Войти
Закрыть

Механізми спадковості

10 Клас

У попередньому параграфі ми розглянули мітоз — спосіб клітинного поділу еукаріотів, у результаті якого з однієї материнської клітини формуються дві дочірні з ідентичними наборами хромосом. Однак, це не єдиний тип клітинного поділу що існує в природі. Уявімо, що в нас є два еукаріотичні організми, які не ідентичні один одному та мають подвійний набір хромосом. Для спрощення припустимо, що організми — одноклітинні, гаплоїдний набір хромосом складається з двох хромосом, а диплоїдний — із чотирьох. Кожен із цих організмів може ділитися шляхом мітозу, створюючи при цьому ідентичних собі клонів. Але є спосіб обміну генетичним матеріалом між подібними неідентичними організмами з утворенням потомства, що має свій унікальний генетичний матеріал. Для цього наші одноклітинні організми вдаються до особливого способу клітинного поділу — мейозу1. У ньому, на відміну від мітозу, утворюється не дві клітини, а чотири (рис. 31.1). При цьому вони різні й несуть одинарний набір хромосом, у нашому випадку — дві хромосоми. Такі клітини дуже відрізняються від вихідних і здатні зливатися одна з одною в процесі, що має назву запліднення. Якщо такі клітини, що утворюються в різних організмів, зливаються одна з одною, то відбувається відновлення подвійного набору хромосом, у якому є хромосоми обох «батьків». Як бачимо, отримані в результаті мейозу та запліднення нащадки відрізняються від обох вихідних «батьків»....
0 Переглянути

Хромосоми. Каріотип

10 Клас

Спадкова інформація кожного організму записана у вигляді окремих одиниць — генів, продукти роботи яких і створюють те «багатоголосся молекулярного оркестру», що народжує життя. При цьому геном містить величезну кількість генів: бактерії-внутрішньоклітинні паразити, мають не менше 500 генів, а кількість генів у еукаріот коливається від п’яти до декількох десятків тисяч. При цьому всі гени вміщуються на одній або кількох молекулах ДНК1. їхні розміри величезні: молекула ДНК кишкової палички містить п’ять мільйонів пар нуклеотидів, а всі молекули ДНК ядра гамети людини — узагалі три мільярди пар! Якщо витягнути цю ДНК у лінію, то отримаємо ланцюжок довжиною 2 м при тому, що середній діаметр клітини людини 10 мкм. Величезна довжина ДНК спричиняє в клітинах ряд суттєвих ускладнень. По-перше, така довга молекула буде нестабільною через високу ймовірність виникнення розриву ланцюга, що може призвести до фатальних наслідків. По-друге, ця величезна молекула повинна вміститися в порівняно крихітному об’ємі всередині клітини. Але хоча ланцюг ДНК і довгий, він займає винятково мало місця: при довжині сукупної ДНК ядра клітини людини у 2 м, її діаметр — приблизно 2 нм. Тобто об’єм ДНК (точніше, циліндра з такими параметрами) складає трохи більше шести кубічних мікрометрів, що з легкістю вміщується в сферу діаметром три мікрометри. А діаметр ядра клітини людини приблизно дорівнює 6 мкм. Набагато важливіше охайно спакувати цю ДНК, щоб зробити можливою роботу з нею ферментативних систем клітини: ДНК не повинна бути безладно сплутаним клубком ниток — працювати з нею в такому стані було б украй незручно. 1 Винятком є організація геному в макронуклеусі (великому ядрі) інфузорій: у ньому кожен ген уміщується на окремій молекулі ДНК. Для подолання цих проблем — збільшення стабільності й охайної упаковки — ДНК у клітинах утворює комплекси з білками — хромосоми. Хромосоми є великими макромолекулярними комплексами, склад і будова яких відрізняється не лише в різних організмів, але й в одного організму на окремих стадіях життєвого й клітинного циклу. Хромосоми прокаріот найчастіше кільцеві: у них молекула ДНК замкнена сама на себе, при цьому в неї відсутні вільні кінці. В еукаріот хромосоми лінійні. У той же час, із цих правил існує значна кількість винятків. Так, у бактеріального збудника хвороби Дайма, стрептоміцетів і агробактерії, яка викликає появу пухлин у рослин, у клітині наявні лінійні хромосоми. А ось деякі...
0 Переглянути

