Презентація - "Збереження та реалізація спадкової інформації"

Збереження та реалізація спадкової інформаціїБіологія 9 НМТ 2026

Гени. Геном. Ген — це ділянка молекули ДНК, що містить інформацію про первинну структуру молекули білка або РНК і визначає можливість розвитку ознаки.Історія вивчення гена:у 1865 р. Грегор Мендель довів існування спадкових «задатків»;термін «ген» було запропоновано у 1909 році датським ученим Вільгельмом Людвігом Йогансеном;у першій половині ХХ століття Томас Морган установив, що гени лінійно розташовані у хромосомах ядра;у 1953 р. Джеймс Уотсон і Френсіс Крік відкрили просторову структуру ДНК.

Геном — сукупність спадкового матеріалу у клітинах організму певного виду. Термін «геном» був запропонований Гансом Вінклером у 1920 році для опису сукупності генів. Основні положення сучасної теорії гена:кожен ген займає певне положення у хромосомі — локус. Ген — частина молекули ДНК, яка має певну послідовність нуклеотидів і є функціональною одиницею спадкової інформації. Кількість нуклеотидів, які входять до складу різних генів є різною. Гени розташовані у хромосомі по її довжині у лінійному порядку: один за одним. При цьому вони не перекриваються. Всередині гена можуть відбуватися рекомбінації (перерозподіл генетичного матеріалу) і мутації (зміни генетичного матеріалу).Існують структурні гени — які кодують синтез білків і регуляторні — які контролюють і спрямовують діяльність структурних генів. Ген не бере безпосередньої участі в синтезі білка, він є матрицею для утворення посередників — різних молекул РНК, які безпосередньо беруть участь у синтезі. Розташування триплетів із нуклеотидів у структурних генах є відповідним (колінеарним) до амінокислот у поліпептидному ланцюгу, який кодується даним геном. Молекули ДНК здатні до репарації (виправлення ушкоджень ДНК), тому не всі пошкодження гена призводять до мутації. Генотип складається з окремих генів, але функціонує як єдине ціле. На функцію генів впливають чинники як внутрішнього, так і зовнішнього середовища.

Особливості геномів про- та еукаріотів. Гени прокаріотів. Гени прокаріотичних клітин мають відносно просту структуру. Найчастіше кожен із цих генів містить інформацію тільки про одну структуру — молекулу білка або РНК. У прокаріотів генетичний матеріал має оперонну організацію. Концепцію оперона запропонували у 1961 році французьки вчені Франсуа Жакоб і Жак Моно, за що у 1965 році отримали Нобелівську премію. Оперон — функціональна одиниця організації геному прокаріотів. Оперон — структура, яка складається з кількох структурних генів. Він дозволяє прокаріотам за один раз відразу синтезувати продукти кількох генів. Структурні гени в опероні розташовані поряд і мають на всіх один спільний промотор, один спільний термінатор і один спільний оператор, який регулює його роботу.

Будова генів еукаріотів. На відміну від генів прокаріотів, гени еукаріотичних клітин не утворюють оперонів. Гени еукаріотів мають мозаїчну будову:на початку гена містяться нуклеотиди, які називаються промотором — з ними зв'язуються білки, які зчитують інформацію;регуляторна ділянка може прискорювати або сповільнювати синтез продукту гена;основною частиною гена є кодувальна, вона містить ділянки генів, які кодують спадкову інформацію — екзони, і ділянки, які її не кодують — інтрони;завершальна ділянка гена називається термінатором.

Хромосоми, їхня функція та будова. Гени. Геном. Хромосоми (від грец. хроматос — забарвлений, сома — тільце) — структури клітин еукаріотів, що забезпечують збереження, розподіл та передачу спадкової інформації. Частіше за інших першовідкривачем хромосом називають німецького анатома В. Флеммінга (1843 –1905). Саме він застосував анілінові барвники для обробки ядерних структур. Термін «хромосоми» у 1888 році ввів у науковий обіг Г. Вальдеєр (1836 –1921). Ці дослідження започаткували цитогенетеку — розділ, що вивчає роль хромосом у спадковості. Генріх Вільгельм Готфрід Вальдеєр (1836–1921)

Основні функції хромосом взаємо пов’язані з будовою. Для збереження, розподілу та передачі спадкової інформації в хромосомах наявні такі елементи будови, як сайти початку реплікації, центромери і теломери. Сайти початку реплікації — послідовність нуклеотидів, що визначає початок самоподвоєння молекули ДНК. Центромера — частина хромосоми, що поділяє її на два плеча. На ній розташовуються білки-кінетохори, до яких під час розподілу генетичного матеріалу прикріплюються нитки веретена поділу. Теломери — ділянки на кінцях лінійних хромосом, що складаються із великого числа повторів і перешкоджають їх з’єднанню між собою та відновленню за допомогою ферменту теломерази втрачених після поділу ділянок. Теломера коротшає із кожним поділом клітини. Хромосомні компоненти:(1) Хроматида(2) Центромера(3) Коротке плече(4) Довге плече

