новых организмов. Новая ДНК получается либо путем выделения и копирования интересующего генетического материала с использованием методов молекулярного клонирования, либо путем искусственного синтеза ДНК. Обычно создается конструкция, которая используется для вставки этой ДНК в организм хозяина. Помимо вставки генов, этот процесс можно также использовать для удаления или «выбивания» генов. Новая ДНК может быть вставлена ​​произвольно или направлена ​​на определенную часть генома. Организм, который вырабатывается посредством генной инженерии, считается генетически модифицированным (ГМ), и результирующая сущность является генетически модифицированным организмом (ГМО). Первые ГМО были бактериями, произведенными в 1973 году, а первые животные ГМ были мышами в 1974 году. Бактерии, производящие инсулин, были коммерциализированы в 1982 году, а генетически модифицированные продукты были проданы с 1994 года. GloFish, первый ГМО, разработанный как домашнее животное, был продан в Соединенные Штаты в декабре 2003 года.Методы генной инженерии применялись во многих областях, включая научные исследования, сельское хозяйство, промышленную биотехнологию и медицину. Ферменты, используемые в моющих средствах для стирки, и лекарства, такие как инсулин и гормон роста человека, в настоящее время производятся в клетках GM, экспериментальные линии клеток GM, а генетически модифицированные животные, такие как мыши или рыбки данио, используются в исследовательских целях и коммерциализируются генетически модифицированные культуры. Генетическая инженерия - область молекулярной биологии, которая включает в себя манипулирование структурой генетического материала, также известного как дезоксирибонуклеиновая кислота или ДНК. Рекомбинантная ДНК, также называемая рДНК, представляет собой нить ДНК, которой манипулировали ученые. Генная инженерия и рДНК идут рука об руку; Генная инженерия была бы невозможна без использования рДНК и ДНК в ГЕНЕТИЧЕСКОМ МАШИНОСТРОЕНИИ

ДНК представляет собой двухцепочечную молекулу, которая содержит гены, некодирующие области и регуляторные участки генов. Гены являются наследственными единицами, которые кодируют белки и определяют характеристики организмов. Другими словами, гены делают вас отличным от других живых организмов и других людей; Гены и ДНК делают вас уникальными. Ученые используют ДНК для создания рДНК в лаборатории. Ученые не могут генерировать ДНК, поэтому им необходимо использовать природную ДНК из разных организмов для создания рДНК. Технология рекомбинантной ДНК позволяет ученым объединить ДНК из двух источников: ДНК человека с бактериальной ДНК для получения полученных белков в клеточных культурах.

Генерация рекомбинантной ДНК

«Молекулярная клеточная биология», Х. Лодиш и др., Определяет рДНК как молекулу ДНК, которая образуется путем соединения фрагментов ДНК из разных источников. РДНК продуцируется резанием ДНК ферментами, называемыми рестрикционными ферментами, которые могут резать ДНК в определенной последовательности. Вырезанная ДНК может быть соединена с другой ДНК, разрезанной одним и тем же ферментом, с использованием другого фермента, называемого ДНК-лигазой. Чаще всего, рДНК клонируют в плазмиду и трансформируют в клетку Е. coli. E. coli будет размножать плазмиду и rDNA в ней или продуцировать белок, кодируемый рДНК.

РДНА И ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА

Первые молекулы рДНК были получены в 1973 году Полом Бергом, Гербертом Бойером, Энни Чангом и Стэнли Коэном Стэнфордского университета и Калифорнийским университетом Сан-Франциско. Это считается рождением генной инженерии, согласно «Клеточной и молекулярной биологии», написанной Джеральдом Карпом. RDNA - самый важный инструмент, используемый генетиками. Без rDNA не было бы генной инженерии.

