Презентація з теми: "Будова генів та основні компоненти геномів про- та еукаріотів"

Будова генів та основні компоненти геномів про- та еукаріотів. Молекула ДНК — універсальний зберігач генетичної інформації

самостійна робота

Термінологічний словничок. Сукупність молекул ДНК, що містяться в одній клітині, називається геномом. Ген (від грец. генос – рід, походження) – це ділянка ДНК, у структурі якої закодована інформація про певну ознаку організму. Сукупність генів певного організму називається генотипом. 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. 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. Певний ген може перебувати в різних варіантах. Такі різні варіанти одного гена називають алелями, а самі гени – алельними.

Варіанти ознак, які кодують алельні гени:1 – форма плодів помідорів;2 – забарвлення шерсті кролів.

Конститутивні гени – це гени, що постійно є активними, тому що білки, які ними кодуються, необхідні для постійної клітинної діяльності. Неконститутивні (адаптивні) гени – це гени, що стають активними якщо білок, який вони кодують, потрібний клітині. Кожна амінокислота кодується з допомогою трьох нуклеотидів. Така трійка (триплет) нуклеотидів, яка відповідає певній амінокислоті, називається кодоном. Система запису спадкової інформації в молекулах нуклеїнових кислот, відповідно до якої певна послідовність нуклеотидів у молекулі ДНК та РНК визначає послідовність амінокислот у молекулі білка, називається генетичним кодом. Ген займає певну ділянку (локус) у хромосомі. Всередині гена можуть відбуватися рекомбінації (перерозподіл генетичного матеріалу) і мутації (зміни генетичного матеріалу). Набір хромосом – каріотип. Промотор — це ділянка гена, яка позначає місце, де починається синтез РНК, термінатор — де закінчується синтез. Оперон (прокаріоти) — структура, яка складається з кількох структурних генів.

організація геному організмів ГЕНОМ – сукупність спадкової інформації у клітинах організму певного виду. Геном поєднує основні компоненти, якими є структурні й регуляторні гени та нефункціональні (некодувальні) послідовності ДНК. Геноми клітинних організмів побудовані з ДНК, і лише окрема група вірусів мають геноми із РНК. Розділ біології, що вивчає геноми, називається геномікою. Спадкова інформація клітин міститься не лише в нуклеоїді та ядрі, а й у структурах цитоплазми. У прокаріотів – це плазміди (малі молекули ДНК в цитоплазмі), в клітинах еукаріотів – мітохондрії й хлоропласти, що мають власні ДНК. Тому в клітинах еукаріотів окрім ядерного геному розрізняють ще мітохондріальний й пластидний геноми. Розмір геному має тенденцію до збільшення в міру ускладнення організмів. Так, геном кишкової палички налічує 4,6 млн, геном дрозофіли – 130 млн, а геном людини – 3,2 млрд пар нуклеотидів. Зростання розмірів геному супроводжується збільшенням кількості генів. Так, в кишкової палички структурних генів близько 1 тисячі, у дрозофіли – до 10 тисяч, а в людини – 20–25 тисяч. Проте факти вказують на те, що розмір геному не завжди відповідає еволюційній складності організму. Так, найбільший геном виявлено в рослини вороняче око (Paris japonica). У ньому 149 млрд пар нуклеотидів. До цього відкриття найбільшим геномом вважався геном дводишної риби протоптеруса (Protopterus aethiopicus) – 130 млрд пар нуклеотидів.

Крім того, встановлено, що геном складається з послідовностей нуклеотидів, що різняться своєю унікальністю. Розрізняють унікальні (представлені в геномі в єдиному екземплярі або в кількох копіях) таповторювані (трапляються сотні й тисячі разів, а так звані сателітні ДНК – до 10 млн разів) послідовності. Дослідження різних клітин й організмів показало, що більшу частину геному становить надлишкова, або нефункціональна, ДНК, що не містить інформації про синтез білків. Так, у кишкової палички частка такої ДНК становить 15–20%, у дрозофіли – 90–95%, а в людини –аж 95–98%. Яке ж значення цієї ДНК у геномі? Виявилось, що вона виконує важливу регуляторну функцію: має послідовності нуклеотидівдля організації початку синтезу РНК, захисту кінцевих ділянок хромосом, правильного розподілу хромосом під час поділу клітин тощо. Отже, геном утворений функціональними й нефункціональними послідовностями ДНК і РНК, які здійснюють структурну й регуляторну функції.

