АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Раздел 3 Психогенетика и развитие. Генотип и среда в индивидуальном развитии. Психогенетические исследования нормальной вариативности.

Молекулярные основы консервативности наследственности
Для того чтобы закономерности наследования выполнялись, материальная основа наследственности должна иметь следующие особенности. Она должна точно удваиваться и давать множество разных форм, обеспечивая наследственное разнообразие. В 1953 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик установили, что носителями генетической информации являются молекулы нуклеиновых кислот - дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), образующие с комплексом белков хромосомы, и рибонуклеиновой кислоты (РНК)
Молекула ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) представляет собой полимер, состоящий из остатка фосфорной кислоты, сахара дезоксирибозы и гетероциклических оснований: аденина, гуанина, тимина, цитозина. ДНК - это цепь нуклеотидов. Каждый нуклеотид состоит из азотистого основания, сахара дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты. Между собой нуклеотиды соединены химической связью с остатками фосфорной кислоты. Все нуклеотиды имеют одинаковый сахар и остаток фосфорной кислоты. Две цепи ДНК соединены слабыми водородными связями между азотистыми основаниями. Пары оснований соединяются между собой по так называемому принципу комплементарности. Аденин (А) всегда соединяется с тимином (Т), а гуанин (Г) с цитозином (Ц). Двойные цепи ДНК закручены в спираль, которая ограничена с двух сторон дезоксирибозой и фосфатными группами. В результате в это пространство могут поместиться только пары А-Т и Г-Ц, поскольку по своим размерам аденин и гуанин значительно больше тимина и цитозина. Следовательно, в это пространство могут поместиться только сочетания оснований с большим и малым размерами. Другой причиной комплементарности является химическое строение азотистых оснований.
Знание молекулярных механизмов наследственности важно для понимания того, как наследственные факторы влияют на психику человека. Сами наследственные факторы не детерминируют поведение, а определяют последовательность аминокислот в белках. Между наследственными факторами и психическими характеристиками имеются многочисленные контакты, происходящие на разных уровнях формирования организма. Раскрытие причинно-следственных взаимоотношений между ними потребует больших усилий и много времени.
Вследствие комплементарности двух нитей ДНК возможно точное воспроизведение молекул ДНК. При репликации - процессе самовоспроизведения молекул ДНК - водородные связи между комплементарными нитями ДНК разрушаются, и для каждой из исходных нитей ДНК строится новая комплементарная нить. Существует образ такого процесса как застежка-молния, которая многократно расстегивается и застегивается без повреждения.
РНК - рибонуклеиновые кислоты - представляют собой полимеры, состоящие из остатка фосфорной кислоты, сахара рибозы, гетероциклических оснований: аденина, гуанина, урацила, цитозина. Имеется несколько видов РНК, которые имеют разную структуру и выполняют разные функции. Матричная (информационная) РНК (м-РНК) - молекула рибонуклеиновой кислоты, содержащая информацию о последовательности аминокислот в белке, обеспечивает переписывание (транскрипцию) генетической информации с молекулы ДНК. Образно можно сказать, что ДНК-это чертеж, РНК-копия чертежа, которая используется в производстве. Транспортная РНК участвует в трансляции (переводе) последовательности нуклеотидов в м-РНК в последовательность аминокислот в белковой цепи. Биосинтез белка осуществляется органоидами белка - рибосомами, в которых имеются рибосомальная РНК.
При синтезе молекулы м-РНК одна из нитей ДНК служит матрицей для построения комплементарной к ней молекуле РНК. Молекулы м-РНК являются одноцепочечными и после окончания транскрипции они из ядра клетки выходят в цитоплазму и соединяются с рибосомами, образуя "фабрику" по синтезу белка.
Белковая молекула представляет собой цепочку аминокислот, соединенных между собой пептидной связью. Всего имеется 20 аминокислот, из которых образуются все белки в организме. Синтез белков происходит со скоростью примерно 100 аминокислот в секунду. Последовательность нуклеотидов в ДНК определяет последовательность нуклеотидов в м-РНК, что, в свою очередь, определяет последовательность аминокислот в белке. Информация о строении белка - это информация, которая передается потомкам из поколения в поколение. Кодирование последовательности аминокислот последовательностью нуклеотидов и является кодированием наследственной информации.
При расшифровке генетического кода решается вопрос, как сочетание четырех азотистых оснований кодирует последовательность из 20 аминокислот в белке. Если бы одно основание соответствовало одной аминокислоте, то белки состояли только из четырех аминокислот. Если бы два основания определяли положение аминокислоты в белке, то можно было бы кодировать только 16 аминокислот. Было установлено, что сочетание из трех оснований обеспечивает включение всех 20 аминокислот в состав белка. В этом случае число возможных сочетаний из трех оснований (триплетов) равно 64. Поскольку число аминокислот меньше числа возможных триплетов, то некоторые аминокислоты кодируются несколькими триплетами. Это явление получило название вырожденности генетического кода. Некоторые триплеты, так называемые нонсенс-кодоны (УАГ, УАА, УГА), служат сигналами прекращения синтеза белка.
