Підручник Біологія 9 клас - В. І. Соболь - Абетка 2017

Тема 4. ЗБЕРЕЖЕННЯ ТА РЕАЛІЗАЦІЯ СПАДКОВОЇ ІНФОРМАЦІЇ

Гени виявляють свою дію, визначаючи синтез білків, що є дуже потужним

способом впливу на навколишній світ.

Річард Докінз

§ 22. ГЕН ТА ЙОГО БУДОВА

Основні поняття й ключові терміни: ГЕН. Структурні гени. Регуляторні гени.

Пригадайте! Що таке ядро?

Новини науки

■ Під час досліджень вченими було виявлено гени, які впливають на рівень інтелекту.

■ Вчені знайшли групу генів, що дають змогу деяким людям виглядати на 10 років молодше за свій вік.

■ Вчені виявили в організмі людини гени, що відповідають за регенерацію органів і тканин.

Що ж таке гени?

ЗМІСТ

Як організована спадкова інформація в клітинах?

Окрім інформації, яку клітина отримує із середовища, у неї є власна внутрішня спадкова інформація. Клітина її отримала від материнської клітини, і вона закодована у вигляді певної послідовності нуклеотидів у генах (іл. 51).

ГЕН (від грец. генос - рід, походження) - це ділянка ДНК, що містить інформацію про первинну структуру молекули білка або РНК і визначає можливість розвитку ознаки. Карі очі людини, блакитний колір крові кальмара, товстий стовбур баобаба, отруйність мухомора зеленого - все це визначається властивостями закодованих білків, що синтезуються в клітинах.

Уявлення про ген як про спадковий фактор істотно змінювалися й доповнювалися. У 1865 р. Г. Мендель довів існування спадкових «задатків», які данський генетик В. Йогансен в 1909 р. назвав генами.

Іл. 51. Рівні організації спадкової інформації (ядро - хромосома - ген - ДНК)

У першій третині ХХ ст. завдяки генетичним дослідженням дрозофіл Т. Х. Морган установив, що гени лінійно розташовані в хромосомах ядра, вони можуть зазнавати мутацій, і під час передачі від батьків до нащадків відбувається їх перерозподіл - рекомбінація (іл. 52).

На початку 40-х років XX ст. дослідження гриба нейроспори (Neurospora crassa) дало змогу сформулювати поняття про гени як ділянки ДНК, а відкриття Дж. Уотсоном і Ф. Кріком просторової структури ДНК у 1953 р. розпочало бурхливий розвиток молекулярної біології гена. Незабаром було розкрито способи запису генетичної інформації (Р. В. Холлі, Г. Г. Корана, М. В. Ніренберг) і механізми її збереження та реалізації (С. Очоа, А. Корнберг). У подальшому були досліджені особливості організації генетичного матеріалу у прокаріотів, еукаріотів і вірусів, клітинних органел - мітохондрій і хлоропластів, механізми контролю діяльності генів (Ф. Жакоб, А. Львов, Ж. Моно), відкрито мобільні генетичні елементи (Б. Мак-Клінток), переривчасту структуру генів (Р. Робертс, Ф. Шарп), розшифровано структуру геномів ряду організмів.

Уже понад 150 років науковці вивчають гени, зроблені наукові відкриття, що пояснюють структуру, властивості, взаємодію генів, але пошуки відповідей на запитання «Що таке ген?» тривають.

Отже, спадкова інформація записана на ДНК у вигляді генів, гени - в хромосомах, хромосоми організовані у ядрі, а ядро завдяки цій генетичній інформації організовує життєдіяльність клітини.

Які основні положення сучасної теорії гена?

Сучасна теорія гена ґрунтується на засадах нового напряму, який Дж. Уотсон (1928) назвав молекулярною біологією гена. Наукові знання, що сформувалися після багаторічних досліджень основ спадковості, узагальнено у вигляді теорії гена. Основні положення цієї теорії такі.

Іл. 53. Дж. Уотсон - один із авторів відкриття просторової структури ДНК

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.

