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

Тема 4 ЗБЕРЕЖЕННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ СПАДКОВОЇ ІНФОРМАЦІЇ

§ 26. Індивідуальний розвиток організмів

Згадаємо!

Що таке насінина?

У чому полягає відмінність розвитку амфібій, плазунів і ссавців?

Ви пам’ятаєте, що ознакою живого є здатність до розвитку. Індивідуальний розвиток організму називають онтогенезом. Основу онтогенезу становить послідовна реалізація спадкової інформації.

В одноклітинних організмів індивідуальний розвиток визначається тривалістю клітинного циклу - існування організму завершується моментом закінчення процесу поділу клітини.

Онтогенез багатоклітинного організму. В онтогенезі багатоклітинних організмів виокремлюють зародковий та післязародковий періоди. Зародковий, або ембріональний, період розпочинається з утворення зиготи. Зародок може розвиватися в організмі самки (ссавці) або в зав’язі маточок (покритонасінні рослини). Рептилії, птахи відкладають яйця на суходолі, а зародки деяких безхребетних, риб, амфібій розвиваються у воді. Цей період завершується народженням або виходом із зародкових оболонок.

Далі розпочинається постембріональний, або післязародковий, період. Він може тривати від кількох годин до десятків років і завершується смертю організму.

Унаслідок розвитку організм набуває здатності розмножуватися, тобто давати початок новому поколінню.

1 - молодий організм нестатевого покоління;

2 - дорослий організм нестатевого покоління;

3 - соруси; 4 - спори;

5 - організм статевого покоління; 6, 7 - статеві органи;

8 - початок розвитку організму нестатевого покоління

Рис. 84. Життєвий цикл папороті

?! Проаналізуйте твердження. Чи є поміж них правильні? Обґрунтуйте свою думку.

I. У життєвому циклі переважає статеве покоління.

II. Нестатеве покоління забезпечує розмноження організму.

! Сукупність усіх етапів розвитку, починаючи від зиготи й закінчуючи періодом, коли організм досягає зрілості й може дати початок наступному поколінню, називається життєвим циклом.

Розрізняють прості та складні життєві цикли. За простого життєвого циклу покоління не відрізняються одне від одного. Для складних життєвих циклів характерним є закономірне чергування різних поколінь. Прикладом чергування поколінь у рослин може слугувати життєвий цикл папороті. Організми статевого покоління утворюють статеві клітини (гамети). У результаті запліднення утворюється зигота, з якої формується рослина наступного, нестатевого покоління. На цій стадії розмноження відбувається шляхом формування спор. Зі спор проростають рослини статевого покоління - цикл замикається (рис. 84). У тварин складні життєві цикли властиві деяким кишковопорожнинним, паразитичним червам тощо. Часто вони пов’язані зі зміною хазяїна, у якому живе паразит. У них також відбувається чергування статевого та нестатевого поколінь.

Особливості онтогенезу покритонасінних рослин. Розвиток рослин розпочинається із запліднення, яке відбувається в зародковому мішку. Запліднена центральна клітина зародкового мішка починає ділитися, утворені клітини заповнюють його простір і продовжують рости. З них формується ендосперм - тканина, яка забезпечує живлення зародка під час розвитку. Унаслідок злиття яйцеклітини та спермія формується зигота. Далі розвивається зародок, складовими якого є зародковий корінець, зародковий пагін (брунечка) та сім’ядолі. Стінки насінного зачатка формують насіннєву шкірку, яка захищає зародок і запас поживних речовин. Так утворюється насінина (рис. 85). Першим проростає корінець, він забезпечує проросток водою й мінеральними речовинами. Після цього з брунечки розвивається пагін, і в рослині розпочинається фотосинтез (рис. 86).

Рис. 85. Будова насінини

Рис. 86. Проростання насінини

Особливості онтогенезу хордових тварин. Перший етап ембріонального розвитку називається дробленням. У цей час зигота послідовно ділиться шляхом мітозу. Особливість цього процесу полягає в тому, що під час інтерфази утворені клітини (їх називають бластомерами) не збільшуються в об’ємі. Усі утворені клітини зазнають поділу водночас, а тому після першого поділу зародок складається з 2 бластомерів, далі їх стає 4, потім 8, 16 і т. д.

