Шпаргалка по "Геномике"

 

 

 

28 Размн. вирусов, облад. геномной 1цепочечной (+)РНК (пикорнавирусы). Группа IV. (Одноцепочечная (+)РНК). Эта группа вкл: вирусы, инфицирующие эубактерии  (Leviviridae);  вирусы насекомых, грибов, раст, позвоночных. 1цепочечные геномы свойственны представ. сем.  Poty-  Picorna-, Sequi-,  Calici-, Toga-, Tombusviridae.  Двухкомпо-нентные геномы - у вирусов сем. Como-, Noda-Tetra- и Po-tyviridae. Трехкомпонентные геномы обнаружены у представ. сем. Bromoviridae. Эти вирусы размнож. в ц/п и у них имеется неск-ко вариантов экспрессии генома. У пикановирусов геномные РНК выполняют 2 ф-ции. 1) функционирует как мРНК –  после проникновения в кл. связывается с рибо-сомами и целиком транслируются, образуя полипротеин. За-тем полипротеин с пом. специфических клеточных и вирус-ных протеаз расщепляется на функциональные белки. 2) ге-номная РНК выполняет ф-цию матрицы для синтеза на ней комплементарной  (−)РНК при участии РНК-полимеразы,  появляющейся в кл. в рез-те расщепления полипротеина.  При этом образуется репликативный интермедиат,  формирующий молекулы дочерних (+)РНК,  кот. могут использоваться в кач-ве мРНК или включаться в состав вирионов. Информация для синтеза структурных белков считывается уже с дочерних (+)цепей РНК. При этом белки синтезируются в виде полипротеинов с последующим протеолитическим нарезанием. Главным в репликации вирусов с позитивным геномом явл. то,  что геномная РНК способна служить в кл. в кач-ве мРНК.  Т. о,  вирус имеет возможность сразу же после заражения клетки синтезировать белки,  ответственные за репликацию своего генома,  и нет необходимости в их внесении в кл. вместе с вирионом.  Поэтому «голая» РНК, изолированная из вирионов, инфекционна. 2я особенность: первичными продуктами трансляции РНК явл. нефункциональные полипротеины, кот подвергаясь протео-лизу, распадаются на функциональные белки.

 

 

 

 

 

 

29. Размножение  вирусов, обладающих геномной одно-цепочечной (-) РНК. есть группа РНК-содержащих вирусов, кот. не узнает РНК рибосомным аппаратом клетки, и поэтому она не способна выполнять ф-цию мРНК. В клетке такая РНК служит матрицей для синтеза мРНК. Это (-) РНК, а его геном наз. негативным. вирусы этой группы инфицируют: позвоночных, членистоногих, растения. Для (-)РНК хар-но то,что РНК выполняет 2 матричные ф-ции.1.она исп. для транскрипции; 2.для репликации. Т.к. для синтеза мРНК должна транскрибироваться вирусная РНК, а в клетке-хоз. соотв. Ф нет, все вирусы с (-)РНК содерж. в вирионе собств. РНК-завис. РНК-полимеразу-транскриптазу. 1ым после проникновения вируса в клетку явл. транскрипция в цп вир. генома=> накаплив. моноцистронные мРНК, каждая из них код. 1 белок. Новосинтез. вирусные белки нач. репликацию. Они катализ. образование полноразмерной (+)РНК, кот. служит матрицей для синтеза на ней геномной (-)РНК потомства Итак, главное, в репликации (-)РНК вирусов закл. в том,что она функц. как матрица и для транскрипции,и для репликации. Отсюда следует,что: 1. вирус должен вносить в клетку при заражении транскриптазу; 2. «голая» РНК, изо-лир. из вирионов, неифекционна; 3. синтезируемые мРНК им. длину одного гена,т.е. они код. один белок.