Особливості організації набору хромосом. Особливості організації набору хромосом. Каріотип — сукупність ознак хромосомного набору: кількість хромосом, форма, розміри. Хромосомний набір буває диплоїдним, гаплоїдним, поліплоїдним. Гаплоїдний набір — це половинний набір, у якому всі хромосоми відрізняються одна від одної будовою (його умовно позначають 1n). Диплоїдний набір — це парний набір, у якому кожна хромосома має парну хромосому, подібну за будовою та розмірами (2n). Поліплоїдний набір — це набір хромосом, кратний гаплоїдному (3n, 4n, 5n тощо).

Каріоти́п — набір хромосом, специфічний для кожного виду організмів. Каріотип характеризують певна кількість хромосом та особливість їхньої будови. Каріотипом іноді називають візуальне представлення повного хромосомного набору (каріограму). Рис.1 Набір хромосом (праворуч) і систематизований жіночий каріотип 46 XX (ліворуч). Одержано методом спектрального каріотипування. Рис.2 Приклад визначення транслокації за комплексом поперечних міток (смужки, класичний каріотип) і за спектром ділянок (колір, спектральний каріотип).

Основні типи РНК. Принцип комплементарностіБудова та основні типи РНКБудова РНКРибонуклеїнова кислота (РНК) — лінійний полімер, що має один ланцюжок нуклеотидів. Мономери (нуклеотиди) РНК складаються з п'ятикарбонового моносахариду — рибози, залишку ортофосфатної кислоти і нітрогеновмісної основи. Три нітрогеновмісних основи у молекулах РНК такі самі, як і у ДНК — аденін, гуанін, цитозин, а четвертим є урацил. Довжина одного нуклеотиду становить 0,34 нм. Середня молекулярна маса одного нуклеотиду дорівнює 345 а.о.м.

Типи РНКІнформаційні, або матричні, РНК (іРНК) складають близько 5 % усієї клітинної РНК. Вони синтезуються в ядрі (на ділянці одного з ланцюгів молекули ДНК) за участю ферменту РНК-полімерази. Основна функція іРНК — зняття інформації з ДНК і перенесення її до місця синтезу білка — на рибосоми. Рибосомні (рибосомальні) РНК (р. РНК) — синтезуються у ядерці, входять до складу рибосом. Вони беруть участь у формуванні активного центру рибосоми, де відбувається процес біосинтезу білка. р. РНК складають приблизно 85 % усіх РНК клітини. р. РНК разом з білками забезпечують певне розташування іРНК і т. РНК під час синтезу білкової молекули. Транспортні РНК (т. РНК) — утворюються в ядрі на ДНК, потім переходять у цитоплазму. Вони складають близько 10 - 15 % клітинної РНК і є невеликими за розміром (складаються з 70 - 90 нуклеотидів). Основна функція т. РНК є транспортування амінокислоти до місця синтезу білка на рибосомі. Для перенесення кожного виду амінокислот до рибосоми потрібен окремий вид т. РНК. Будова усіх т. РНК є подібною. Їх молекули утворюють своєрідні структури, що нагадують за формою лист конюшини.

Генетичний код. Генетичний код — це система запису генетичної інформації про послідовність розташування амінокислот у білках у вигляді послідовності нуклеотидів у ДНК або РНК. Кожній амінокислоті білка відповідає послідовність з трьох розташованих один за одним нуклеотидів ДНК — триплет. Правила користування таблицею: Перший нуклеотид у триплеті береться з лівого вертикального рядка, другий — з верхнього горизонтального рядка, а третій — з правого вертикального. Там, де будуть перетинатися лінії, що ідуть від усіх трьох нуклеотидів, і буде назва потрібної амінокислоти.

Біосинтез білка. Транскрипція. Трансляція Синтез білків у клітині. Транскрипція. Біосинтез білка — це один з видів пластичного обміну, в ході якого спадкова інформація, закодована в генах ДНК, реалізується у певну послідовність амінокислот у білкових молекулах. Процес біосинтезу білка складається з двох етапів: транскрипції і трансляції. Кожен етап біосинтезу каталізується відповідним ферментом і забезпечується енергією АТФ. Біосинтез відбувається в клітинах з величезною швидкістю. В організмі вищих тварин за одну хвилину утворюється до 60 тис. пептидних зв'язків.