ПРИЧИНЫ ДЛЯ ДЕМОНТИРОВАНИЯ ДНК

Обработка ДНК и генерация рДНК имеет несколько применений. Гены в ДНК кодируют белки, которые имеют несколько функций в нашем организме. С использованием рДНК ученые могут производить белки в лаборатории. Например, многие вакцины, человеческий инсулин и гормоны роста человека производятся с использованием технологии рДНК в лаборатории. До «рождения» генной инженерии инсулин, используемый для лечения диабета, был изолирован от свиней и коров. Мутация гена является постоянным изменением последовательности ДНК, которая составляет ген, так что последовательность отличается от того, что обнаружено у большинства людей. Мутации различаются по размеру; Они могут влиять в любом месте от одного структурного блока ДНК (пара оснований) до большого сегмента хромосомы, который включает в себя несколько генов.

Генные мутации можно классифицировать двумя основными способами:

Наследственные мутации наследуются от родителей и присутствуют на протяжении всей жизни человека практически в каждой клетке организма. Эти мутации также называют мутациями зародышевой линии, потому что они присутствуют в родительских яйцах или сперматозоидах, которые также называются половыми клетками. Когда яйцо и сперматозоид объединяются, полученная оплодотворенная яйцеклетка получает ДНК от обоих родителей. Если эта ДНК имеет мутацию, ребенок, который растет из оплодотворенной яйцеклетки, будет иметь мутацию в каждой из своих клеток.Приобретенные (или соматические) мутации происходят некоторое время в течение жизни человека и присутствуют только в определенных клетках, а не в каждой клетке в организме. Эти изменения могут быть вызваны факторами окружающей среды, такими как ультрафиолетовое излучение солнца, или могут произойти, если произошла ошибка, поскольку ДНК копирует себя во время деления клетки. Приобретенные мутации в соматических клетках (кроме клеток сперматозоидов и яйцеклеток) не могут передаваться следующему поколению.

Генетические изменения, которые описываются как de novo (новые) мутации, могут быть либо наследственными, либо соматическими. В некоторых случаях мутация происходит в яйце человека или в сперматозоиде, но не присутствует ни в одной из других клеток человека. В других случаях мутация происходит в оплодотворенной яйцеклете вскоре после объединения яйцеклетки и сперматозоидов. (Часто невозможно точно сказать, когда произошла мутация de novo.) По мере того, как оплодотворенное яйцо делится, каждая результирующая клетка в растущем эмбрионе будет иметь мутацию. Мутации De novo могут объяснить генетические нарушения, при которых у затронутого ребенка есть мутация в каждой клетке в теле, но у родителей этого нет, и нет семейной истории расстройства.

Соматические мутации, которые происходят в одной клетке в раннем эмбриональном развитии, могут привести к ситуации, называемой мозаицизмом. Эти генетические изменения не присутствуют в яйцеклетке родителя или сперматозоидах или оплодотворенной яйцеклетке, но происходят несколько позже, когда эмбрион включает несколько клеток. Поскольку все клетки делятся во время роста и развития, клетки, которые возникают из клетки с измененным геном, будут иметь мутацию, в то время как другие клетки не будут. В зависимости от мутации и количества затронутых клеток, мозаичность может или не может вызвать проблемы со здоровьем.Большинство болезнетворных генных мутаций встречаются редко в общей популяции. Однако другие генетические изменения происходят чаще. Генетические изменения, которые происходят более чем в 1% населения, называются полиморфизмами. Они достаточно распространены, чтобы считаться нормальным изменением ДНК. Полиморфизм ответственен за многие из нормальных различий между людьми, такими как цвет глаз, цвет волос и тип крови. Хотя многие полиморфизмы не оказывают негативного влияния на здоровье человека, некоторые из этих изменений могут влиять на риск развития определенных расстройств. Мутации - это изменения в генетической последовательности, и они являются основной причиной разнообразия среди организмов. Эти изменения происходят на разных уровнях, и они могут иметь самые разные последствия. В биологических системах, которые способны к размножению, мы должны сначала сосредоточиться на том, являются ли они наследуемыми; В частности, некоторые мутации затрагивают только того человека, который их несет, в то время как другие затрагивают все потомство организма-перевозчика и других потомков. Для мутаций, влияющих на потомков организма, они должны: 1) происходить в клетках, которые производят следующее поколение, и 2) воздействовать на наследственный материал. В конечном счете, взаимосвязь между унаследованными мутациями и давлением окружающей среды порождает разнообразие видов. Мутация — устойчивое (то есть передающееся по наследству) преобразование генотипа, происходящее под влиянием внешней или внутренней среды. Процесс возникновения мутаций получил название мутагенеза.

