Гени та геноми. Будова генів та основні компоненти геномів про- і еукаріот.

Гени та геноми. Будова генів та основні компоненти геномів про- і еукаріот

Усім організмам притаманна універсальна властивість - спадковість, тобто здатність передавати свої ознаки та особливості індивідуального розвитку нащадкам. Одиницею спадковості всіх організмів є ген - ділянка молекули ДНК. Він кодує спадкову інформацію про структуру певного білка, нуклеїнової кислоти або виконує регуляторні функції. Вільгельм Людвіг Йогансен (1857-1927). Ввів такі основоположні поняття в біології, як «ген», «генотип», «фенотип», «популяція»

Ген - цілісна одиниця спадковості, бо будь-які порушення його будови змінюють закодовану в ньому інформацію або призводять до її втрати. Розміри окремих генів можуть бути різними - від декількох десятків пар до десятків тисяч пар нуклеотидів.

Види генів. Гени прокаріотів та еукаріотів, які кодують структуру інших молекул, називають структурними. Гени, які кодують особливі білки, що регулюють активність біохімічних процесів (активують або пригнічують) у клітині, називають регуляторними. Значення регуляторних генів полягає втому, що, регулюючи біохімічні процеси в клітині, вони забезпечують пристосування до змін у середовищі, що її оточує.

Структура генів. Гени еукаріотів мають мозаїчну будову: є ділянки генів, які кодують спадкову інформацію, і ділянки, які її не кодують. Ділянки гена, які кодують спадкову інформацію, називають екзонами, а ті, що не кодують, - інтронами. Кількість інтронів усередині генів різна: у гені гемоглобіну - 2, яєчного білка - 7, білка-колагену курки - 51.

Фрагмент ланцюга молекули ДНК містить 1100 нуклеотидів , з них 100, 120, і 130 нуклеотидів утворюють інтронні ділянки. Визначте, скільки амінокислот кодує цей фрагмент.

Фрагмент ланцюга молекули ДНК містить 2300 нуклеотидів , з них 400, 150, і 250 нуклеотидів утворюють інтронні ділянки. Визначте, скільки амінокислот кодує цей фрагмент.

Молекули ДНК, взаємодіючи з білками ядра, входять до складу хромосом (винятком є молекули ДНК, що містяться у мітохондріях і хлоропластах). Набір розташованих у ядрі хромосом називають каріотипом. Кожен ген займає певне положення в хромосомі - локус. У послідовності нуклеотидів молекул ДНК записано спадкову інформацію про всі особливості клітини та організму.

Гени розташовані у хромосомі по її довжині у лінійному порядку: один за одним. При цьому вони не перекриваються, тобто не накладаються один на одного. Сукупність молекул ДНК, притаманних гаплоїдному набору хромосом, називають геномом. Сукупність генетичної інформації, закодованої в генах окремої диплоїдної чи поліплоїдної клітини або цілого організму, - генотипом.

У гомологічних хромосомах одні й ті самі гени займають ідентичні локуси. Вони кодують певні ознаки, припустімо форму плодів помідорів. Але плоди помідорів бувають кулястими, плоскими, сливоподібними, грушоподібними чи овальними Це тому, що певний ген може перебувати в різних варіантах. Такі різні варіанти одного гена називають алелями, а самі гени - алельними. Алельні гени розташовані в одному й тому самому локусі в гомологічних хромосомах.

У диплоїдного організму (2n) може бути або два однакових алеля певного гена, або різні. Різні алелі певного гена можуть по-різному впливати один на одного. Здебільшого один з алелів пригнічує прояв іншого. У цьому разі проявляється варіант ознаки, який визначається лише одним з двох різних алелів, інший варіант наче зникає. Рідше один з алельних генів лише частково пригнічує прояв іншого або ж не пригнічує взагалі. Це домінантний та рецесивний алеліДомінантна ознака. Рецесивна ознака

Гетерозиготна жінка вийшла заміж за гетерозиготного кароокого чоловіка. Який колір очей можливий у їхніх дітей?

Який колір квітів буде у гібридів першого покоління білих та рожевих троянд по генотипу та по фенотипу, якщо білий колір - рецесивна ознака? (Схрещували гомозиготні особини).

Якого кольору будуть троянди, одержані при схрещуванні двох гетерозиготних рослин рожевого кольору?

У людини ген карого ока домінує над блакитним. Кароока жінка вийшла заміж за блакитноокого чоловіка. Який колір очей можливий у їхніх дітей? (Схрещування гомозигот)

У людини карі очі — домінантнаознака, блакитні — рецесивна. Блакитноокий чоловік,батьки якого мали карі очі, одружився з кароокоюжінкою, у батька якої очі були блакитні, а в матері —карі. Які очі можуть бути у їхніх дітей? Визначтегенотипи всіх згаданих у задачі осіб.

Яка кількість генів у геномі різних організмів?Дослідження різних представників прокаріотів та еукаріотів показали, що кількість генів у них значно коливається. ДНК кишкової палички, наприклад, складається з 4,6 млн пар нуклеотидів, кількість структурних генів - приблизно 4100, ще близько 120 генів кодують молекули РНК. Крім того, вона містить велику кількість регуляторних генів, що впливають  на активність структурних. Середній розмір гена бактерій - близько 950 пар нуклеотидів.

У геномі людини близько 20 000-25 000 структурних генів (у птахів - до 30 000), ще понад 8000 генів кодують різноманітні молекули РНК (т. РНК, р. РНК тощо). Кількість ДНК у ядрі перевищує потрібну для кодування всіх структурних генів у 8-10 разів. Причини цього явища різні. По-перше, ДНК, розташована в ядрі еукаріотів, містить багато послідовностей, кожна з яких повторюється до сотень тисяч разів. По-друге, значна частина ДНК взагалі не несе генетичної інформації (некодуючі ділянки). Це, наприклад, послідовності нуклеотидів, які розділяють сусідні гени.

З підвищенням рівня еволюційного розвитку розмір геному еукаріотів зростає переважно за рахунок саме некодуючих послідовностей. Так, гаплоїдний хромосомний набір нематоди містить близько 100 млн пар нуклеотидів, дрозофіли - 130 млн, курки - близько 1 млрд, ссавців (і в людини також) - приблизно 3,3 млрд пар нуклеотидів. Між видами, що належать до близьких систематичних груп, спостерігають високий ступінь подібності геномних нуклеотидних послідовностей. Так, геноми людини та миші однакові на 80 %, людини та шимпанзе - майже на 99 %

Отже, пригадаємо головне: Клітини кожного виду еукаріотів мають свій особливий набір хромосом - каріотип. Сукупність генетичної інформації, закодованої в усіх генах певної клітини або цілісного організму, має назву «генотип». Сукупність молекул ДНК, притаманних гаплоїдному набору хромосом, називають «геномом»Гени поділяють на структурні (кодують структуру білків і РНК) та регуляторні (впливають на активність структурних генів і беруть участь у процесах подвоєння ДНК і переписування спадкової інформації на молекули РНК). Структурні гени складаються з окремих блоків. Одні з них - екзони - копіюються в м. РНК і несуть інформацію про структуру певних спонук, інші - інтрони - ні. З підвищенням рівня організації складність організації геному зазвичай підвищується.

Дайте відповіді на запитання:1. Що таке спадковість?2. Що таке ген і генотип?3. Які є типи генів?4. Яка будова структурних генів еукаріотів?5. Поясніть сутність поняття «ознака» та її варіанти.6. Які гени називають алельними?