Генетика як наука. Зберігання генетичної інформації в клітинах.

Лекція № 8.

 

Розділ: Спадковість і мінливість.

Тема: Генетика як наука. Зберігання генетичної інформації в клітинах. Передавання генетичної інформації з покоління в покоління.

Мета вивчення:

• розглянути основні поняття генетики;
• ознайомити учнів з основними методами генетичних досліджень.

Література:

1. Біологія і екологія: підруч. для 10 кл. закладів загальної середньої освіти: рівень стандарту/О. А. Андерсон, М. А. Вихренко, А. О. Чернінський. – К.: Школяр, 2018. – 216 с.: іл.

2. Біологія і екологія (рівень стандарту): підруч. для 10 кл. закл. заг. серед. освіти / В. І. Соболь. – Кам’янець-Подільський: Абетка, 2018. – 272 с.: іл.

3. Задорожний К.М. Біологія і екологія (рівень стандарту): підруч. для 10 кл. закл. загал. серед. освіти / К.М. Задорожний. — Харків: Вид-во «Ранок», 2018. — 208 с.: іл.

План

1. Основні поняття та методи генетики.

2. Характеристика генетичної інформації.

3. Організація геному.

4. Гени. Хромосоми і каріотипи.

5. Типи передавання генетичної інформації.

 

Основний зміст

Генетика - наука про закони і механізми спадковості і мінливості.

Спадковість - здатність організмів зберігати й передавати спадкову інформацію наступним поколінням.

Мінливість – здатність організмів набувати різних форм і ознак.

 

Методи генетики.

 гібридологічний метод – схрещування організмів з різними ознаками та аналіз їхнього потомства.

 генеалогічний метод – досліджують ознаки у родичів у ряді поколінь.

 близнюковий метод – порівняння розвитку і ступеню ознак у близнят.

 цитологічний метод – пов’язаний з аналізом набору хромосом, виявляє спадкові захворювання (синдром Дауна).

1. Полімеразна ланцюгова реакція (ПЛР) забезпечує копіювання молекул ДНК лабораторного зразка, щоб мати можливість аналізувати їх іншими методами.

2. Секвенування – процес «читання», визначення нуклеотидної послідовності певних генів. Воно дає можливість виявляти різні варіанти генів, які пов’язані з хворобами – генетичні маркери.

3. Тваринні моделі – аналіз структури ДНК, ідентифікуваня генів, які є подібними в людини і тварин.

4. Методи генетичної інженерії – змінення клітини задля набуття організмами корисних для людини властивостей.

 

Генетична інформація зберігається в структурі молекул ДНК.

Сукупність молекул ДНК, що містяться в одній клітині, називають геномом.

У еукаріотів ДНК міститься в ядрі. Усі ядра мають подібну будову:  поверхневий апарат (оболонку) і внутрішнє середовище (матрикс).

Поверхневий апарат ядра утворюють дві мембрани – зовнішня та внутрішня.

Внутрішній вміст ядра контактує із цитоплазмою крізь отвори – ядерні пори.

Хроматин –  складається з молекул ДНК, сполучених з білками – гістонами. Гістони захищають ДНК від виникнення мутацій.

 

Організація геному. Геном прокаріот складається з однієї кільцевої молекули ДНК. В еукаріотах молекули ДНК зв’язані з білками й утворюють хроматин ядра. Нитки ДНК, формують структури, подібні до намиста. Вони, можуть закручуватися в спіралі. Такий процес називається ущільненням, або конденсацією хроматину. Максимально ущільнений хроматин формує Х – хромосоми (рис. 1).

Рисунок 1. Будова хромосоми.

 

Ген – це ділянка ДНК, де відбувається синтез молекул РНК.

Сукупність генів певного організму називають генотипом.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Властивості генів:

1) кодують структури білків (гени мРНК).

2) кодують РНК (рРНК, тРНК).

Основна частина генів, яку називають кодувальною, містить інформацію про структуру білка (або РНК).

На початку гена розташована послідовність нуклеотидів, яку називають промотором.

Саме з нею зв’язуються білки, які зчитують інформацію.

За кодувальною частиною розташована завершальна ділянка гена, яку називають термінатором.

 

Види генів:

1. Структурні - визначають певну ознаку.

