Перестройки генома в онтогенезе
презентация к уроку по биологии (10 класс)

Слайд 1

Слайд 2

План Перестройки генома у прокариот Перестройки генома у эукариот Иммуноглобулиновые гены у млекопитающих Незапрограммированные перестройки генома

Слайд 3

Строение прокариот

Слайд 4

Перестройка генома у прокариот Геном прокариот проще, т.к. у них меньше генов У прокариот нет некоторых этапов онтогенеза: эмбриогенеза и дифференцировки Вывод: регуляция деятельности генов значительно проще ,чем у эукариот. Однако, у бактерий при образовании спор в неблагоприятных условиях- происходят сложные перестройки геном

Слайд 5

У бактерий в геноме присутствуют гены, ненужные в нормальных условиях, но необходимые для образование спор. Эти гены в обычных условиях «разорваны» — в них вставлены участки ДНК длиной в несколько десятков тысяч пар оснований, в результате чего эти гены работать не могут. Когда возникает необходимость, внутренние участки с точностью до одного нуклеотида вырезают специальным ферментом и происходит восстановление рамки считывания гена.

Слайд 6

Например, ген фермента нитрогеназы у азотфиксирующих цианобактерий. Этот фермент восстанавливает атмосферный азот до аммиака. Но кислород для него является ядом, поэтому фиксация азота происходит специальными толстостенными клетками, куда кислород не проникает. Ген нитрогеназы восстанавливается и может транскрибироваться только в этих специализированных клетках путем вырезания участков ДНК.

Слайд 7

Восстановление рамки считывания в геноме цианобактерии с помощью вырезания участков ДНК

Слайд 8

Перестройка генома у эукариот Геномные перестройки, значительно более сложные, чем у прокариот: дифференцированные клетки используют только небольшую часть генетической информации, содержащейся в ДНК. Остальная часть генома оказывается «лишней». Во многих случаях эта «лишняя» ДНК просто удаляется из клетки — происходит перестройка генома.

Слайд 9

Перестройка генома у эукариот у некоторых червей и членистоногих генетический материал полностью сохраняется только в генеративных клетках. у лошадиной аскариды, например, в ходе эмбрионального развития происходит удаление части ДНК.

Слайд 10

У человеческой аскариды зигота и клетки –предшественники половых, имеют всего две крупные хромосомы. В ходе дробления в бластомере зародыша эти огромные хромосомы распадаются на множество фрагментов. Оставшиеся фрагменты становятся самостоятельными маленькими хромосомами. В результате в соматических клетках остается всего около 15%генетического материала, который содержит все гены ,необходимые для нормального развития и функционирования. В тех клетках, из которых будут развиваться гаметы, остаются две большие хромосомы с полной генетической информацией.

Слайд 11

Удаление части ДНК во время дробления зародыша лошадиной аскариды: А — стадия двух бластомеров; Б — стадия четырех бластомеров. 1 — клетки — предшественники половых клеток; 2 — клетки — предшественники соматических клеток; 3 —удаляемая ДНК

Слайд 12

Перестройки у инфузорий туфелек У одноклеточных двухядерных эукариот-инфузорий на соматические и генеративные дифференцируются не клетки, а ядра, причем в соматическом ядре удаляется большая часть ДНК –до 95%.

Слайд 13

Микронуклеус содержит полный геном, с его генов почти не считываются м-РНК и, следовательно, его гены не экспрессируются. При созревании макронуклеуса происходят сложные перестройки генома, именно с генов, содержащихся в этом ядре, считываются почти все м-РНК; следовательно, именно макронуклеус «управляет » синтезом всех белков в клетке. Туфелька с удаленным или разрушенным микронуклеусом может жить и размножаться бесполым путем, однако теряет способность к половому размножению. При половом размножении макронуклеус разрушается, а затем заново восстанавливается из диплоидного зачатка .

Слайд 14

Удаление ДНК иногда происходит и у млекопитающих, хотя и в меньших масштабах. Например, при дифференцировке кроветворных клеток в эритроциты из них полностью удаляется ядро вместе с ДНК. Тромбоциты также не содержат ДНК. Нет ядра и в клетках, из которых состоит хрусталик глаза.

Слайд 16

Перестройки генома могут быть использованы клетками не только для необратимого выключения части генома, но и, наоборот, для включения генов.

Слайд 17

Наиболее сложные изменения генома происходят у млекопитающих при формировании механизмов иммунитета (образование антител).