Ответы

A. 1/64 b. 1/32 c. 0 15.

 

 

Билет

 

ПЕРЕВОД

Наследственные болезни — болезни, связанные с качественным и количественным нарушением наследственного материала. Существуют разнообразные классификации наследственных болезней, которые широко используются в клинике и в теоретических исследованиях; основные из них:

• по уровню нарушения генетического материала: молекулярные (генные) болезни (табл. 15) и хромосомные;

• по способу наследования признака: моногенные и полигенные (мультифакториальные) (табл. 16).

Наследственные болезни наследуются не все, нельзя дословно воспринимать это название.Наследственные заболевания человека обусловлены мутациями. Выделяют три основные группы наследственных заболеваний:

1) Хромосомные болезни

2) Генные болезни

3) Мультифакторные заболевания

Хромосомные болезни – наследственные заболевания, которые обусловлены геномными (изменение числа хромосом) и хромосомными (изменение структуры хромосом) мутациями. Хромосомные болезни, как правило, не передаются потомству и встречаются в семьях как спорадичные случаи.

Основная причина возникновения хромосомных болезней – нерасхождение хромосом в мейозе во время гаметогенеза у одного из родителей. Они возникают вследствие мутаций в гаметах одного из здоровых родителей или в зиготе на первых стадиях дробления. Если мутация, возникшая в гаметах, – это полная форма болезни, то на стадии дробления зиготы – мозаичная форма болезни. В отличие от генных, хромосомные мутации охватывают значительно больший объем генетического материала и характеризуются множественными поражениями. Именно они вызывают около 45 % случаев гибели плода после имплантации и 60-70 % – 2-4-недельных выкидышей. Больные хромосомными болезнями занимают почти 25 % госпитализированных пациентов в мире.Генные болезни обусловлены генными мутациями. Примерами генных заболеваний являются энзимопатиии.

Энзимопатии (ферментопатии) – болезни обмена веществ, обусловленные дефектами ферментов. Они могут быть приобретенными и наследственными. Приобретенные энзимопатии возникают при острых и хронических заболеваниях. Молекулярной основой наследственных энзимопатий являются дефекты ферментов вследствие мутаций генов (генные мутации), которые контролируют синтез этих ферментов. Фермент или изменяет свою структуру и функциональные свойства, или совсем не синтезируется. В таком случае, биохимическая реакция, которая происходит с участием данного фермента, блокируется. При этом может иметь место:

1) недостаточное образование продуктов данной реакции или более отдаленных продуктов его преобразования;

2) накопления в организме субстрата блокированной реакции или его предшественников;

3) изменение основного направления в ходе реакции и повышенное образование продуктов, которые в норме есть в незначительных количествах.

Классификация наследственных нарушений метаболизма базируется на групповой принадлежности химических веществ, обмен которых нарушен. Различают наследственные болезни:

1) обмена аминокислот – фенилкетонурия, альбинизм, алкаптонурия, болезнь “кленового сиропа”, гомоцистинурия;

2) обмена углеводов – галактоземия, фруктоземия;

3) обмена липидов – плазматический липоидоз, болезнь Тея-Сакса, или амавротична идиотия;

4) обмена пуринов и пиримидинов – болезнь Леша-Найхана;

5) обмена металлов (болезнь Коновалова-Вильсона.

Энзимопатии – наиболее обширная и изученная группа моногенных (молекулярных) заболеваний. На них приходится 12 % госпитализаций, 8,5 % летальных случаев в педиатрических клиниках, около 6,5 % случаев детской инвалидности вследствие нервно-психических заболеваний. Близко 0,5 % новорожденных имеют наследственные нарушения обмена веществ. Диагностика энзимопатий осуществляется с помощью биохимических методов. Ранняя диагностика и медикаментозная или диетическая коррекция дают возможность лечить и предотвратить развитие этих наследственных болезней.

