Підручник Біологія 9 клас - О. А. Андерсон - Школяр 2017

Тема 4 ЗБЕРЕЖЕННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ СПАДКОВОЇ ІНФОРМАЦІЇ

З історії відкриттів

Молекулярна біологія історично виникла як розділ біохімії. У квітні 1953 р. в англійському журналі Nature з’явилася стаття Дж. Д. Вотсона і Ф. Кріка з описом просторової моделі молекули ДНК. Цю подію прийнято вважати датою народження молекулярної біології. Відкриттю передували тривалі дослідження біохімічних процесів, що відбуваються в клітинах бактерій, та процесів відтворення неклітинних форм життя - вірусів, роботи з рентгеноструктурного аналізу, у яких брали участь також англійські біофізики М. Вілкінс і Розалінд Франклін.

У 1928 р. англійський генетик Фредерік Гріффіт уперше показав, що екстракт загиблих під час нагрівання хвороботворних бактерій може передавати ознаки патогенності безпечним бактеріям. Дослідження трансформації бактерій у подальшому привело до виділення хвороботворного агента, яким, усупереч очікуванням, виявився не білок, а нуклеїнова кислота. Власне нуклеїнова кислота не є небезпечною, вона лише переносить гени, що визначають властивості мікроорганізму.

Важливим відкриттям для становлення методів молекулярної біології стало виявлення на початку XX ст. вірусів бактерій - бактеріофагів: фаги можуть переносити генетичний матеріал з одних бактеріальних клітин до інших. Унаслідок використання нових методів було сформульовано основне положення молекулярної біології - ДНК визначає структуру РНК, а РНК, у свою чергу - структуру білка.

У 50-х роках XX ст. відкрито існування статевого процесу в бактерій, за якого вони обмінюються спадковою інформацією, що зберігається в кільцевих молекулах ДНК нуклеоїду. Відкриття плазмід (окремих кільцевих молекул ДНК) започаткувало поширену в молекулярній біології плазмідну технологію.

У 1968 р. американських вчених Роберта Голлі, Гара Гобінда Корана, Маршалла Ніренберга нагороджено обелівською премією за розшифрування генетичного коду та визначення його ролі в синтезі білків. Дослідження вчених допомогло зрозуміти, як формується структура РНК, її здатність зчитувати генетичний код з молекули ДНК та трансформувати його в послідовність амінокислот у молекулі білка. Відкриття започаткувало вивчення можливості контролювати спадковість та позбавлятися спадкових патологій.

Подальший розвиток молекулярної біології пов’язаний із винаходом методу визначення нуклеотидної послідовності ДНК, за який американський учений Вільям Гілберт й англієць Ф. Сенгер у 1980 р. отримали Нобелівську премію з хімії. Це привело до нових відкриттів у галузі досліджень будови й функціонування генів. На початок XXI ст. було отримано дані про первинну структуру всієї ДНК людини й ряду інших організмів, найбільш важливих для медицини, сільського господарства та наукових досліджень. Ці відкриття сприяли виникненню нових напрямів у біології: геноміки, біоінформатики тощо.

Велику кількість відкриттів було зроблено й у галузі біології розвитку. У 1898 р. професор Київського університету св. Володимира Сергій Гаврилович Навашин відкрив подвійне запліднення в рослин. У ХХ ст. Нобелівською премією відзначено ряд видатних науковців: Ханс Шпеман розкрив механізм індукції розвитку одних частин ембріона іншими (1935 р.), Стенлі Коен та Ріта Леві-Монтальчіні виявили ростові чинники - речовини, що регулюють ріст і розвиток різних частин організму (1986 р.), Едвард Льюїс, Крістіана Нюсляйн-Фольхард та Ерік Вішаус розкрили механізми генетичної регуляції ембріогенезу (1995 р.).

С. Г. Навашин (1857 - 1930)

Ріта Леві-Монтальчіні (1909 - 2012)

§ 18. Гени та геноми

Згадаємо!

У структурі якої молекули зберігається спадкова інформація?

Одна з найважливіших властивостей живого - це здатність живих систем до самовідтворення в ряді поколінь; без цього життя не могло б бути таким, яким воно є.