Розмір геному деяких видів живих організмів

Порівняння геномів деяких організмів

схема будови гена Всі гени мають однакову схему будови. Вони складаються з кількох ділянок. Головною ділянкою будь-якого гена є та, яка містить інформацію про будову молекули білка або РНК (продукту гена). Це кодуюча частина гена. Інші ділянки гена — некодуючі. Вони не містять інформації про будову молекул, синтез яких забезпечує ген. Але вони відповідають за роботу гена. Некодуючими ділянками гена є промотор і термінатор. Промотор — це ділянка гена, яка позначає місце, де починається синтез РНК, термінатор — де закінчується синтез. Загальна схема будови гена Крім того, до складу гена входять регуляторні ділянки, які регулюють його роботу.

Гени прокаріотів Гени прокаріотів мають відносно просту структуру. Частіше за все кожен із цих генів містить інформацію тільки про одну структуру — молекулу білка або РНК. Гени прокаріотичних організмів часто організовані в оперони. 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. Прикладом оперона може бути лактозний оперон кишкової палички. Він містить гени, які кодують ферменти, потрібні для синтезу вуглеводу лактози. Будова оперона прокаріотичного організму

Спадковий матеріал бактеріальної клітини:1 – нуклеоїд;2 – плазміди. Клітини прокаріотів – археїв і бактерій – не мають сформованого ядра. Їхній спадковий матеріал – кільцеподібна молекула днк – не відокремлена від цитоплазми мембранною оболонкою. Вона розташована у ядерній зоні цитоплазми – нуклеоїді.

Новини науки Досліджуючи геном бактерії Mycoplasma mycoides, вчені виявили 901 ген, з яких корисними, на їхню думку, є лише 473. Така кількість є найменшою відомою необхідною кількістю для виконання клітиноювсіх життєво важливих функцій. Сконструювавши геном й штучну бактерію JCVI-syn3.0, що не містили жодного зайвого гена, вчені виявили, що без «надлишкової ДНК» клітина не спроможна жити. ч. Ому?

У прокаріотів генетичний матеріал має оперонну організацію. Концепцію оперона запропонували в 1961 р. французькі вчені Франсуа Жакоб і Жак Моно, за що отримали Нобелівську премію (1965 р.). Жак Моно (ліворуч) та Франсуа Жакоб

особливості організації генів прокаріотів Оперон (від лат. operor – працюю) – функціональна одиниця організації геному прокаріотів. До складу оперона входять один або декілька структурних генів. Ці гени відповідають за синтез білків, залучених до одного ланцюжка біохімічних перетворень. Так, лактозний оперон кишкової палички містить спадкову інформацію про три білки, що беруть участь у поглинанні та розщепленні лактози. Структурні гени прокаріотів не мають мозаїчної структури, тобто в їхньому складі немає розподілу на кодувальні (екзони) й некодувальні (інтрони) ділянки. Організація лактозного оперона в кишкової палички

Крім структурних генів оперони мають регуляторні ділянки (оператор, термінатор), за рахунок яких забезпечується активність оперона як цілісної системи. На роботу оперона впливає самостійний регуляторний ген (не плутати з регуляторними ділянками), що синтезує відповідний регуляторний білок і не обов’язково розташовується поруч з опероном. З появою в навколишньому середовищі лактози її молекули зв’язують цей регуляторний білок, перешкоджаючи його приєднанню до оператора. Структурні гени переходять до активного стану й продукують одну молекулу іРНК для синтезу трьох білків. Таким чином, оперонна організація геному прокаріотів забезпечує упорядковану й регульовану активність генів залежно від умов середовища та діяльності інших генів. Отже, для генів прокаріотів властива оперонна організація та відсутність мозаїчної будови.