Схема размн вир.с геномн одноцеп (-)РНК:

                                 Ф вириона

род одноцеп (-)  РНК         мРНК         белки ранние

одноцеп (+)РНК

одноцеп (-)РНК           мРНК        поздние белки

вирионы потомства

 

 

 

 

 

 

 

30. Цикл репродукции  вирусов группы VI Балтимора, группы VII Балтимора. ГР6. вирусы этой группы инфици-руют только позвоночных и предст. 1 сем. Retroviridae. Ге-ном вирусов - монолитный, диплоидный (этим уникален). 1 известная ф-ция геномной РНК-матричная ф-ция для синтеза ДНК. Т.к. кл-хоз не им. для этого соотв. Ф, вирус кроме генома сод. ещё и РНК-завис. ДНК-полимеразу-обратную транскриптазу, а также смесь тРНК хоз., кот при синтезе ДНК служат в кач-ве затравки. В цикле репродукции вирусов можно выделить ряд основн. стадий: 1.синтез в цп ДНК-копии,комплементарн. по отнош. к РНК. Эта стадия заверш. образ. кольцевой одноцеп мол-лы ДНК, связ. водородными связями с линейной геномной РНК; 2. расщепление геномной РНК нуклеазой, атакующей только РНК в составе гибридов ДНК/РНК; 3.синтез комплементарной копии вир. ДНК. Эта стадия осущ. при участии вирионной ДНК-зависимой ДНК-полимеразы; 4.перемещ. кольцевой двухцеп. вир. ДНК из цп в ядро, где она интегрирует в геном кл-хоз.; 5.после интеграции в геном хоз. вир. ДНК (провирус) попадает под контроль кл и транскрибируется транскриптазой кл-хоз. так же, как и др. клет. гены. Продуктом транскрипции явл. мол-ла мРНК, равн по длине геномной РНК.Эта РНК транслируется для синтеза структурных белков и Ф,а также исп. в кач-ве геномов доч. популяций; 6.самосборка вир. нуклеопротеидов происх. в цп, а созревание вир. частиц происх. на клет. об., откуда они отдел. почкованием. ГР7. этот класс вир. вкл сложные вирусы, сод. в составе вириона кольц. двухцеп. ДНК, кот. реплицируются с образ. одноцеп. РНК-интермедиаторов. Инфиц. позвоночных и растения. Геномы вирусов предст: частично двухцеп. незамкнутой ковалентно кольц ДНК; кольц двухцеп ДНК с разрывами в обеих цепях. Экспрессия геномов слабо изучена. После этапа раздевания ДНК и вирионная полимераза мигрир. в ядро кл-хоз, где ДНК достраивается с пом. ДНК-полимеразы и превращ. в сверхспирализ. мол-лу. Эта мол-ла транскрибир. с образ. мол-л (+) РНК 2 типов: небольш. мРНК, код. белки, и полноразмерной геномной РНК, кот. затем транскрибирует обратная транскриптаза, синтез. ген ДНК. Репликация генома вкл ряд послед. процессов: прегеномная (+)РНК инкапсулируется в сердцевину вириона, сод. полимеразу, где Ф, действуя как обратная транскриптаза,синтез. (-)ДНК. Затем эта цепь ДНК использ. как матрица для синтеза (+)цепи ДНК, однако процесс носит незаверш. хар-р и заканчив. образ. двухцеп мол-лы ДНК с неполной (+)цепью. Одновременно с реализацией сложного репликативного цикла вир ДНК может интегрир. в геном клетки. Достройка неполной цепи вирионной ДНК, синтез прегеномной РНК, обратная транскрипция этой РНК, разрушение РНК-матрицы и синтез неполной второй цепи вирДНК – все эти процессы осущ единым вирусным полимеразным комплексом.