Гени та геноми. Ви вже знаєте, що здатність до самовідтворення забезпечують процеси збереження та реалізації спадкової інформації. У клітинах така інформація зберігається в структурі молекул ДНК.

! Сукупність молекул ДНК, що містяться в одній клітині, називається геномом. Спеціалізовані ферменти можуть зчитувати інформацію з ДНК. На її основі відбувається синтез білків, що відповідають за здійснення різноманітних функцій, а отже, за формування певних ознак організмів. Спадкова інформація записана певними порціями: різні ділянки ДНК містять інформацію про різні ознаки. Такі ділянки називаються генами.

! Ген - це ділянка ДНК, у структурі якої закодована інформація про певну ознаку організму.

Сукупність генів певного організму називається генотипом.

Будова гена. Кожен ген має певну будову (рис. 68). Основна частина, яка називається кодувальною, містить інформацію про структуру білка (або РНК). На початку гена розташована послідовність нуклеотидів, що називається промотором. Саме з нею зв’язуються білки, які зчитують інформацію. За кодувальною частиною розташована завершальна ділянка гена, яка називається термінатором.

Рис. 68. Будова гена

Мікрофотографія та схема будови однієї з хромосом людини. Числа відповідають мільйонам пар нуклеотидів. Показано три гени, кожен з яких містить промотор (П), кодувальну частину (К) і термінатор (Т). Гени розділено некодувальними ділянками ДНК.

Світлі смужки відповідають ділянкам хромосоми, що містять багато генів, темні смужки - ділянкам, що майже не містять генів.

За функціями умовно виокремлюють структурні гени, які визначають певну ознаку (наприклад, кодують фермент, що каталізує певну хімічну реакцію), та регуляторні, основною функцією яких є регуляція активності інших генів.

Будова геному. Геном прокаріотичної клітини зазвичай складається з однієї кільцевої молекули ДНК. В еукаріотичній клітині лінійні молекули ДНК зв’язані з білками й утворюють хроматин ядра. Конденсований хроматин утворює хромосоми, що мають Х-подібну форму (рис. 69). Вони стають помітними в полі зору мікроскопа лише під час клітинного поділу. В інший час хроматин переважно є деконденсованим.

Кількість і розміри хромосом (відповідно кількість і довжина молекул ДНК) у клітині є видовою ознакою, яка може суттєво змінюватися. Існують організми, клітини яких містять виключно хромосоми з унікальним, відмінним від інших, набором генів. Такі клітини називаються гаплоїдними. Клітини інших організмів мають подвійний набір хромосом. Це означає, що в клітинах містяться пари хромосом, які характеризуються однаковим набором генів, розташованих в однаковій послідовності. Такі хромосоми називаються гомологічними, а клітини з подвійним набором - диплоїдними.

Не весь геном утворений генами. Між генами існують проміжки, які не містять інформації про будову білків або РНК. Крім того, некодувальні ділянки можуть бути всередині генів еукаріотів (§ 19). Кількість некодувальної ДНК суттєво різниться в різних видів (табл. 2). Значення некодувальної ДНК повністю не встановлено. Зокрема в ній можуть бути ділянки, що полегшують або ускладнюють зчитування інформації з тих чи інших генів, тобто виконують регуляторну функцію.

Окрім ядерної ДНК геном еукаріотичних клітин містить ДНК мітохондрій та пластид. Їх розміри невеликі порівняно з ядерними хромосомами: від 15 до 170 тис. пар нуклеотидів, кілька десятків (до 100) генів.

Рис. 69. Будова хромосоми

Т а б л и ц я 2

Порівняння геномів деяких організмів

*Муха і людина - диплоїдні організми.

?! Проаналізуйте твердження щодо наведеної в таблиці інформації.

1. Геном прокаріотичного організму містить меншу кількість генів, ніж еукаріотичного.

2. Лише 3 % ДНК людини містить інформацію про будову білків або РНК.

Які з них є правильними?

ПОВТОРІТЬ, ПОМІРКУЙТЕ

1. Дайте означення понять ген і геном.

2. Опишіть будову гена.

3. Що таке гаплоїдні та диплоїдні клітини?

4. Порівняйте геноми прокаріотичних та еукаріотичних клітин.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити