ДНК структура и функции Научно-популярный материал, разработанный в рамках выполнения работ по соглашению 8805 от 04.10.2012 с дополнительным соглашением. - презентация

1 ДНК структура и функции Научно-популярный материал, разработанный в рамках выполнения работ по соглашению 8805 от с дополнительным соглашением 1 от Руководитель проекта Хрунин А.В.

2 Строение ДНК. ДНК - полимер. Мономеры - нуклеотиды. Нуклеотид - химическое соединение остатков трех веществ : Строение нуклеотида Азотистые основания: - Аденин; - Гуанин; - Цитазин - Тимин Углевод: - Дезоксирибоза Остаток фосфорной кислоты (ФК) Под первичной структурой нуклеиновых кислот понимают порядок, последовательность расположения мононуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК.

3 Макромолекулярная структура ДНК. В 1953 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик предложили модель структуры ДНК. При построении структуры ученые основывались на 4 группах данных : 1. ДНК представляет собой полимер, состоящий из нуклеотидов, соединенных 3`-5`- фосфодиэфирными связями. 2. Состав нуклеотидов ДНК подчиняется правилам Чаргаффа : (A+G) = (T+C); число остатков А = Т, G=C. 3. Рентгенограммы волокон ДНК указывают на то, что молекула обладает спиральной структурой и содержит более одной полинуклеотидной цепи. 4. Стабильность структуры за счет водородных связей

4 Макромолекулярная структура ДНК. - правильная правовинтовая спираль, состоящая из 2 полинуклеотидных цепей, которые закручены друг относительно друга вокруг общей оси. - цепи имеют антипараллельную ориентацию - пиримидиновые и пуриновые основания уложены стопкой с интервалом 0,34 нм. - длина витка спирали – 3,40 нм. - стабильность цепи за счет водородных связей - наличие комплементарных пар – основания, которые образуют пары, в которых они сочетаются водородными связями

5 Ген – участок ДНК В первом приближении, ген – это элементарная единица наследственной информации, представляющая собой участок ДНК Один и тот же ген может быть представлен различными вариантами – аллелями Аллели ( аллельные гены ) – это различные варианты существования одного и того же гена ( формы существования генов ) Разным аллелям одного гена соответствуют разные варианты одного и того же белка, одного и того же признака

6 Примеры образования аллелей одного гена А Аллель а 1 мет аминокислоты валглитир Т А Т А Г Ц Г Ц А Т Ц Г А Т А Т Т А антикодоны ДНК кодоны ДНК А А Ц Г Г ЦУГУУУА кодоны мРНК триплеты 2 сер Г Ц ЦА Т А Т ГЦУУ клеймят аминокислоты валаргтир Т А Т А Ц Г Г Ц Г Ц Г Ц А Т Ц Г Ц Г А Т А Т Т А антикодоны ДНК кодоны ДНК А Т ААГЦЦУГУУГУА кодоны мРНК У 1 триплеты стоп мет аминокислоты Т А Т А Ц Г Г Ц Г Ц Г Ц А Т Ц Г Ц Г А Т А Т Т А антикодоны ДНК кодоны ДНК А Т ААГЦЦУГУУГУА кодоны мРНК У 5431 триплеты Т А А Ц Г Г А Т У Ц Г Г Ц Г Г 2 Аллель а 0 (А) Аллель а 2 (нуль– аллель) Г

7

8 ДНК и хромосомы ДНК в клетке редко встречается в чистом виде. Основная часть ДНК входит в состав хроматина и хромосом. Хроматин – это основное вещество интерфазного ядра в период между клеточными делениями. В состав хроматина кроме ДНК входят и другие вещества : РНК, белки ( включая белки - гистоны ), неорганические ионы. При делении клетки ДНК спирализуется, и хроматин преобразуется в хромосомы – структуры, которые при делении клетки обеспечивают правильное распределение ДНК по дочерним клеткам

9 Наследственные болезни заболевания человека, обусловленные повреждением (мутациями) наследственного аппарата (генома) клетки..

10 Классификация НАСЛЕДСТВЕННЫЕ БОЛЕЗНИ ГЕННЫЕ ХРОМОСОМНЫЕ МИТОХОНД- РИАЛЬНЫЕ МОНОГЕННЫЕ ПОЛИГЕННЫЕ

11 Хромосомные болезни Группа болезней, в основе развития которых лежат нарушения числа или структуры хромосом, возникающие в гаметах родителей или на ранних стадиях дробления зиготы (оплодотворенной яйцеклетки). Наследственные болезни

12 Формы анеуплоидий Трисомия - наличие в клетке одной дополнительной хромосомы вместо обычного (диплоидного) хромосомного набора. Известные трисомии аутосом : по 13-й хромосоме - синдром Патау по 18-й хромосоме - синдром Эдвардса; по 21-й хромосоме - синдром Дауна. Наследственные болезни

13 Изменения структуры хромосом Рис. 1. Транслокации между Рис. 2. Делеция 8-й и 11-й хромосомами части длинного плеча 9- хромосомы.

14 Генные болезни Генные болезни - это группа заболеваний, обусловленных мутациями на генном уровне. Общая частота генных болезней в популяциях людей – 2 - 4%. В настоящее время описано более 5 тысяч таких наследственных болезней.