Цикл репродукции вир гр 6 Балтимора:

 

Цикл репродукции вир гр 7 Балтимора:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

31.  Прокариоты  как объект молекулярно-генетических  исследований. Хим и структурн орг-ция кл прокариот им ряд особенностей. Внешн липопротеидн слой протопласта бакт наз ЦПМ. Стр-ры, распол снаружи от ЦПМ наз. по-верхностными стр-ми. В клет. об. вход все слои, располаг с внешн стороны от ЦПМ. Протопласт сост из ЦПМ и цп. Ген аппарат прокариот предст двойной замкнутой нитью ДНК(нуклеоид), не отделённый от цп мембраной. Гистоны и митотический аппарат отс,нет интронов. Отс митохондрии, хлоропласты. Кольцо ДНК закреплено в одной точке на внутр стороне клет мембраны. Деление нуклеоида происх после репликации нити ДНК, при этом расхождение дочер-них нуклеоидов обеспеч ростом кл мембраны.Нуклеоид предст собой тонкую, неправильную, фибриллярную сеть из ДНК,часть располаг параллельно осевой линии клетки. ДНК-связ. стр-ой выступает мезосома. У прокариот могут прис небольшие кольц мол-лы ДНК-плазмиды, кот не явл обязат для генома данного вида. Они варьируют по размеру и по численности от одной до многих десятков. Плазмиды опред важнейшие фции кл: способн к передаче ген мат, устойч к лек препаратам, тяж МЕ, способность утилизировать токсичные в-ва. Благодаря этому плазмиды явл мощными факторами адаптации микроорг к мен усл среды.1 плазмида может сод до 5 генов устойчив к различн антибиотикам и перенос эти гены в кл патоген бактерий. Распростран устойчив к различн антибиотикам форм патоген бакт,препятств лечению инф заболев,явл 1 из самых серьёзн проблем совр медицины. Они исп как удобн объекты в ген инженерии,для изучения мол мех-мов важн клет проц – репликации ДНК,транскрипции,рекомбинации и т.д.

 

32. Структурная геномика прокариот. Полные нуклео-тидные последоват-ти генов дают возможность рекон-струировать метаболизм биохим неохарактериз вида на ос-нове нуклеотидной последовательности его генома,по нали-чию тех или иных фементативных фций и стр-ного сход-ва м/д генными продуктами изучаемого вида и белками,фция кот неизвестна.размеры генома у прокариот показ больш диапазон колебаний.Устан самый маленький геном у мико-плазмы M.genitalium размером 580тпн и самый большой-9500тпн у Myxococcus Xanthus.Геном E.Colli им размер 4,6млн пн.Содерж ГЦ-пар в ДНК прокариот колеблется в пределах 23-72%.У некот бакт установл преимущ прис Г по сравнению с Ц в матричной нити ДНК от обл-ти начала ре-пликации ori до участка терминации ter.Наличие асимметрии может указывать на различия в репликативном синтезе матричной и смысловой нитей.Порядок располож генов в бакт хромосоме не случаен.Гены 1 опр фции располаг 1 за другим и организованы в оперон с совместной транскрипцией на одну РНК.При сравнении геномов E.Colli и B.subtillis,им 1000 общ генов,устан,что 100 генов нах в составе одних и тех же оперонов,хотя порядок генов в составе оперонов не всегда одинаков.Анализ полностью секвенир геномов бактерий показал,что 16 кластеров генов у эубакт ост консервативными,из них у архебакт 8 тоже консерва-тивны.Сохран генов в составе одного оперона в ходе эволю-ции может давать некоторое преимущество.Оперонная орг-ция генов необх для обеспечения координир экспрессии ге-нов.С др стороны, кластеризация генов,выполн 1 фцию,повышает вероятность их совместного распростран путём горизонт. переноса видам,утративш существенную фцию. Оперонная орг-ция генов у термофильных бакт отлич от др бактерий.Тогда как у эубакт объед в опероны гены од-ного и того же метаболич пути,у термофильн бакт A.aeoliticus они разбросаны по геному.В опероны объед гены электротранспортной цепи,субъединиц гидрогена-зы,транспортн сис-мы,рибосомных белков и др.