Гени еукаріотів На відміну від генів прокаріотів, гени еукаріотичних організмів не утворюють оперонів. Кожний з них має свої власні промотор і термінатор. Крім того, будова цих генів більш складна. У складі їхньої ділянки ДНК є послідовності нуклеотидів, які не містять інформації, потрібної для синтезу продукту гена (молекули білка або РНК). Такі ділянки називають інтронами. Ті ділянки, які містять потрібну інформацію, називають екзонами. Зазвичай еукаріотичний ген містить по кілька інтронів та екзонів. Важливою частиною еукаріотичних генів є регуляторні ділянки. З допомогою цих ділянок клітина може прискорювати або вповільнювати синтез продукту гена. Така будова дозволяє еукаріотичним організмам здійснювати дуже тонку регуляцію роботи їхніх генів. Будова еукаріотичного гена

Мікрофотографія та схема будови однієї з хромосом людини. Числа відповідають мільйонам пар нуклеотидів. Світлі смужки відповідають ділянкам хромосоми, що містять багато генів, темні смужки – ділянкам, що майже не містять генів.

відмінності організації генів еукаріотів Гени еукаріотів мають складнішу будову. По-перше, в структурній частині генів є ділянки, що кодують спадкову інформацію – екзони (від англ. expression – вираження), і ділянки, що її не кодують – інтрони (від англ. intervening sequence – проміжна послідовність). Кількість і розташування інтронів специфічні для кожного гена. Така будова структурних генів еукарітотів називається мозаїчною. Науковці вважають, це може бути механізмом, який обмежує мутаційний процес. При цьому інтрони виконують функцію «пасток» мутацій. Організація геному еукаріотів

По-друге, відбувається ускладнення й урізноманітнення регуляторних ділянок. Так, перед оператором можуть розташовуватися ділянки ДНК, що впливають на рівень транскрипції (наприклад, енхансери).по-третє, збільшуються розміри ділянок ДНК, що відокремлюють гени один від одного (спейсерів). У прокаріотів до складу спейсерів входило декілька пар нуклеотидів, а у еукаріотів ці ділянки значно більші, містять повторювані послідовності ДНК (сателітна ДНК, «стрибаючі гени» тощо) й займають значну частину геномної ДНК. Якщо елементи спейсерів опиняються в екзонах структурних генів або поруч із ними, то функції генів змінюються. Отже, гени еукаріотів відрізняються більшими розмірами, наявністю мозаїчної структури та ускладненням регуляторних генів і елементів. Схематичне зображення переміщення транспозону за допомогою механізму «вирізати і вставити».

узагальнення. Для функціонування генів живих організмів потрібна наявність спеціальних ділянок для початку (промотор), регуляції і завершення (термінатор) зчитування інформації. Гени прокаріотичних організмів можуть об’єднуватися в спеціальні групи — оперони, які мають на всіх один промотор, оператор і термінатор. Гени еукаріотичних організмів містять некодуючі (інтрони) і кодуючі (екзони) ділянки ДНК. Крім того, ці гени мають у своєму складі регуляторні ділянки, які змінюють швидкість їхньої роботи.

ПОРІВНЯЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕНОМІВ ПРО- ТА ЕУКАРІОТІВ Застосуйте свої знання і визначте ознаки, за якими порівнюють геноми кишкової палички та людини. Зробіть висновок про взаємозв’язок організації геному із рівнем складності організмів.

Біологія і Наука Проект «Геном людини» (англ. Human Genome Project) – міжнародний проект наукових досліджень для визначення послідовностей ДНК, розташування генів людини в хромосомах та їх функцій. Проект розпочався в 1990 р. і лише у 2006 р. геном був розкодований практично повністю, хоча й нині ще здійснюють додатковий аналіз деяких його ділянок. Оцініть практичне й наукове значення проекту «Геном людини» та назвіть галузі застосування цих знань.

Самостійна робота