Збереження та реалізація спадкової інформації. Гени та геноми
Коли
ви знайомилися з хімічним складом клітини, ви розглянули таку групу
органічних речовин, як нуклеїнові кислоти. Які особливості будови
притаманні цим речовинам? Які функції в клітинах вони виконують? Також
пригадайте, що вивчає генетика.
Спадкова інформація
Чому
діти схожі на батьків, а з насіння соняшника виростає соняшник, а не
пшениця? Тому що організм нащадків будується за інформацією, яку він
отримує від своїх батьків. Саме вона визначає розмір і форму організму,
будову й функції його клітин та органів. Ця інформація також визначає,
наприклад, як пшениця буде захищатися від паразитичних грибків та як
кішка буде хапати мишу під час полювання. Цю інформацію називають
спадковою, або генетичною.
Спадкова інформація міститься в молекулах ДНК, які є в кожній клітині організму.
У
клітинах еукаріотів ДНК входить до складу хромосом, які містяться в
ядрах клітин. А з клітин утворюються всі тканини й органи (мал. 19.1).
Гени
Уся спадкова інформація організму поділена на окремі невеличкі блоки, які називають генами.
Кожний
ген є ділянкою молекули ДНК. Він відповідає за утворення однієї або
кількох ознак організму. Але більшість ознак утворюються в результаті
взаємодії кількох генів.
В
яких структурах розташовані гени? У прокаріотів вони зосереджені у
великій кільцевій молекулі ДНК (це нуклеоїд або бактеріальна хромосома).
Крім того, вони є в невеликих кільцевих молекулах ДНК — плазмідах.
В
еукаріотів гени містяться в хромосомах ядра, мітохондріях і пластидах.
Відповідно до місця розташування гени еукаріотів поділяють на ядерні,
мітохондріальні та гени пластид.
Як працюють гени
Як
відомо, білки складаються з амінокислот, а ДНК — з нуклео-тидів. У
кожному з білків амінокислоти розташовані в певній послідовності.
Послідовність нуклеотидів ДНК визначає послідовність амінокислот у
молекулі білка, що й зумовлює особливості кожного з них. У кожному гені
послідовність нуклеотидів різна. Тому різні гени містять інформацію про
будову різних молекул білка.
Деякі
гени містять інформацію не про молекулу білка, а про молекулу РНК, яка
виконує в клітині якусь окрему функцію. Молекули білка або РНК, будова
яких визначається послідовністю нуклеотидів гена, називають продуктом
гена.
Для
утворення продукту гена на відповідній ділянці ДНК ферменти спочатку
синтезують (утворюють) відповідну їй за будовою молекулу РНК. Далі ця
молекула може використовуватися в різних процесах у клітині. Або за
інформацією з цієї РНК може синтезуватися молекула білка, яка і є
продуктом гена (мал. 19.2).
Типи генів
За
функціями гени живих організмів можна поділити на дві великі групи:
структурні й регуляторні. Структурні гени містять інформацію про будову
молекул білків та РНК клітини, які входять до складу органел або
цитоплазми клітин.
Регуляторні
гени теж містять інформацію про структуру молекул білків або РНК. Але
їхнє завдання — регулювати роботу структурних генів. Можуть її
прискорити чи вповільнити. Або й зовсім припинити синтез продукту гена,
який клітині на даний час не потрібен.
Геном
Усі
гени організму входять до складу геному. Крім генів до складу геному
організму входять ділянки молекули ДНК, які не утворюють продуктів (мал.
19.3). Саме геном регулює всі процеси в клітині. Це утворення потрібних
речовин, взаємодія клітин між собою, реакція на зовнішні подразники та
інші процеси.
Розмір
геномів живих організмів визначається двома різними способами. У
першому випадку рахують кількість генів, а у другому — кількість пар
нуклеотидів у ланцюгах ДНК.
Розмір геному деяких видів живих організмів
Генетичний код
Як
ви вже дізналися, будова молекули білків визначається послідовністю
нуклеотидів у ДНК. Тому вчені говорять, що будова білка закодована в
ДНК. 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.
У
молекулах ДНК спадкову інформацію зберігає більшість живих організмів.
Але є й винятки. Деякі віруси можуть зберігати спадкову інформацію в
молекулах РНК, а їхні гени, відповідно, є ділянками РНК.
Інформація,
яка визначає властивості організму й передається від батьків до їхніх
нащадків, називається спадковою. Спадкова інформація записана в генах
— ділянках ДНК, кожна з яких виконує одну або кілька функцій. Гени
поділяються на структурні й регуляторні. Всю сукупність генів організму
називають геномом. Система запису спадкової інформації в молекулах
нуклеїнових кислот називається генетичним кодом.
Будова генів прокаріотів та еукаріотів
Згадайте,
яка речовина є носієм спадкової інформації в живих організмах.
Повторіть, що таке ген. Які бувають типи генів? У чому полягає різниця
між структурними й регуляторними генами?
Гени прокаріотів
Схема будови гена
Всі
гени мають однакову схему будови. Вони складаються з кількох ділянок
(мал. 20.1). 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. Крім того, до складу гена входять регуляторні ділянки, які
регулюють його роботу.
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 (мал. 20.2). 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.
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 (мал. 20.3).
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.
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.
Немає коментарів:
Дописати коментар