Типы наследования генных заболеваний: аутосомно-доминантный, аутосомно-рецессивный, Х-сцепленный (доминантный и рецессивный), Y-сцепленный.

При аутосомном наследовании ген исследуемого признака расположен в аутосоме (неполовой хромосоме), при сцепленном с полом наследовании – в половых хромосомах (Х, Y).

Синдром Марфана (арахнодактилия) – наследственная аутосомно-доминантная болезнь соединительной ткани. Клинические проявления впервые в 1886 г. описал В.Марфан. В основе патогенеза лежит мутация гена, ответственного за синтез белка волокон соединительной ткани – фибрилина. Результатом нарушения синтеза белка является повышенная растяжимость соединительной ткани. Частота 1:10000-1:15000. Локализация гена фибрилина в длинном плече хромосомы 15 (15q21.1). При значительном клиническом полиморфизме синдром характеризуется следующими диагностическими признаками: аномалии костно-мышечной системы (высокий рост, астеническое телосложение, длинные “паучьи” пальцы, большой размах рук, гиперподвижность суставов, деформация грудной клетки), аномалии развития глаз (подвывих крусталика), аномалии сердечно-сосудистой системы (аневризма аорты, сердечные пороки), кожные проявления (растяжения, сухость, мармуровый оттенок).

Брахидактилия – аутосомно-доминантное заболевание, которое проявляется короткими пальцами.

Частота: 1,5:100 000 новорожденных.

Причина – нарушения роста фаланг или метакарпальных (метатарзальных) костей.

Ахондроплазия – аутосомно-доминантное заболевание.

Частота: 1:100 000 новорожденных.

Причина – нарушение роста трубчастых костей. Основные проявления: карликовость с короткими конечностями, большой головой, нормальным туловищем, лордозом. Интелект, як правило, нормальный. Репродуктивная способность не нарушена.

Прогнатизм мандибулярный (прогения) – аутосомно-доминантный признак. Характеризуется излишним развитием нижней челюсти. Отмечаются аномалии прикуса, а в некоторых случаях преждевременное разрушение нижних моляров.

Наследственный сфероцитоз (болезнь Минковского-Шофара) – аутосомно-доминантное заболевание.

Частота: 2,2:10 000 новорожденных.

Основные проявления: уменшение количества и диаметра эритроцитов, их сферическая форма. У больных развивается гемолитическая анемия, увеличение печени и селезенки.

Прогерия (синдром Гетчинсона-Гилфорда) – аутосомно-доминантное заболевание. Клинические проявления: прогрессирующее, быстрое старение организма с 5-6-летнего возраста. Больные умирают к 12 годам.

Фенилкетонурия – наследственная болезнь аминокислотного обмена, обусловленная дефицитом фермента фенилаланин-гидроксилазы, который необходим для преобразования аминокислоты фенилаланина в тирозин. Это ведет к накоплению фенилаланина, фенилпировиноградной, фенилоцтовой и фенилмолочной кислот в крови, спинномозговой жидкости, тканях и их токсичного действия на ЦНС.

Локус (фенилгидроксилазы) расположен в длинном плече 12-й хромосомы. Частота фенилкетонурии в европейских популяциях составляет в среднем 1:10000 новорожденных.

В настоящее время для большинства семей возможна молекулярно-генетическая диагностика и выявление гетерозиготного носительства. Болезнь наследуется по аутосомно-рецессивному типу. Известно несколько форм фенилкетонурии, которые различаются по тяжести протекания болезни. Это связано с наличием 4-х аллелей гена и их комбинациями.

