Урок "Гени та геноми"

Тема:Гени та геноми

Мета: систематизувати знання про будову гена; проаналізувати основні властивості генетичного матеріалу та внесок учених у вивчення молекулярної структури гена; установити особливості організації геному в різних груп організмів; охарактеризувати рівні структурно-функціональної організації спадкового матеріалу: генний, геномний, хромосомний; познайомитися з основними положеннями сучасної теорії гена; розвивати біологічну мову, пізнавальний інтерес; виховувати любов до предмету біологія.

Тип уроку:комбінований.

І. Організаційний етап

ІІ.  Актуалізація опорних знань

Фронтальна бесіда

1. Хто такі прокаріоти?
2. Хто такі еукаріоти?
3. Яка функція ядра?
4.  Яка структура у прокаріот виконує функцію ядра?
5. Які органели є клітинах прокаріотів?
6. Чи є у прокаріотів мітохондрії та хлоропласти?
7.  Що таке клітина?
8. Які клітини беруть участь у транспортуванні речовин у клітині? 
9. Що таке катаболізм та анаболізм?
10. Назвіть сполуки, що утворюються нейронами гіпоталамуса.

ІІІ.  Мотивація навчально-пізнавальної діяльності

 Ми з вами починаємо вивчати збереження та реалізацію спадкової інформації. На сьогоднішньому уроці ми познайомимось з такими поняттями як ген та геном, дізнаємось про типи генів, відзначимо роль ДНК та ознайомимося з положеннями сучасної теорії гена.

ІV.  Вивчення нового матеріалу

Що ж таке ген?

Ген – це ділянка ДНК, що містить інформацію про первинну структуру молекули білка або РНК і визначає можливість розвитку ознаки.

У 1865 р. Г. Мендель, після ряду дослідів (8 років)  довів існування спадкових «задатків», який  датський генетик В. Йогансен в 1909 році назвав генами.   

Для гена характерна певна послідовність нуклеотидів, що утворюють набір. Останні визначають порядок розташування амінокислот у молекулі білка. Сам ген не бере безпосередньої участі в його синтезі, ДНК служить лише матрицею для побудови (транскрибування) молекули матричної, або інформаційної, РНК (відповідно мРНК, або іРНК), у яку передається код гена. У рибосомах здійснюється реалізація генетичної інформації, тобто «переведення» коду мРНК в амінокислотну послідовність синтезованого на них білка (трансляція). Завдяки біологічній дії синтезованих білків здійснюється експресія гена, тобто розвиток зумовлюваної ним ознаки.

Ознака — характеристика предмета або явища, особливості організму, за якими його відрізняють від інших предметів або явищ, що можуть спостерігатися та вимірюватися.

Ген функціонує в клітині у складі генної регуляторної системи. Залежно від виконуваної функції, розрізняють структурні клітини, що кодують більшу частину  білків клітини, і регуляторні, що відповідають за синтез білків-регуляторів, які контролюють активність рухових генів. Механізм генетичного контролю синтезу білка остаточно не з’ясований.

Уже понад 150 років  науковці вивчають гени, але відповіді на запитання «Що таке ген?» тривають.

Які основні положення сучасної теорії гена?

 Сучасна теорія гена утворюється на засадах нового напрямку, який Дж.Уотсон (1928) назвав молекулярною біологією гена. Наукові знання, що сформувались після багатьох досліджень основ спадковості, узагальнено у вигляді теорії генів. Основні положення цієї теорії такі.

1. Ген займає певну ділянку (локус) у хромосомі. Хромосоми є матеріальними носіями спадковості.
2. 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.
3. Всередині гена можуть відбуватися рекомбінації (перерозподіл генетичного матеріалу) і мутації (зміни генетичного матеріалу).
4. Існують структурні й регуляторні гени. Структурні гени кодують синтез білків. Регуляторні гени контролюють і спрямовують діяльність структурних генів.
5. Ген не бере безпосередньої участі в синтезі білка, він є матрицею для утворення посередників – різних молекул РНК, які безпосередньо беруть участь у синтезі.
6. Розташування триплетів із нуклеотидів у структурних генах є відповідним (колінеарним) до амінокислот у складі білка, що кодується даним геном.
7. Молекули ДНК здатні до репарації, тому не всі пошкодження гена призводять до мутації.
8. Генотип складається з окремих генів, але функціонує як єдине ціле. На функцію генів впливають чинники як внутрішнього, такі зовнішнього середовища.

Якими є функції та класифікації генів?

Назвіть, використовуючи підручник, функції генів (§22 ст. 96)

 За розташуванням у клітинах – ядерні гени та цитоплазматичні (розташовані у мітохондріях та хлоропластах). За функціональними значеннями поділяють на структурні і регуляторні .За характером кодуючої інформації виокремлюють білок-кодувальні гени і РНК-кодувальні гени. За активністю розрізняють конститутивні ( постійно є активними , тому що білки, які ними кодуються , необхідні для постійної клітинної діяльності) й неконститутивні гени (стають активними якщо білок, який вони кодують, потрібний клітині .

Як організований геном  організмів?

Геном  - це сукупність спадкової інформації у клітинах організму певного виду. Розділ біології, що вивчає геноми, називається геномі кою.