Утворені бластомери врешті-решт розташовуються по периметру сфери. У цей час зародок складається з одного шару клітин, усередині якого є порожнина. Ця стадія називається бластулою, а процес її утворення - бластуляцією. На наступній стадії зародок стає двошаровим - частина бластомерів формує внутрішній шар. Це може відбуватися в різні способи, один з яких - впинання частини зародка всередину. Ця стадія називається гаструлою, а процес - гаструляцією (рис. 87).

Утворені шари клітин називаються зародковими листками, зовнішній листок - ектодермою, внутрішній - ендодермою. Далі частина клітин зародка переміщується між цими двома шарами, формуючи третій зародковий листок - мезодерму.

Наступний етап розвитку називається органогенезом: формуються органи та системи органів (рис. 87). Різні зародкові листки дають початок різним частинам організму. З ектодерми розвиваються зовнішні покриви та нервова система, з ендодерми - травний канал і дихальна система, а клітини мезодерми утворюють скелет, м’язи та частину внутрішніх органів.

Постембріональний розвиток тварин може бути прямим або непрямим. Унаслідок прямого розвитку із зародка розвивається організм, подібний до дорослої особини, наприклад у птахів і ссавців. У випадку непрямого розвитку після народження (вилуплення) розвивається личинкова форма, яка за будовою та особливостями функціонування може суттєво відрізнятися від дорослої особини. Такі організми можуть мати тимчасові органи, які в міру формування дорослої особини зникають (пригадайте, яким тваринам властивий розвиток з перетворенням).

Рис. 87. Етапи ембріогенезу хордових тварин

Регуляція ембріонального розвитку. Ви вже знаєте, що спадкова інформація записана в структурі молекул ДНК. Розвиток багатоклітинних організмів пов’язаний із спеціалізацією їхніх клітин: вони мають різні будову та функції у складі різних тканин та органів. Регуляція пов’язана із тим, що в різних клітинах функціонують різні гени. Отже, регуляція роботи генів має вирішальне значення для правильного розвитку організмів.

Ви пам’ятаєте, що процес реалізації спадкової інформації розпочинається зі зчитування спадкової інформації з ДНК - транскрипції. Спеціалізовані регуляторні білки - транскрипційні фактори - можуть посилювати або пригнічувати зчитування тих чи інших генів. У свою чергу, спадкову інформацію про будову регуляторних білків містять регуляторні гени. Одні з таких генів, що називаються hox-генами, контролюють загальний план розвитку організмів. Активація одних з таких генів призводить до формування головного кінця тіла, інших - розвитку кінцівок, хвостового відділу тулуба тощо. Цікаво, що будова описаних генів є подібною навіть в еволюційно віддалених груп організмів (рис. 88). Якщо методами генної інженерії замінити hox-ген мушки дрозофіли на еквівалентний ген курки, то розвиток мухи відбуватиметься нормально. Мутації hox-генів призводять до серйозних порушень розвитку. Наприклад, зміна в будові одного з генів дрозофіли спричиняє розвиток на голові пари кінцівок замість нормальних вусиків (рис. 89). Гени із функціями, подібними до hox-генів, є і в рослин.

Важливе значення в процесах регуляції розвитку організмів за участі регуляторних сполук має їхня концентрація: їх більше в тих клітинах, де гени, які кодують дані білки, є активнішими. Розвиток тканин відбувається по-різному, залежно від концентрації регуляторних сполук.

Рис. 88. Генетична регуляція загального плану розвитку тіла мухи (а) та ембріона миші (б)

Кольорами позначено деякі гени хромосом мухи та миші, а також ділянки організмів, у яких ці гени є активними. Однакові кольори позначають подібні за структурою гени і ті місця організму, де вони активні. Як бачите, закономірність роботи різних генів є подібною.

1 - норма; 2 - розвиток кінцівок замість вусиків; 3 - розвиток додаткової пари повноцінних крил

Рис. 89. Порушення розвитку мухи внаслідок мутацій у деяких регуляторних генах

Практична робота

Розв'язування елементарних вправ з реплікації, транскрипції та трансляції

Мета: навчитися розв’язувати вправи з реплікації, транскрипції та трансляції; навчитися використовувати схему генетичного коду.

ХІД РОБОТИ

Завдання 1. Розв’язування вправ з реплікації.

Фрагмент ланцюга ДНК має певну послідовність нуклеотидів.

Напишіть фрагмент ланцюга ДНК, який утворюється в процесі реплікації на цій ділянці ДНК.