Ребенок с фенилкетонурией рождается здоровым, но в первые же недели в связи с поступлением фенилаланина в организм с молоком матери развивается повышенная возбудимость, склонность к дерматитам, моча и пот больных имеют характерный "мышиный" запах, но главными симптомами ФКУ являются судорожные припадки и олигофрения. Поскольку нарушения обмена фенилаланина ведет к снижению уровня тирозина, у больных наблюдается уменьшение пигментации кожи, волос, радужной оболочки глаз. Частота фенилкетонурии в европейских популяциях составляет в среднем 1:10000 новорожденных.

Большинство больных - блондины со светлой кожей и голубыми глазами, что определяется недостаточным синтезом пигмента меланина.

Диагноз заболевания устанавливается на основании клинических данных и результатов биохимического анализа мочи (на фенилпировиноградную кислоту) и крови (на фенилаланин). С этой целью несколько капель крови на фильтровальной бумаге подвергают хроматографии и определяют содержание фенилаланина. Иногда используют пробу Феллинга - в 2,5 мл свежей мочи ребенка добавляют 10 капель 5% раствора треххлористого железа и уксусной кислоты. Появление сине-зеленого окрашивания указывает на наличие заболевания.Метод лечения фенилкетонурии в настоящее время хорошо разработан. Он состоит в назначении больному диеты (овощи, фрукты, варенье, мед) и специально обработанных гидролизатов белков с низким содержанием фенилаланина (лофелак, кетонил, минафен и др). В настоящее время разработаны методы дородовой диагностики. Ранняя диагностика и профилактическое лечение предупреждают развитие болезни.

Галактоземия - аутосомно-рецессивное заболевание.

Причина – недостаток фнрмента галактозо-1-фосфатуридил-трансферазы, который расчепляет молочный сахар лактозу.

Симптомы заболевания проявляются в новорожденных после приема молока. Характеризуется увеличенной печенью, рвотой, поносами, умственной отсталостью. Лечение состоит в выключении молока из пищи.

Альбинизм – аутосомно-рецессивное заболевание. Причина – отсутствие фермента тирозиназы, необходимого для синтеза меланина. Проявляется депигментацией кожи, волос, радужки глаз одинаково для всех рас. Дальтонизм является одной из наиболее распространенных аномалий, которые наследуются рецессивно, сцепленно с Х-хромосомой. Характеризуется нарушением восприятия красного и зеленого цветов. Принципы его наследования такие самые, как гемофилии.

Реже встречаются такие Х-сцепленные рецессивные болезни, как синдром Вискотта-Олдрича (иммунодефицит), агамаглобулинемия, гранульоматоз Вегенера, синдром Леша-Найхана, мышечная дистрофия Дюшена.

Гидроцефалия – Х-сцепленное рецессивное заболевание. Частота: 1:2000 новорожденных.

Причина – нарушение оттока спинномозковой жидкости. Характеризуется увеличением размеров головы, неврологическими расстройствами, умственной отсталостью.

Таким образом, основными методами диагностики генных заболеваний – это ДНК-анализ, биохимический и генеалогический метод.

Показаниями к медико-генетическому консультированию являются:

1) рождение ребенка с врожденным пороком развития;

2) установленная или подозреваемая наследственная болезнь в семье в широком смысле слова;

3) задержка физического развития или умственная отсталость у ребенка;

4) повторные спонтанные аборты, выкидыши, мертворождения;

5) близкородственные браки;

6) воздействие подозреваемых на тератогенность или известных тератогенов в первые 3 мес. беременности;

7) неблагополучное протекание беременности. В принципе каждая супружеская пара должна пройти медико- генетическое консультирование до планирования деторождения (проспективно) и безусловно после рождения больного ребенка (ретроспективно).

При выявлении моногенной болезни врач должен предоставить больному или его семье соответствующую генетическую информацию и провести медико-генетическое консультирование. Основа всего - постановка правильного диагноза с обязательным использованием доступных биохимических и молекулярно-генетических методов. Достоверность диагноза играет решающую роль для интерпретации характера передачи наследуемых признаков и расчета риска заболевания у родственников. Важно учитывать возможность новой мутации, неполную пенетрантность, изменчивую экспрессивность и соответствие между генотипом и фенотипом. Членам семьи следует рассказать о возможностях пренатальной и ранней диагностики, а также выявления гетерозигот.С осознанием роли генов в развитии болезней возросла потребность в медико-генетическом консультировании. Если человека интересует, какова вероятность развития наследственного заболевания у него самого или у его детей, он спрашивает об этом у лечащего врача. Следовательно, всем врачам следует знать принципы медицинской генетики. Первую консультацию часто проводят специалисты в области медицинской генетики, после чего их рекомендации подтверждает и дополняет лечащий врач. ЧТО ТАКОЕ БЕЛКИ?

Белки являются очень важными молекулами в наших клетках. Они участвуют практически во всех клеточных функциях. Каждый белок в организме имеет определенную функцию. Некоторые белки участвуют в структурной поддержке, в то время как другие участвуют в движении тела или в защите от микробов. Белки различаются по структуре и функции. Они построены из набора из 20 аминокислот, которые связаны с образованием полипептидных цепей. ФРУКТАЛЬНЫЕ ФУНКЦИИ

Антитела - это специализированные белки, которые участвуют в защите организма от антигенов (инородных захватчиков). Они могут путешествовать по кровотоку и используются иммунной системой для идентификации и защиты от бактерий, вирусов и других иностранных злоумышленников. Одним из способов противодействия антигенам антител является иммобилизация их, чтобы они могли быть уничтожены лейкоцитами.

Сократительные белки - отвечают за движение. Примеры включают актин и миозин. Эти белки участвуют в мышечном сокращении и движении.

Ферменты - это белки, которые способствуют биохимическим реакциям. Их часто называют катализаторами, потому что они ускоряют химические реакции. Примеры включают ферменты лактазу и пепсин. Лактаза разрушает сахарную лактозу, содержащуюся в молоке. Пепсин - это пищеварительный фермент, который работает в желудке, чтобы разрушать белки в пище.

Гормональные белки - это белки-мессенджеры, которые помогают координировать определенные действия организма. Примеры включают инсулин, окситоцин и соматотропин. Инсулин регулирует метаболизм глюкозы, контролируя концентрацию сахара в крови. Окситоцин стимулирует сокращения у женщин во время родов. Соматотропин - гормон роста, который стимулирует выработку белка в мышечных клетках.

 

Структурные белки - волокнистые и волокнистые и обеспечивают поддержку. Примеры включают кератин, коллаген и эластин. Кератины укрепляют защитные покрытия, такие как кожа, волосы, перья, перья, рога и клювы. Коллагены и эластин обеспечивают поддержку соединительных тканей, таких как сухожилия и связки.

Протеины для хранения - хранить аминокислоты. Примеры включают овальбумин, казеин, ферритин. Овальбумин содержится в яичных белках, а казеин является молочным белком. Ферритин хранит железо в гемоглобине.

Транспортные белки - это белки-носители, которые перемещают молекулы из одного места в другое по всему телу. Примеры включают гемоглобин и цитохромы. Гемоглобин переносит кислород через кровь через эритроциты. Цитохромы действуют в цепи переноса электронов как белки-носители электронов. Полиморфизм - это термин для состояния, при котором в популяции имеется по меньшей мере два генетических варианта (аллели) какого-либо признака. В то же время частота его возникновения среди населения превышает 1%. Если процент появления меньше, мы говорим о случайном вхождении - мутации.

Полиморфизмы имеют свои основания в структуре ДНК. Из-за изменчивости генетического кода отдельные полиморфизмы могут быть не всегда показаны. Особенно, если они присутствуют в некодирующих областях - интронах.

Обладая знаниями о локализации полиморфизмов, мы можем создавать генетические карты. Короткие повторяющиеся последовательности a (микросателлиты) очень специфичны для индивида и поэтому могут быть использованы, например, для определения родительских качеств. Потомство наследует разные аллели от своих родителей.

Точечный полиморфизм

Возникает из-за точечных мутаций в ДНК. Как правило, однонуклеотидное замещение, которое приводит к включению других аминокислот. Это условие определяется с использованием полиморфизма длины фрагмента RFLP - Restriction.