Транскрипція — це процес переписування інформації про первинну структуру білка з молекули ДНК на молекулу попередника іРНК (про-іРНК), що здійснюється в цитоплазмі (у прокаріотів) або в ядрі (в еукаріотів). Носієм генетичної інформації є ДНК, розташована у клітинному ядрі. Під час утворення про-іРНК одночасно відбувається її дозрівання (процесинг іРНК). Воно полягає в наданні РНК стабільності, захисті від ферментів, можливості переміщення з ядра та участі у трансляції. Зріла іРНК крізь ядерні пори надходить у цитоплазму (експорт іРНК). Під час транскрипції ділянка дволанцюгової ДНК «розмотується», а потім на одному з ланцюжків синтезується молекула іРНК.

Інформаційна (матрична) РНК складається з одного ланцюга і синтезується на ДНК відповідно до правила комплементарності. Формується ланцюжок іРНК, що являє собою точну копію другого (нематрічного) ланцюжка ДНК (тільки замість тиміну включений урацил). Таким чином інформація про послідовність амінокислот у білку перекладається з «мови ДНК» на «мову РНК». Як і в будь-який інший біохімічної реакції, у цьому синтезі бере участь фермент — РНК-полімераза. Оскільки в одній молекулі ДНК може перебувати безліч генів, дуже важливо, щоб РНК-полімераза почала синтез іРНК із конкретного місця ДНК. Тому на початку кожного гена міститься особлива специфічна послідовність нуклеотидів, що називається промотором. РНК-полімераза «упізнає» промотор, взаємодіє з ним і, таким чином, починає синтез ланцюжка іРНК з потрібного місця.

Фермент продовжує синтезувати іРНК до тих пір, поки не дійде до чергового «розділового знака» у молекулі ДНК — термінатора (це послідовність нуклеотидів, яка вказує на те, що синтез іРНК потрібно припинити). У прокаріотів синтезовані молекули іРНК відразу ж можуть взаємодіяти з рибосомами і брати участь в синтезі білків. У еукаріотів іРНК синтезується в ядрі, тому спочатку вона взаємодіє зі спеціальними ядерними білками і переноситься через ядерну мембрану в цитоплазму.

Біосинтез білків. Трансляція. Трансляція — це сукупність процесів перетворення спадкової інформації іРНК у білок первинної структури. Трансляція відбувається на рибосомах. З однією молекулою іРНК можуть водночас зв’язуватися кілька рибосом з утворенням полірибосоми (полісоми). Довжина нуклеотиду — 0,34 нм. Відносна молекулярна маса нуклеотиду — 345 а. о. м. Відносна молекулярна маса амінокислоти — 100 а. о. м.

Етапи реалізації спадкової інформаціїОсновні етапи реалізації спадкової інформації:транскрипція — відбувається у прокаріотів — у цитоплазмі, в еукаріотів — у ядрі, мітохондріях і пластидах. Синтез ланцюга іРНК відбувається за зразком одного з ланцюгів ДНК на основі принципу комплементарності;дозрівання РНК (процесинг) — відбувається в ядрі еукаріотичних клітин — з молекули іРНК видаляються інтрони, а екзони сполучаються в одну молекулу іРНК;трансляція — у прокаріотів відбувається у цитоплазмі, в еукаріотів — у цитоплазмі, на гранулярній ендоплазматичній сітці, в мітохондріях і пластидах. Відбувається синтез молекул білка на рибосомі згідно з інформацією молекули РНК.

Подвоєння ДНК. Репарація пошкоджень ДНКСамоподвоєння ДНКРеплікація — складний багатоетапний процес, в якому беруть участь багато ферментів. Процес починається з того, що певні ферменти розкручують спіральну молекулу ДНК, після чого до неї приєднуються білки, які не дають молекулі знову згорнутись. Інші ферменти розщеплюють ДНК на два окремі ланцюги з утворенням реплікаційної вилки. Далі до кожного з материнських ланцюгів приєднуються ДНК-полімерази, що каталізують утворення нових дочірніх ланцюгів. Ці ферменти здатні також виправляти можливі помилки реплікації та перевіряти комплементарність. Синтез нових ланцюгів відбувається асиметрично, тобто один з них синтезується безперервно, інший ланцюг будується в протилежному напрямку і короткими фрагментами. Після завершення реплікації з однієї молекули ДНК утворюються дві ідентичні, які скручуються у подвійну спіраль.

Реплікація — процес самоподвоєння ДНК, що забезпечує копіювання спадкової інформації і передачу її з покоління в покоління.

Дякую за увагу !!!