15 Муковисцидо з Заболевание, при котором поражаются экзокринные железы. Причина – мутация в гене CFTR Наследуется по аутосомно-рецессивному типу.

16 Митохондриальные болезни Затрагивают гены митохондрий. Известно около 30 болезней. Синдром Лебера - проявляется быстрым развитием атрофии зрительных нервов, которая ведет к слепоте. Синдром Пирсона - вялость, нарушения со стороны крови, поджелудочной железы.

17 Наследование мт ДНК Наследственные болезни

18 Полигенные болезни Обусловлены взаимодействием определенных комбинаций аллелей разных локусов и внешних факторов. Не наследуются по законам Г. Менделя (мультифакториальные, многофакторные). Полигенно наследуются: некоторые злокачественные новообразования, предрасположенность к ишемической болезни сердца, сахарному диабету, артериальной гипертензии, алкоголизму, атеросклерозу.

19 Геномный полиморфизм – нейтральные вариации в строении генома у разных особей одного вида Мини- и микросателлиты представляют собой тандемные повторы (следующие одно за другим олигонуклеотиды звенья, сходные по первичной структуре). Размер элементарного звена для мини сателлитов – 10 нуклеотидов и более; для микро сателлитов – от 2 до 6 нуклеотидов. Однонуклеотидные полиморфизмы представляют собой точечные замены нуклеотидов. Встречаются в среднем каждые п.н.

20

21 ПОИСК ГЕНОВ СЛОЖНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ Сканирование генома Анализ генов- кандидатов Случайные ДНК- маркеры, перекрывающие весь геном Как минимум ядерные семьи Функциональный подбор ДНК маркеров Выборки как семейные, так и популяционные Успешны только в случае наличия выраженного главного гена заболевания Позволяют выявлять относительно слабые эффекты

22 -хроническое прогрессирующее дегенеративное заболевание центральной нервной системы, клинически проявляющееся нарушением произвольных движений. Выражается в следующих симптомах : Тремор в состоянии покоя Повышенный мышечный тонус Пониженная двигательная активность (брадикинезия) Шаркающая походка Нарушение координации движений после сна

23 В популяции в целом регистрируется 1,5–3,5 случая на 1000 населения в год Риск развития заболевания в течении жизни составляет 1:40 Уровень заболеваемости в зависимости от возраста составляет: В возрасте 55–64 года – 1% популяции В возрасте 65–74 года – 2% популяции Старше 75 лет – 3–4% популяции Michael J. Fox Muhammad Ali Pope John Paul II Katharine Hepburn В России, по разным данным, насчитывается от до больных БП

24 Этиология Болезнь Паркинсона вызывается гибелью дофаминергических нейронов в черной субстанции (substantia nigra), базальных ядрах, покрышке среднего мозга. Когда дегенеративные изменения затрагивают 80% дофаминергических нейронов - начинают появляться симптомы болезни Паркинсона.

25 Генетические причины развития БП

26

27 Болезнь Паркинсона Индивидуальный риск: Риск по популяции: 1.8 Соотношение индивидуального шанса заболеть к популяционному: 0.34 Результаты анализа ДНК

28 Am J Hum Genet Nov;77(5): High-resolution whole-genome association study of Parkinson disease. PMID PMID PMID Hum Genet Oct;124(3): LRRK2 R1628P increases risk of Parkinson's disease: replication evidence. Hum Genet Feb;120(6): The LRRK2 Gly2385Arg variant is associated with Parkinson's disease: genetic and functional evidence. PMID Arch Neurol Jan;62(1):74-8. A rare truncating mutation in ADH1C (G78Stop) shows significant association with Parkinson disease in a large international sample.

29 our html

30 « Митохондриальная Ева » - обязательный атрибут любой группы особей ochondrial.gif

31

32

33

34 МОЙ ГЕН – ЭТНИЧЕСКОЕ ПРОИСХОЖДЕНИЕ

35 Гены, находившиеся под действием положительного отбора в сапиентной линии после отделения от предков неандертальцев RPTN – кодирует белок репетин, экспрессирующийся в коже, потовых железах, сосочках языка, волосяных сумках ; TRPMI – кодирует меластатин, белок, участвующий в пигментации кожи ; THADA – связан с диабетом второго типа, вероятно, важен в энергетическом обмене ; DYRK1A – возможно, связан с синдромом Дауна ; NRG3 – мутации в этом гене сопутствуют шизофрении ; CADPS2, AUTS2 – мутации в этих генах ассоциированы с аутизмом ; RUNX2 – мутации этого гена вызывают задержку формирования костей черепа, деформацию ключиц и грудной клетки, неправильное развитие зубов ; SPAG17 – влияет на работу жгутика сперматозоида.

36

37 Ann Gibbons. A New View Of the Birth of Homo sapiens Science 28 January 2011: vol. 331 no Going back in time. A researcher extracts DNA from a fossil. CREDIT: MAX PLANCK INSTITUTE FOR EVOLUTIONARY ANTHROPOLOGY ПАЛЕОГЕНЕТИКА

38 Основные вехи в развитии палеогенетики неандертальцев (1997 – 2009) Elizabeth Pennisi. Neandertal genomics: Tales of a Prehistoric Human Genome // Science V P. 866–871.

39 Svante Pääbo

40 Денисова пещера

41 Reich D., Green R.E., Kircher M. et al Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia // Nature. V P. 1053– 1060.

42 Leaky replacement