Іл. 52. Дрозофіла чорночерева (1) і нейроспора густа (2) - модельні організми для генетичних досліджень

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 поліпептидному ланцюзі, який 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, так і зовнішнього середовища.

Отже, поняття ген є центральним для молекулярної біології й молекулярної генетики - наук, що дають змогу зрозуміти сутність життя на молекулярному рівні його організації.

Якими є функції, властивості й різноманітність генів?

Ген як одиниця спадковості забезпечує збереження спадкової інформації, бере участь у реалізації самоподвоєння інформації та регуляції метаболізму в клітині. Ці функції генів визначаються такими їхніми властивостями, як:

■ специфічність - ген містить спадкову інформацію лише про певний продукт або регулює синтез лише одного конкретного білка;

■ стабільність - гени здатні зберігати властивий їм порядок розташування нуклеотидів;

■ лабільність - гени здатні до змін і можуть мутувати;

■ взаємодія генів - гени здатні впливати один на одного за участі білків, що є продуктами реалізації закодованої у них спадкової інформації;

■ множинна дія генів - один ген може впливати на розвиток декількох ознак;

■ полімерна дія генів - декілька генів можуть впливати на формування однієї ознаки.

Накопичені знання про гени зумовлюють існування декількох варіантів класифікації. За розташуванням у клітинах виокремлюють ядерні гени й цитоплазматичні гени (розташовані в мітохондріях і хлоропластах). За функціональним значенням гени поділяють на структурні й регуляторні. Розміри регуляторних генів, як правило, незначні - кілька десятків пар нуклеотидів, структурних - сотні й тисячі нуклеотидів. За характером кодуючої інформації виокремлюють білок-кодувальні гени і РНК-кодувальні гени. За активністю розрізняють конститутивні й неконститутивні гени. 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.

Отже, 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.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на застосування знань

Зіставте запропоновані визначення із поняттями, заповніть табличку відповідей та отримайте назву терміна, яким позначають процес реалізації спадкової інформації.

1 Функціональна одиниця спадкової інформації

Ет Ген

2 Матеріальні носії спадкової інформації

Е2 Рекомбінація

3 Малі молекули, що є мономерами нуклеїнових кислот

І Генотип

4 Зміна генетичного матеріалу

К Хромосоми

5 Механізми виправлення пошкоджень ДНК

П Мутація

6 Перерозподіл генетичного матеріалу

Р Репарація

7 Ділянка розташування гена в хромосомі

С Нуклеотиди

8 Сукупність генів організму

С2 Локус

9 Сукупність реакцій синтезу й розпаду речовин

Я Метаболізм

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Біологія + Поезія

У поета Ліни Костенко у вірші «Рана ведмедя» є такі рядки:

Глухих лісів німі аборигени,

людського духу навіть не ази,

вже як не є - спасибі вам за гени.

Хай грають далі в довгої лози.

Висловіть свої судження щодо практичного значення знань про гени в різних галузях діяльності людини.

СТАВЛЕННЯ

Біологія + Наука

Уперше штучний ген синтезував індійський молекулярний біолог Х. Г. Корана (1922 - 2011) у 1970 р. Це був ген аланінової тРНК дріжджів, що складався із 77 нуклеотидів. У перших дослідах він не виявляв функціональної активності. У 1976 р. науковцю вдалося синтезувати ген тирозинової тРНК кишкової палички, який після внесення у бактеріальну клітину функціонував як природний. Яке наукове значення штучного синтезу генів?

РЕЗУЛЬТАТ

Оцінка

Завдання для самоконтролю

1 - 6

1. Що таке гени? 2. Яка хімічна сполука містить гени? 3. Де містяться гени в клітинах? 4. Назвіть типи генів. 5. Назвіть основні функції генів. 6. Назвіть основні властивості генів.

7 - 9

7. Як організована спадкова інформація в клітинах? 8. Які основні положення сучасної теорії гена? 9. Опишіть функції, властивості й різноманітність генів.

10 - 12

10. Яке наукове й практичне значення мають дослідження генів?




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