Иногда этот тип полиморфизма также известен как SNPs - полиморфизм одиночного нуклеотида. В некоторых исследованиях было обнаружено связь между определенными формами SNP и мультифакториальными заболеваниями - такими как гипертония, диабет или сердечные заболевания.

Повторяющиеся последовательности [править] Edit source]

Секции нуклеотидов в ДНК, которые встречаются во многих копиях. Их длина и количество варьируются от человека к человеку индивидуально. Его наследование соответствует правилам наследования Менделя.

Перевод

Гемоглобин (американский) или гемоглобин (британский) (/ hiːməʊloᵻbᵻn, hɛ-, -moʊ - / [1] [2] [3]); Сокращенно Hb или Hgb, является железосодержащим кислородтранспортирующим металлопротеином в эритроцитах всех позвоночных [4] (за исключением рыбного семейства Channichthyidae [5]), а также тканей некоторых беспозвоночных. Он имеет формулу C2952H4664O832N812S8Fe4. Гемоглобин в крови переносит кислород из органов дыхания (легкие или жабры) в остальную часть тела (т. Е. В ткани). Там он высвобождает кислород, чтобы позволить аэробному дыханию обеспечить энергию для обеспечения функций организма в процессе, называемом метаболизмом. Гемоглобин состоит из белковых субъединиц («молекулы глобина»), и эти белки, в свою очередь, представляют собой сложенные цепи Большое количество различных аминокислот, называемых полипептидами. Аминокислотная последовательность любого полипептида, созданного клеткой, в свою очередь определяется растяжениями ДНК, называемыми генами. Во всех белках именно аминокислотная последовательность определяет химические свойства и функцию белка. Существует более одного гена гемоглобина: у людей гемоглобин A (основная форма присутствующего гемоглобина) кодируется генами HBA1, HBA2 и HBB [22]. Аминокислотные последовательности глобиновых белков в гемоглобинах обычно отличаются между видами. Эти различия растут с эволюционным расстоянием между видами. Например, наиболее распространенные последовательности гемоглобина у человека и шимпанзе почти идентичны, отличающиеся только одной аминокислотой в цепях белков альфа и бета глобина [править]. Эти различия растут между менее родственными видами. Даже внутри вида различные варианты гемоглобина всегда существуют, хотя одна последовательность обычно является «наиболее общей» для каждого вида. Мутации в генах для белка гемоглобина у видов приводят к вариантам гемоглобина. [23] [24] Многие из этих мутантных форм гемоглобина не вызывают болезней. Некоторые из этих мутантных форм гемоглобина, однако, вызывают группу наследственных заболеваний, называемых гемоглобинопатиями. Наиболее известной гемоглобинопатии является серповидноклеточная анемия, которая была первым заболеванием человека, механизм которого был понят на молекулярном уровне. А (в основном) отдельный набор заболеваний, называемых талассемиями, включает в себя недопроизводство нормальных и иногда аномальных гемоглобинов, через проблемы и мутации в регуляции глобных генов. Все эти заболевания вызывают анемию.Выравнивание белка белков человеческого гемоглобина, альфа, бета и дельта субъединиц соответственно. Выравнивание было создано с помощью инструмента юстировки Uniprot, доступного в режиме онлайн.