а) Т Ц А Т Г Г Ц Т А Т Г А Г Ц Т А А А Т Г Т

б) Ц Т А Г Г Ц Т Т Т А Г Ц Ц Г Т Г Ц Г А Т Г

Завдання 2. Розв’язування вправ з транскрипції.

Фрагмент ланцюга молекули ДНК має певну послідовність нуклеотидів. Напишіть фрагмент молекули мРНК, який утворюється в процесі транскрипції на цій ділянці ДНК.

а) Ц А Ц А Г Т А А Ц Г А Г Ц Т А Г Г Ц А А

б) Г Т Ц Ц Т А Г Т Г Т Ц Г А Т Т Ц А Г Г Т

Завдання 3. Визначення будови мРНК за будовою молекули білка.

Фрагмент молекули білка міоглобіну містить амінокислоти, розташовані в такому порядку:

валін — аланін — глутамінова кислота — тирозин — серин — глутамін

Напишіть можливий варіант послідовності нуклеотидів фрагмента молекули іРНК, яка кодує цю послідовність амінокислот.

Завдання 4. Визначення будови молекули білка за будовою молекули ДНК.

Один із екзонів гена, який кодує один із поліпептидних ланцюгів гемоглобіну, складається з таких нуклеотидів: А Ц Ц А А Т Т Г А Ц Ц А Т Г Г.

Напишіть послідовність амінокислот у поліпептидному ланцюзі.

Завдання 5. Визначення будови молекули білка за будовою молекули мРНК.

Фрагмент молекули мРНК має таку послідовність: А У Г Г У У Ц У Ц У Ц А. Напишіть первинну структуру молекули білка, яка транслюється з наведеного фрагмента молекули мРНК.

Цікавинки

Стоп-кодони генетичного коду мають назви кольорів природних копалин: УАА - вохра, УАГ - бурштин, УГА - опал.

Адерматогліфія — рідкісне генетичне відхилення, пов’язане з мутацією гена SMARCAD1. У результаті цієї мутації в людини немає папілярних малюнків на пальцях, долонях і підошвах, що спричиняє неможливість одержання відбитків пальців. У даний час у світі відомо тільки 4 родини з такою спадковою патологією.

До 1998 р. найсучасніше на той час устаткування розшифровувало структуру ДНК зі швидкістю 0,05 - 0,1 млн пар нуклеотидів на рік. При цьому вартість розшифрування однієї пари становила $ 1-2. Тож на розшифровку всієї інформації, записаної в хромосомах людини, знадобилося б приблизно 30 тис. днів (майже 100 років) і $ 3 млрд.

Удосконалення технології підвищило продуктивність до 0,1 млн пар нуклеотидів на добу (36,5 млн пар на рік) і зменшило вартість до $ 0,5 за пару.

У 2003 р. було повідомлено про майже повне розшифрування структури ДНК людини. Нерозшифрованою залишалася лише перша хромосома, найбільша з-поміж усіх.

І от, 17 травня 2006 р. дослідники Інституту Сенгера - геномного дослідницького центру в Англії (Wellcome Trust Sanger Institute) разом з американськими колегами оголосили про закінчення чергового етапу роботи з розшифрування повного геному людини.

Першу хромосому утворюють майже 250 млн пар нуклеотидів (близько 8 % від геному людини). У ній записано інформацію про 2000 генів. Це майже 10 % від усього генотипу.

Самоконтроль рівня навчальних досягнень з теми

«Збереження та реалізація спадкової інформації»

ВАРІАНТ І

Тестові завдання з однією правильною відповіддю (0,5 бала)

1. Ділянка молекули ДНК, на якій закодована інформація про певну ознаку організму, - це

А генотип

Б геном

В інтрон

Г ген

2. Процес синтезу молекули білка називається

А транскрипцією

Б трансляцією

В реплікацією

Г репарацією

3. Молекула ДНК містить триплет АГЦ. Який триплет буде йому комплементарним у молекулі РНК?

А ТЦГ

Б УГЦ

В УЦГ

Г ТГЦ

4. Який процес зображено на рисунку?

А транскрипцію

Б трансляцію

В реплікацію

Г репарацію

5. Укажіть органелу, яка забезпечує синтез поліпептидного ланцюга.