 

33. Организация  генома прокариот. Полные нуклеотидные послед. разных видов дают возможность опр стр-ры генома. Репликация бакт хромосомы начин в точке ori C и продолж в обоих направлениях до участка терминации репликации ter C. У бол-ва видов участки ori C и ter C делят кольц хромосому на 2 раные реплихоры.Обл-ть начала репликации во многих бакт геномах им консерват стр-ру.Не идентифиц участок ori C в геноме H.pylori, в кот нумерация нуклеотидн послед начата с повтора (АГТГАТТ)26, сод кодоны терминации трансляции во всех рамках в любую сторону. Направление транскрипции бол-ва генов бакт с высокой скоростью роста совпадает с направлением репликации. В геноме B.subtillis такое совпадение показано у 75% предсказ генов, у B.burgdorferii – у 66% генов транскрибируется от центра к концам мол-лы. Стр-ра обл-ти инициации репликации ДНК архебакт неизвестна. Отс асимметрии пар ГЦ в их геномах может указывать на наличие множеств участков инициации репликации. Часть хромосомы возле ori C более консервативна по сравнению с участком терминации. Степень дивергенции генов E.Coli и Salmonella thyphimurium возрастает по мере удаления от локуса ori C.Частота спонтанных рекомбинаций в локусе ter C возрастает. Также сравнение геномов видов хламидий Chl.trachomatis и Chl.pneumonia показало,что район ter C содерж намного больше перестроек,чем остальной геном. Ведущая и ведомая нити ДНК отлич не только преимущ прис в ведущей нити нуклеотида G,но и по частоте встреч некотор олигоме-ров..Устан. нуклеотидн последоват генома при пом компью-терных программ транслируют в 6 рамках считывания и та-ким способом выявл открытые рамки считывания OPC.Средн размер ORF в геномах прокариот соотв =300а.о. След шагом в анализе геномов явл сопоставл их состава по фциям.При этом идентифицируют компоненты,общ для данной гр видов и уникальные,специфичные только для данного орг-ма. Ряд авторов предлож классифиц белки код их гены по 3 функц гр: энергообмен, информация и коммуникация(внутри- и внеклеточная).В гр коммуникации кол-во белков увелич по мере повыш ур-ня орг-ции. Такая функц классифик генов и белков даёт возможность сравнивать м/д собой геномы различн видов и их метаболических путей.В генах архе и эубакт обнаружены интроны - последов,автокаталит вырез при созрев мРНК,кот считали типичными для эукариот. У прокариот обнаружены интеины – участки,код. самосплайсирующиеся полипептидные цепи.Был открыт новый мех-зм процессинга,в кот участв пострансляц вырезание внутр пептида,с послед. датированием концевых пептидов.По аналогии с интронами,такие автокаталитич вырез участки белка и код их участки ДНК названы интеинами,а остающиеся сплайсируемые фрагменты по ана-логии с экзонами-экстеинами. Подобны некот интро-нам(интроны гр 1),кот код эндонуклеазы, последовательно-сти, код интеины, явл моб ген эл-тами. Предполаг,что они и интроны гр 1 возникли сходным образом:путём инвазии гена Ф эндонуклеазы в последов ДНК,код маленьк эл-ты бел-кового или нуклеинового сплайсинга. В наст время описано неск 10 интеинов,код генами архебакт,эубакт и эукариот.