В процессе трансляции - синтезе белка из аминокислот, нуклеотидная последовательность м-РНК служит матрицей, с которой считываются триплеты, определяющие последовательность аминокислот. Синтез белка происходит при перемещении рибосомы по цепочке м-РНК. Доставку аминокислот к комплексу рибосома - м-РНК выполняют транспортные РНК (т-РНК). Для каждой аминокислоты имеется своя т-РНК, на одном конце которой находятся 3 неспаренных основания (антикодон), с помощью которого т-РНК выстраиваются в цепочку, параллельную м-РНК, а к другому концу т-РНК присоединена аминокислота. В результате последовательного перемещения рибосомы по м-РНК растет синтезируемая цепь белка.
Все указанные процессы осуществляются при участии ферментов - белковых катализаторов. Определяющими в консерватизме
наследственности являются точность воспроизведения молекул ДНК при репликации, точность синтеза м-РНК при транскрипции и высокая точность трансляции в синтезе белка.
В последние десятилетия под геном понимали участок ДНК, кодирующий белковую цепочку или определяющий функциональную молекулу РНК. В настоящее время различают структурные гены, которые кодируют белки или РНК, и регуляторные гены, которые регулируют активность структурных генов, определяя их "включение" и "выключение". В последнее время обнаружены участки повторяющихся нуклеотидных последовательностей, функции которых мало изучены, обнаружены мигрирующие нуклеотидные последовательности (мобильные гены). Все это вызывает ряд трудностей, связанных с определением границ гена в молекуле ДНК. Кроме того, структура гена имеет прерывистый характер. В нем выделяют экзоны - участки гена, в которых закодирована информация для синтеза белка, они копируются в м-РНК, и интроны - участки, которые не содержат информации для синтеза белка, они участвуют в транскрипции. Вначале ген копируется полностью в пре-м-РНК, а затем интроны вырезаются (процессинг), образуя зрелую м-РНК, которая используется в трансляции при синтезе белка, и соединяются (сплайсинг). Рассмотренные выше процессы синтеза белка представлены на рис. 4.
Значительные успехи в области молекулярно-генетического исследования психики человека стали возможны благодаря появлению в 70-х гг. такого экспериментального инструмента, как рестрикционные эндонуклеазы. Специальные ферменты обладают способностью вступать в реакцию с определенными участками (сайтами) в ДНК, которые называются сайты узнавания; и разрезать двухцепочечную молекулу ДНК так, что одна из цепей ДНК оказывается на несколько нуклеотидов длиннее другой. Эти нуклеотиды, называемые также "липкими концами", могут спариваться с комплементарными им нуклеотидами. Вследствие этого ДНК разных организмов могут объединяться, образуя так называемые рекомбинантные молекулы. Это свойство используют для размножения (амплификации) специфической, интересующей исследователя ДНК.
В практическом аспекте важно то, что гены, контролирующие образование определенных белков, можно вводить в бактерии (клонировать гены) и быстро амплифицировать. Этот подход основан на том, что в бактерии кроме своей кольцевой хромосомы, часто имеются дополнительные маленькие кольцевые молекулы двухцепочечной ДНК, называемые плазмиды, которые воспроизводятся автономно. Плазмиды можно выделить и расщепить определенной рестриктазой так, чтобы получить молекулу ДНК с "липкими концами". Затем фрагменты ДНК человека с "липкими концами", полученной после расщепления такой же рестриктазой, можно сшить с плазмидной ДНК, используя для этого другой фермент - лигазу. Полученные таким образом плазмиды вводят в бактерии, где они размножаются. В настоящее время рестриктазы используются также для идентификации генов. Для этого разрезанные рестриктазой фрагменты ДНК идентифицируют с помощью библиотеки ДНК-зондов, которые представляют собой уникальные нуклеотидные последовательности активно работающих генов или их частей. Часто для определенной последовательности ДНК обнаруживается полиморфизм длины рестриктных фрагментов (ПДРФ), что является результатом различий в сайтах рестрикции у разных индивидов. В таких случаях ПДРФ можно использовать для установления местоположения изучаемых генов в хромосомах при изучении сцепления генов в семьях. Количество локализованных генов в определенных районах хромосом человека при
анализе их сцепления с полиморфными участками ДНК постоянно увеличивается. Технологические приемы молекулярной генетики позволяют также определить последовательность нуклеотидов в ДНК, то есть секвенировать ДНК. Для этого молекулуДНК расщепляют с помощью рестриктазы на фрагменты. Затем определяют последовательность нуклеотидов во фрагментах и определяют с помощью специальных процедур очередность фрагментов в целой молекуле.
Таким образом, на основании данных о последовательности нуклеотидов и генетического кода можно определить последовательность аминокислот в полипептидной цепи (рис.5), то есть определить белок, который контролирует данный ген. В психогенетике, когда, как правило, неизвестны биохимические механизмы, вовлеченные в формирование психических свойств, технологии молекулярной генетики позволяют обнаружить такие гены и, следовательно, внести существенный вклад в раскрытие механизмов наследования психических свойств

Дата добавления: 2015-09-27 | Просмотры: 743 | Нарушение авторских прав