Слайд 18

Молекула каждого иммуноглобулина состоит из двух легких и двух тяжелых полипептидных цепей . Каждая из этих четырех цепей состоит из двух участков- неизменяемого ,одинакового у всех молеукул,и вариабельного ,изменяемого, различающегося у разных антител.

Слайд 19

Как можно закодировать такое большое разнообразие? Гены иммуноглобулинов имеют прерывистую структуру ,отдельные участки лежат на некотором расстоянии друг от друга. Вариабельная часть кодируется 2или 3 типами последовательностей, каждая из которых состоит из нескольких блоков, которые отличаются друг от друга.

Слайд 20

Строение молекулы иммуноглобулина: / — неизменяемая часть молекулы; 2 — вариабельная часть молекулы; 3 — тяжелая цепь; 4 — легкая цепь; 5 — участок связывания антигена (активный центр)

Слайд 21

Вариабельные участки иммуноглобулина образуют активный центр антитела, который взаимодействует с антигеном. Поэтому пространственная структура активного центра создает необычайное разнообразие антител, которое может достигать нескольких миллионов. Геном же млекопитающих содержит всего несколько десятков тысяч генов.

Слайд 22

Образование разнообразия антител с помощью перестроек ДНК при созревании лимфоцитов

Слайд 23

В период эмбрионального развития организма при размножении клеток—предшественниц лимфоцитов происходит выборочная репликация этих генов, при которой пропускаются некоторые из блоков. В результате получаются клетки, отличающиеся друг от друга набором блоков, кодирующих легкие и тяжелые цепи иммуноглобулинов. Для каждой из цепей возможно более тысячи вариантов сочетания блоков. Поскольку гены для легкой и тяжелой цепей реплицируются независимо друг от друга, число сочетаний блоков в одной молекуле превышает несколько миллионов.

Слайд 24

Мутационный процесс создает дополнительный источник разнообразия структуры антител. Лимфоцит с уже готовыми собранными генами может синтезировать несколько различных антител . Поэтому для каждого поступающего в организм антигена находится лимфоцит, синтезирующий подходящее антитело, даже если организм с ним ранее не встречался.

Слайд 25

Незапрограммированные перестройки генома. К таким перестройкам относят перемещения мобильных генетических элементов (МГЭ). Б. Мак Клинток -лауреат Нобелевской премии , в результате генетических исследований кукурузы обнаружила возможность перемещения некоторых участков хромосом с одной хромосомы на другую. При этом изменялось функционирование генов, расположенных рядом с перемещенным участком. Установлено, что перемещаться могут не любые участки хромосом, а имеющие определенную структуру . Мобильные генетические элементы обнаружены у всех живых организмов. У эукариот они могут составлять до 10% всего генома клетки.

Слайд 26

Хотя мобильные элементы в целом являются «генетическими паразитами», вызывая мутации в генетическом материале организма хозяина и понижая его приспособленность за счёт траты энергии на репликацию и синтез белков паразита, но они являются важным механизмом изменчивости и обмена генетическим материалом между организмами одного вида и разными видами.

Слайд 27

Вопросы Что такое запрограммированные и незапрограммированные перестройки генома? Почему любой организм может ответить синтезом антител на попадание в него любого антигена? Для чего сохраняются две большие хромосомы в зародышевых клетках аскариды, если в них нет генов, нужных для развития и функционирования организма?

Слайд 28

Домашнее задание. Учить &43 , ответитьна вопросы в конце параграфа.

Слайд 29

http://ru.wikipedia.org/wiki/%C8%ED%F4%F3%E7%EE%F0%E8%FF-%F2%F3%F4%E5%EB%FC%EA%E0 http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%BD%D1%83%D0%BA%D0%BB%D0%B5%D1%83%D1%81 http://medkarta.com/?cat=article&id=26091 http://ru.wikipedia.org/wiki/%CC%EE%ED%EE%EA%EB%EE%ED%E0%EB%FC%ED%FB%E5_%E0%ED%F2%E8%F2%E5%EB%E0 http://images.yandex.ru/yandsearch?text=%D1%80%D0%B0%D0%B7%D0%BD%D1%8B%D0%B5%20%D0%B0%D0%BD%D1%82%D0%B8%D1%82%D0%B5%D0%BB%D0%B0%20%D0%B2%20%D0%BA%D0%B0%D1%80%D1%82%D0%B8%D0%BD%D0%BA%D0%B0%D1%85&stype=image&lr=11230&noreask=1&source=wizhttp://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BB%D1%8C%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%B3%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5_%D1%8D%D0%BB%D0%B5%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D1%82%D1%8B

Слайд 30

Спасибо за внимание!