Вариации в аминокислотных последовательностях гемоглобина, как и в случае других белков, могут быть адаптивными. Например, было обнаружено, что гемоглобин по-разному адаптируется к высоким высотам. Организмы, живущие на высоких высотах, испытывают более низкие парциальные давления кислорода по сравнению с уровнями на уровне моря. Это представляет проблему для организмов, обитающих в таких средах, поскольку гемоглобин, который обычно связывает кислород при высоких парциальных давлениях кислорода, должен быть способен связывать кислород, когда он присутствует при более низком давлении. Различные организмы приспособились к такой проблеме. Например, недавние исследования предложили генетические варианты у мышей оленей, которые помогают объяснить, как олени мышей, которые живут в горах, способны выживать в тонком воздухе, который сопровождает большие высоты. Исследователь из Университета Небраски-Линкольн обнаружил мутации в четырех различных генах, которые могут объяснить различия между мышами оленей, которые живут в степных равнинах по сравнению с горами. После изучения диких мышей, захваченных как в высокогорье, так и в низинах, было обнаружено, что: гены двух пород «практически идентичны - за исключением тех, которые регулируют кислородную способность их гемоглобина». «Генетическое различие позволяет горным мышам более эффективно использовать кислород», поскольку на больших высотах, например в горах, доступно меньше. [26] Гемоглобин мамонта характеризовался мутациями, которые позволяли доставку кислорода при более низких температурах, таким образом позволяя мамонтам мигрировать в более высокие широты во время плейстоцена. [27] Это также было найдено у колибри, населяющих Анды. Колибри уже тратят много энергии и, следовательно, имеют высокие потребности в кислороде, и, тем не менее, андские колибри были процветают на больших высотах. Несинонимичные мутации гена гемоглобина у многих видов, обитающих на высоких возвышениях (Oreotrochilus, A. castelnaudii, C. violifer, P. gigas и A. viridicuada), вызвали у белка меньшую аффинность к инозитол-гексафосфату (IHP), Молекула, найденная у птиц, которая имеет ту же роль, что и 2,3-BPG у людей; Это приводит к способности связывать кислород при более низких парциальных давлениях. Следует, однако, отметить, что уникальные циркулирующие легкие птиц также способствуют эффективному использованию кислорода при низких парциальных давлениях O2. Эти две адаптации усиливают друг друга и обеспечивают замечательные высотные характеристики птиц. Адаптация гемоглобина распространяется и на людей. Исследования показали, что у небольшого числа аборигенных тибетских женщин есть генотип, который кодирует гемоглобин более насыщенным кислородом [29]. Естественный отбор, по-видимому, является основной силой, воздействующей на этот ген, потому что смертность потомства значительно ниже у женщин с более высокой аффинностью гемоглобина к кислороду по сравнению со смертностью потомства у женщин с низкой аффинностью гемоглобина к кислороду. Хотя точный генотип и механизм, посредством которого это происходит, еще не ясны, выбор воздействует на способность этих женщин связывать кислород при низких парциальных давлениях, что в целом позволяет им лучше поддерживать важнейшие метаболические процессы.

Гемоглобинопатия является своего рода генетическим дефектом, который приводит к аномальной структуре одной из глобиновых цепей молекулы гемоглобина [1]. Гемоглобинопатии являются наследственными расстройствами одного гена; В большинстве случаев они наследуются как аутосомные содоминантные черты. [2] Общие гемоглобинопатии включают серповидноклеточную болезнь. По оценкам, 7% мирового населения (420 миллионов) являются носителями, причем 60% всего и 70% патологического находятся в Африке. Гемоглобинопатии наиболее распространены среди населения из Африки, Средиземноморского бассейна и Юго-Восточной Азии.

Гемоглобинопатии подразумевают структурные аномалии самих глобиновых белков [3]. Талассемии, напротив, обычно приводят к недопроизводству нормальных глобиновых белков, часто посредством мутаций в регуляторных генах. Эти два условия могут перекрываться, однако, поскольку некоторые условия, которые вызывают отклонения в глобиновых белках (гемоглобинопатии), также влияют на их продукцию (талассемию). Таким образом, некоторые гемоглобинопатии также являются талассемиями, но в большинстве случаев это не так. Либо гемоглобинопатия, либо талассемия, либо и то, и другое могут вызвать анемию. Некоторые известные варианты гемоглобина, такие как серповидноклеточная анемия и врожденная дизеритропоэтическая анемия, являются причиной заболеваний и считаются гемоглобинопатиями. Однако многие варианты гемоглобина не вызывают патологии или анемии, и поэтому часто не классифицируются как гемоглобинопатии, потому что они не считаются патологиями. Варианты гемоглобина являются частью н