 

34. Организация  генома Escherichia coli. В культуре кл E.Coli,дел со скоростью 30 мин,на 1 нуклеоид образ около 120 доменов отриц сверхскрученности или 43+- доменов на геном.Отсюда на домен в средн приход примерно 100 тпн.Таков мб размер гипотетич обл-ти,в кот экспрессия генов зависит от состояния сверхспирализации ДНК. Уста-новлено,что для синтеза белка исп только 70% от потенц код способности ДНК. Таким образом,не менее 25-30% ДНК бакт хромосомы приходится на межгенные интервалы или нетранслируемые регуляторные обл-ти.По отнош к геному E.Coli всей остальн ДНК хватило бы на 3тыс. генов. Счит,что средн размер мол-лы иРНК в кл E.Coli 1200нуклеотидов. Но в геноме коли очень многие гены объед в опероны и поэтому транскрипт в 1200 нуклеотидов заведомо соотв более чем 1 гену.Т.обр.,для хромосом бакт в отличие от хром эукариот хар-но относит высокое содержание генов в расчёте на им ДНК.Очень большое число генов у бакт E.Coli – рез-т естеств отбора на расширение экологич потенциала вида и соотв прогрессивн эволюции,сопряж с периодич приращен генома.На каждом из 2 плеч хромосомы коли им хар-ные скопления-обл-ти повыш плотности генов,кот заним симметричн места слева и справа от ori C,чем к ter C. В половине кольц хромосомы коли,прилег к ori C,вообще картировано больше генов,чем в дистальной половине генома,прилег к ter C.Из 1027 генов на ген карте коли 374 гена относ к 108 оперонам или тесно сцепленным группам- предполож оперонам.Объедин функцион близк генов в опероны постепенно сложилось в эволюции бактерий по той причине,что у них перенос ген инф обычно осущ небольш порциями.Знач им само по себе сцепление функц родствен генов,что позвол бакт приобретать необх фцию в 1 этап.Т.обр.,подазумев, что в опр ситуациях ген обмен у бакт сопряжен с ест отбором форм,приобрет новые фции.

 

 

 

 

35. Сравнение геномов  про- и эукариот. Минимальный размер генома прокариот. Теор расчёты о величине мин набора генов экспериментально подтверждены на B.subtillis. В геноме этой бактер в произвольном порядке инактивиро-вали разные гены, а в рез-те была опр. та фракция генов, инактивация кот делает бакт неспособной к образ колоний. Размер сущ части генома этого вида сост 318тпн,что соотв 250-300 бакт генов. Мин размер генома способен обеспечить автономность жизнеобеспеч кл. Размер геномов и их функц состав различны у разных прокариот с разными функцио-нально-энергетич потребностями: 1. фототрофы для роста нуждаются в свете, СО2 и неорг ионах; 2. прототрофы нужд в орг углероде, источнике энергии и неорг ионах; 3. гетеро-трофы растут на сложных средах; 4. облигатные внутриклет паразиты и органеллы стоят отдельно.

 

36 Геномы прокариот  в процессе функционирования  и эволюции. Консервативная и  оперативная части генома.

Геномы современных прокариот и их структура сформиро-вались в ходе эволюц-го процесса под влиянием различных эволюц. механизмов: генных мутаций, дупликаций и ам-плификаций небольших участков генома с последующей специализацией генов-паралогов; делеций, инверсий и транслокаций сегментов генома; горизонтального преноса генов. Адаптации к условиям сред обитания также обеспе-чивается посредством изменения общих характеристик ге-номов-их GC-состава, суперспирализации ДНК, а также наличием особых генов, способствующих приспособлению м/ов к тем или иным условиям. Консервативная и опера-тивная части генома. В. А. Геодакян сформулировал прин-цип, в соответствии с которым эволюционирующие системы подразделяются на 2 части: консервативную;охраняющую эволюционные достижения, и оперативную (поисковую), быстро меняющуюся в ходе эволюции в ответ на изменения среды. В бакт. геноме такие системы соотносятся след. об-разом: консервативная часть хромосомы локализована возле участка ori C; оперативная часть хром. расположена в районе ter C. Район ter C может играть роль кузницы новых генов-находящиеся здесь копии генов быстро дивергируют, приобретая новые функции. При перемещении гена в более консервативные части генома скорость его эволюции сни-жается.