А лізосома

Б рибосома

В вакуоля

Г комплекс Гольджі

6. Парні хроматиди, що утворюють хромосому, розділяються й починають рухатися до різних полюсів клітини в період мітозу, який називається

А профазою

Б метафазою

В анафазою

Г телофазою

7. Проаналізуйте твердження щодо геномів прокаріотичної та еукаріотичної клітин.

I. Геном прокаріотичної клітини містить більшу кількість генів, ніж еукаріотичної.

II. У геномі людини 97 % ДНК не містить інформації про будову білків або РНК. Які з них є правильними?

А лише І

Б лише ІІ

В обидва правильні

Г обидва неправильні

8. Укажіть правильну послідовність процесів реалізації спадкової інформації організму.

А 1 - 2 - 3 - 4

Б 3 - 1 - 2 - 1

В 2 - 4 - 1 - 3

Г 3 - 2 - 1 - 4

9. Прочитайте опис: «Унаслідок мейозу в людини утворюються (1) клітини, що мають (2) набір хромосом». Замість цифр необхідно вписати слова. Виберіть правильний варіант.

А 1 - дві

2 - гаплоїдний

Б 1 - дві

2 - диплоїдний

В 1 - чотири

2 - гаплоїдний

Г1 - чотири

2 - диплоїдний

Тестове завдання з коротким описом (3 бали)

10. Схарактеризуйте процес транскрипції за наведеними ознаками.

Місце, де відбувається

1 ядро

2 комплекс Гольджі

3 ендоплазматична сітка

Обов’язковим фактором є наявність

1 ДНК

2 тРНК

3 рибосом

Забезпечує синтез молекули

1 ДНК

2 мРНК

3 білка

Дайте відповідь на вибране вами завдання (3 бали)

1. Поясніть значення принципу коплементарності для реалізації спадкової інформації.

2. Схарактеризуйте властивості генетичного коду.

ВАРІАНТ ІІ

Тестові завдання з однією правильною відповіддю (0,5 бала)

1. Сукупність ДНК, що міститься в одній клітині, - це

А генотип

Б ознака

В геном

Г ген

2. Процес синтезу молекули РНК з використанням молекули ДНК як матриці називається

А транскрипцією

Б трансляцією

В реплікацією

Г репарацією

3. Молекула ДНК містить триплет ТЦА. Який триплет буде йому комплементарним у молекулі РНК?

А АГТ

Б АГУ

В ТГА

Г УГТ

4. Який процес зображено на рисунку?

А транскрипцію

Б трансляцію

В реплікацію

Г репарацію

5. Спадкова інформація еукаріотичної клітини зберігається в

А ядрі

Б рибосомі

В комплексі Гольджі

Г ендоплазматичній сітці

6. Кросинговер відбувається під час

А транскрипції

Б трансляції

В мейозу

Г мітозу

Тестові завдання з однієї правильною відповіддю (1 бал)

7. Проаналізуйте твердження щодо геномів прокаріотичної та еукаріотичної клітин.

I. Геном прокаріотичної клітини містить меншу кількість генів, ніж еукаріотичної.

II. Геном еукаріотичної клітини містить лише ядерну ДНК.

Які з них є правильними?

А лише І

Б лише ІІ

В обидва правильні

Г обидва неправильні

8. Укажіть правильну послідовність процесів реалізації спадкової інформації організму.

А 1 - 2 - 3 - 4

Б 2 - 3 - 4 - 1

В 2 - 4 - 1 - 3

Г 3 - 1 - 4 - 2

9. На уроці біології для обговорення процесу поділу клітин клас поділили на дві групи. Перша група зазначила, що внаслідок мітозу утворюються дочірні клітини зі спадковою інформацією, яка тотожна материнській клітині. Друга група зазначила, що таких клітин утворюється чотири. Яка група висловила правильне судження?

А лише перша

Б лише друга

В обидві групи

Г жодна із груп

Тестове завдання з коротким описом (3 бали)

10. Схарактеризуйте процес трансляції за наведеними ознаками.

Місце, де відбувається

1 ядро

2 комплекс Гольджі

3 ендоплазматична сітка

Обов’язковим фактором є наявність молекули

1 ДНК

2 іРНК

3 вуглеводів

Забезпечує синтез молекули

1 ДНК

2 мРНК

3 білка

Дайте відповідь на вибране вами завдання (3 бали)

1. Поясніть взаємозв’язок процесів реалізації спадкової інформації.

2. Поясніть значення відкриття генетичного коду для подальшого розвитку біології.





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