 У вірусів, залежно від їхньої величини та складності, розмір геному коливається від кількох тисяч до сотень пар нуклеотидів. Гени в геномах з такою простою будовою розташовані один за одним і займають до 100 % довжини відповідної нуклеїнової кислоти (ДНК або РНК).

У прокаріотів  генетичний матеріал має оперонну організацію.

Оперон – функціональна одиниця організації геному прокаріотів. До його складу входять один або декілька структурних генів. Ці гени відповідають за синтез білків, залучених до одного ланцюжка біохімічних перетворень.

Крім структурних генів є ще регуляторні ділянки (оператор і термінатор), за рахунок яких забезпечується активність оперона як цілісної системи.

Розмір  геному у прокаріот  значно більший (у кишкової палички єдина нитка ДНК — бактеріальна хромосома складається з 4,2 х10⁶ пар нуклеотидів). Більше половини цієї кількості складається зі структурних генів (генів, що кодують певні білки). Іншу частину бактеріальної хромосоми становлять не здатні транскрибуватися нуклеотидні послідовності, функція яких не з’ясована. Переважна більшість бактеріальних генів представлена в геномі один раз.

Гени еукаріотів мають трохи складнішу будову за прокаріотів. В структурній частині генів є ділянки, що кодують спадкову інформацію – екзони, і ділянки, що не кодують – нітрони. Кількість і розташування нітронів для кожного гена специфічні і мають мозаїчну будову структурних генів.

 В еукаріотів, особливо вищих, геном істотно перевищує за розмірами геном прокаріотів і досягає сотень мільйонів і мільярдів пар нуклеотидів. Зростання кількості структурних генів при цьому незначна.

Це цікаво

Кількості ДНК у геномі людини достатньо для утворення 2 млн структурних генів.

Для геному еукаріотів характерна надмірність генетичного коду.

Причину надмірності на сьогодні значною мірою з’ясовано: по-перше, деякі гени й послідовності нуклеотидів багаторазово повторюються; по-друге, у геномі міститься  багато генетичних елементів, що мають регуляторну функцію; по-третє, частина ДНК взагалі не містить генів.

V. Закріплення набутих знань

 Користуючись підручником , допишіть терміни, що є пропущеними в основних положеннях сучасної теорії гена.

1. Ген займає певну__________________ у хромосомі. Хромосоми є матеріальними носіями спадковості.
2. Ген – частина молекули ________, яка має певну послідовність  __________________і є функціональною одиницею __________________ інформації.
3. Всередині гена можуть відбуватися __________________ (перерозподіл генетичного матеріалу) __________________ (зміни генетичного матеріалу).
4. Існують структурні й __________________ гени.
5. Ген не бере безпосередньої участі в синтезі __________________а, він є __________________для утворення посередників – різних молекул РНК, які безпосередньо беруть участь у синтезі.
6. Розташування триплетів із __________________у структурних генах є відповідним (колінеарним) до амінокислот у складі білка, що кодується даним геном.
7. Молекули ДНК здатні до __________________, тому не всі пошкодження гена призводять до мутації.
8. Генотип складається з окремих __________________, але функціонує як єдине ціле. На функцію генів впливають чинники як внутрішнього, такі зовнішнього середовища

Тестовий контроль знань Укажіть правильні варіанти відповіді

1. Хто з вчених назвав молекулярною біологією гена сучасну теорію  гена:

А Дж Уотсон

Б Г. Мендель

В В. Йогансен

2. Регуляція дії генів здійснюється за допомогою:

А експресії генів

Б акцепторних (регуляторних)

В оперона

3. Ген у сучасному розумінні — це ділянка молекули:

А ДНК

Б білка

В РНК

4. Властивості гена:

А може змінюватися, ділитися, брати участь у рекомбінації, мати довжину

Б мутувати, рекомбінувати

В не залежить від організму й навколишнього середовища.

5. Гени:

А мають постійну локалізацію в хромосомах

Б не мають постійної локалізації

В локалізовані в тРНК

6. Оперон – це:

А «стрибучі» гени

Б функціональна одиниця організації геному прокаріотів

В ділянка ДНК, що містить інформацію про первинну структуру молекули білка або РНК і визначає можливість розвитку

7. Ген складається:

А з екзонів та інтронів

Б тільки з екзонів

В тільки з інтронів

8. Функціональною одиницею спадкової інформації є :

А клітина

Б ген

В геном

VІ. Підсумок уроку.

 Отже, спадкова інформація записана на ДНК у вигляді генів. Ген – це ділянка ДНК, що містить інформацію про первинну структуру молекулу білка або  РНК і визначає можливість розвитку ознаки.

Ген – це цілісна одиниця спадкового матеріалу у вигляді ділянки РНК чи ДНК, розташованого у ядрі (нуклеоїді) чи цитоплазмі, що кодує первинну структуру поліпептидного ланцюга чи молекул рРНК і тРНК або взаємодіє з регуляторним білком.

 Геном утворений функціональними й не функціональними послідовностями ДНК  і РНК, які здійснюють структурну й регуляторну функції

 Для генів прокаріотів властива оперона організація та відсутність мозаїчної будови.

 Гени еукаріотів відрізняються більшими розмірами, наявністю мозаїчної структури та ускладненням регуляторних генів в елементів.

VІІ. Домашнє завдання.

Опрацюйте § 22, 23. Виконайте завдання на порівняння на сторінці 101.