2. Регуляторні - впливають на активність інших генів.

 

Хромосоми і каріотипи.

Сукупність хромосом, які містяться в ядрах клітин, називають каріотипом.

Є організми, клітини яких містять хромосоми з відмінним від інших набором генів – називають гаплоїдними.

Клітини інших організмів мають подвійний набір хромосом. Це означає, що в клітинах містяться пари хромосом, які мають однаковий набір генів. Такі хромосоми називають гомологічними, а клітини з подвійним набором – диплоїдними.

 

Особливості геному та хромосомного набору людини.

Каріотип людини складається з 46 хромосом, які формують 23 пари.

З них 22 пари є аутосомами, а 23-тя статева: жінки мають дві ХХ-хромосоми, натомість у чоловіків є одна Х і одна Y (ХY).

Y-хромосома є коротшою та містить менше генів, ніж Х, а тому вони не є гомологічними.

Порушення хромосомного набору, яке може виникати під час клітинного поділу, часто призводить до загибелі клітини або формування хромосомних захворювань.

 

 

 

Передавання генетичної інформації з покоління в покоління.

Генетична інформація зберігається в клітинах. Для того, щоб гени, могли передатися наступним поколінням, існують процеси її передавання, пов’язані з поділом клітин.

Етапом клітинного циклу є подвоєння наявної в клітині ДНК – реплікація (рис. 2). Вона відбувається перед клітинним поділом.

Реплікація – процес подвоєння ДНК, у якому на основі однієї моле-

кули утворюються дві її копії.

Під час реплікації ферменти розділяють нитки ДНК та добудовують до кожної з них нову, за принципом комплементарності. У результаті формуються дві ідентичні молекули, що будуть у процесі поділу передані до двох дочірніх клітин.

Рисунок 2. Реплікація.

 

Типи передавання генетичної інформації наступним поколінням:

•   простий поділ – у прокаріотів клітина ділиться на дві дочірні, кожна з яких отримує копію материнської молекули ДНК.
•   статеве розмноження – процес з обміном між організмами генетичною інформацією, здійснюється шляхом формування статевих клітин.

У організмів, формування статевих клітин відбувається за участі типу клітинного поділу – мейозу.

Мейоз – тип клітинного поділу, за якого вдвічі зменшується число хромосом (кількість молекул ДНК). Унаслідок мейозу з диплоїдної клітини утворюються гаплоїдні клітини (рис. 3). При мейозі формуються гаплоїдні клітини, а статеві клітини мають половину генетичної інформації, що була в батьківського організму.

Мітоз – тип клітинного поділу, де утворюються дві клітини, що мають ідентичний материнській набір ДНК (а відтак – і генів).

Кросинговер – обміну гомологічними ділянками між парними хромосомами – статеві клітини можуть містити такі комбінації варіантів генів, яких не було в батьків.

 

Рис. 3. Схема передавання ядерної генетичної інформації з покоління до покоління

 

Факти диплоїдних організмів (у тому числі й людини):

• розмноження відбувається за участі статевих клітин (або гамет), які мають одинарний, гаплоїдний набір хромосом (ДНК, а отже й генів);

• розвиток організму наступного покоління починається зі злиття двох гамет (запліднення), унаслідок чого відновлюється диплоїдність клітин;

• організм наступного покоління має два набори генів, кожен з яких походить від одного з батьківських організмів;

• гени, що зберігалися в ядрі, з покоління в покоління переходять невеликою кількістю генів мітохондрій і хлоропластів (у рослин).

 

Питання для самостійної роботи:

1. Що таке генетика?

2. Схарактеризуйте методи генетичних досліджень.

3. Дайте означення понять геном, ген, каріотип.

4. Порівняйте організацію геному прокаріотичної та еукаріотичної клітини.

5. Опишіть структуру гена. Що таке структурні та регуляторні гени?

6. Чому каріотип є одним з критеріїв виду?

7. У чому особливість геному та хромосомного набору людини.

8. Дайте означення понять реплікація, мейоз.

9. Поясніть біологічне значення гаплоїдного набору хромосом статевих клітин.

10. Як формується генотип наступного покоління?

11. Чому дочірній організм має гени, що притаманні обом батьківським організмам?