ГМ-22 біологія і екологія 19.01.23

 19.01.2023

Комбіноване заняття (2 год.)

Тема 3.1. Основні поняття генетики. Організація спадкового матеріалу еукаріотичної клітини та його реалізація

 

Опрацювати: Біологія 10 клас (за посиланням «Підручники»), §§33, 38, 39,

с.129-132, 148-156.

Виконати (письмово):

1. Скласти словник генетичних термінів.

2. Виписати генетичні символи. 

 

План заняття.

1. Основні поняття генетики.

2. Гени структурні та регуляторні.

3. Особливості організації спадкової інформації в еукаріотичній клітині.

4. Реалізація генетичної інформації.

5. Регуляція активності генів в еукаріотичній клітині.

1. Основні поняття генетики

Генетика (від грец. geneticos – походження) – наука про закономірності спадковості та мінливості організмів.

Спадковість – здатність живих організмів передавати свої ознаки й особливості індивідуального розвитку нащадкам. Розрізняють два види

спадковості: ядерну й цитоплазматичну. Носієм спадковості є молекула ДНК (у деяких вірусів РНК). ДНК в комплексі з гістоновими білками утворює хромосоми.

Мінливість – здатність живих організмів набувати нових ознак і їхніх станів у процесі індивідуального розвитку. Забезпечує пристосованість організмів до умов середовища (неспадкова мінливість) та появу ознак, завдяки чому утворюються нові види і відбувається історичний розвиток живого (спадкова мінливість).

Ген – ділянка молекули нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК), що кодує інформацію про білок або РНК та визначає ознаки організмів.

Геном – сукупність всієї генетичної інформації (ДНК) організму (гаплоїдного набору), хромосомної і позахромосомної. Вимірюється в парах нуклеотидів.

Локус - місце гена на хромосомі.

Гомологічні хромосоми – парні хромосоми, що подібні за розмірами, будовою і розташуванням генів. Містяться в соматичних клітинах і попередниках статевих клітин (овогоніях і сперматогоніях).

Гамети - зрілі статеві клітини (яйцеклітини і сперматозоїди) містять гаплоїдний набір хромосом (по одній з кожної пари).

Алелі –стани одного гена, що визначають різні прояви ознаки (наприклад, жовте й зелене забарвлення гороху) й розташовані в однакових ділянках (локусах) гомологічних хромосом. Одна з гомологічних хромосом несе алель від материнського організму, а друга – від батьківського.

Алельні гени можуть бути домінантними (позначають великими літерами латинської абетки: А, B, C, …) і рецесивними (позначають малими

літерами латинської абетки: а, b, c, …).

Алель, який проявляється в присутності іншого алеля, – домінантний, а алель, ознака якого пригнічується, – рецесивний.

Гомозигота – це клітина (особина), гомологічні хромосоми якої несуть однакові алелі певного гена (позначають АА або аа).

Гетерозигота – це клітина (особина), гомологічні хромосоми якої несуть різні алелі певного гена (позначають Аа).

Генотип – сукупність усіх генів організму, що одержані від батьків.

Фенотип – сукупність ознак і властивостей організму.

Фен – окремий варіант (прояв) певної ознаки, що визначається генотипом й умовами середовища.

2. Гени структурні та регуляторні

За функціональним значенням гени поділяють на структурні й регуляторні.

Структурні гени кодують білок або РНК, а регуляторні визначають початок, швидкість й послідовність процесів синтезу РНК на матриці ДНК. Розміри регуляторних генів, як правило, незначні – кілька десятків пар нуклеотидів, структурних – сотні й тисячі нуклеотидів.

За функціональним продуктом експресії виокремлюють білкові гени і

РНК-гени. Білкові гени містять інформацію про первинну структуру білка, для біосинтезу якого на основі цих генів утворюються іРНК(або матричні мРНК). РНК-гени кодують велику кількість різних видів РНК, які не піддаються трансляції. Це транспортні РНК (тРНК), рибосомні РНК (рРНК), малі ядерні РНК (мяРНК), мікро-РНК (мкРНК).

За активністю розрізняють конститутивні й неконститутивні гени. Конститутивні гени – це гени, що є постійно активними, через те що білки, які ними кодуються, необхідні для постійної клітинної діяльності.

Неконститутивні гени – це гени, які стають активними лише тоді, коли білок, який вони кодують, потрібний клітині.

3. Особливості організації спадкової інформації в еукаріотичній клітині.

1. Наявність в ядрі білків-гістонів, які забезпечують щільне пакування ДНК у хромосоми.

2. Структурні гени еукаріотів мають ділянки, що кодують спадкову інформацію, – екзони, і ділянки, що її не кодують, – інтрони. Під час сплайсингу інтрони вирізаються із іРНК, а екзони зшиваються у безперервну кодуючу послідовність нуклеотидів.

3. Розмір геному еукаріотичних клітин набагато більший, ніж прокаріотичних, і набагато більший, ніж треба для кодування усіх білків організму. Так, геном кишкової палички налічує 4,6 млн, геном дрозофіли – 130 млн, а геном людини – 3,2 млрд пар нуклеотидів. При цьому, кодуюча частина геному людини складає всього 2-5% від його загальної ємності.

4. В еукаріотичному геномі є унікальні послідовності (представлені однією-двома копіями) й повторювані послідовності (представлені декількома або багатьма копіями).

 

4. Реалізація генетичної інформації.

Експресія гена – процес реалізації спадкової інформації гена, результатом якого є синтез функціонального продукту – молекули білка або РНК.

 

Відбувається за схемою:

                транскрипція (в ядрі)                       трансляція(в цитоплазмі)

ДНК--------------------------------------® РНК ---------------------------------® білок

        ДНК-залежна-РНК-полімераза                          на рибосомах

 

Біосинтез РНК називається транскрипцією. Біосинтез поліпептида (білка) – трансляцією.

Внаслідок транскрипції еукаріотичного гена утворюється попередник (про-іРНК). Дозрівання про-іРНК і утворення зрілої іРНК носить назву процесингу. Одним із етапів процесингу є сплайсинг - вирізання інтронів і зшивання екзонів.

5. Регуляція активності генів в еукаріотичній клітині.

Клітина живе в змінних умовах середовища і має реагувати на ці впливи змінами своїх біохімічних процесів. Це можливо завдяки регуляції активності генів.

Регуляція активності генів – це складна сукупність молекулярних механізмів, які «вмикають» або «вимикають» гени у відповідь на зміну зовнішніх умов.

Існує навіть наука про такі механізми – епігенетика. Якщо генетика вивчає процеси, що ведуть до змін у генах організмів, то епігенетика досліджує зміни активності генів, за яких структура ДНК залишається незмінною. Епігенетика вивчає процеси, що активують або пригнічують активність генів у відповідь на приймання їжі, фізичне навантаження, стрес тощо.

Хоча в усіх клітинах містяться однакові гени, їхня експресія відбувається неоднаково. Регуляція активності генів здійснюється на всіх етапах експресії як за допомогою внутрішніх чинників (гормони, білки-репресори, білки-індуктори, білки хроматину, маленькі ядерні РНК), так

і за допомогою зовнішніх (температура, випромінювання, антибіотики, токсини). Таким чином, експресія еукаріотичних генів активно регулюється і є основою росту, розвитку й диференціації клітин та їхньої адаптації до умов навколишнього середовища.