Генетичний код і трансляція

10 Клас

У результаті транскрипції гену, що кодує білок, утворюється молекула матричної РНК. Саме вона містить інформацію про послідовність з’єднання амінокислотних залишків у ланцюжок білка. Але якщо у випадку транскрипції рибонуклеотиди мРНК потребують відповідності дезоксирибонуклеотидам згідно з принципом комплементарності, то для синтезу молекули білка клітині треба дібрати відповідно до нуклеотидів мРНК амінокислоти. Для цього повинне бути правило. Воно й має назву генетичний код. Клітина використовує генетичний код через необхідність, бо нуклеїнові кислоти та білки «розмовляють різними мовами»: нуклеїнові кислоти — мовою нуклеотидів, а білки — мовою амінокислот. Клітині доводиться перекладати з мови нуклеотидів на мову амінокислот1. Але клітина має тільки чотири нуклеотиди, аби закодувати 21 амінокислоту. Це нелегко, чи не так? Проте цю проблему можна розв’язати, добираючи у відповідність амінокислоті комбінацію з нуклеотидів. Якщо кодувати амінокислоти двійками нуклеотидів, то отримаємо 4x4=16 комбінацій. Цього замало, щоб кодувати все різноманіття амінокислот (їх понад 20). Але якщо кодувати їх трійками, то отримаємо 4x4x4 = 64 комбінації, тобто цілком достатньо для кодування всіх амінокислот. І справді, для кодування амінокислот клітина використовує трійки нуклеотидів, так звані триплети. Таблиця 29.1 демонструє генетичний код клітини. 1 Можна стверждувати, що матрична РНК теж написана мовою білків, просто іншими символами — нуклеотидами. Є неправильним розгляд перекладу із мови нуклеїнових кислот на мову білків як переклад з англійської на українську....
0 Переглянути

Регуляція експресії генів

10 Клас

За оцінками вчених, геном людини містить 22—23 тисячі генів, що кодують білки. Але в окремій клітині, наприклад, клітині серцевого м’яза — кардіоміоциті — лише незначна їх частина є активною. Тобто транскрипція відбувається лише з декількох сотень генів. Про такі гени кажуть, що вони експресуються. Інші є активними лише на стадії ембріонального розвитку, але не експресуються в дорослої людини, деякі активні лише в чоловіків, інші — лише в жінок. Якщо порівняти перелік генів, активних у клітині серцевого м’яза й у клітині печінки, то виявиться, що деякі збігаються. Тобто певні гени експресуються в обох типах клітин і утворюються відповідні білки. Серед них будуть гени білків, що задіяні в біосинтезі білка, отриманні енергії тощо. Все це так звані гени домашнього господарства: вони працюють у всіх клітинах і забезпечують їхні базові життєві функції. Але є гени, які активні лише в окремих типах клітин. Так, у клітинах серцевого м’яза активно експресується ген міозину II, що бере участь у формуванні міофібрил, а в клітинах печінки — ген сироваткового альбуміну, основного білка плазми крові. Відмінності в наборі активних генів у різних типах клітин призводять до різного набору білків у них. Саме відмінності в наборі білків клітин визначають структурну та функціональну різницю між ними (рис. 28.1). Яким же чином організм регулює вибіркову роботу одних генів і «мовчання» інших? Щоб відповісти на це питання, звернемося до молекулярної машини, яка забезпечує транскрипцію генів — РНК-полімерази. Основний білок, залучений до транскрипції, — РНК-полімераза. Як і у випадку з ДНК-полімеразою, РНК-полімераза будуватиме полінуклеотидний ланцюг, але як мономерні ланки використовуватиме рибонуклеотиди. Вони мають подібну до дезокеирибонуклеотидів будову і містять три послідовно з’єднані залишки ортофосфатної кислоти, приєднані до цукру рибози. РНК-полімераза відщеплює два з них, а енергію, що при цьому виділяється, використовує для включення нуклеотиду до ланцюга, а також для переміщення вздовж ДНК. Цим вона дуже нагадує ДНК-полімеразу. РНК-полімераза утворює нитку РНК за принципом комплементарноеті, лише на місце тиміну ставить урацил. Реалізація принципу комплементарності досягається завдяки тому, що на короткій ділянці, яку займає РНК-полімераза, формується дволанцюговий спіральний комплекс із нитки ДНК та комплементарної нитки наново синтезованої РНК (рис. 28.2)....
0 Переглянути

Геноми

10 Клас

Нагадаємо, що інформація про будову, розвиток і функціонування організмів зберігається в молекулах ДНК у вигляді цитоплазматичних молекул РНК та модифікацій білків, пов’язаних із ДНК. Проте частка такої інформації надзвичайно мала. Більша частина ДНК у клітині спакована у вигляді комплексів з білками — хромосом. У бактерій зазвичай одна хромосома, в еукаріотів — багато. Також клітини містять позахромосомну ДНК. У бактерій — це плазміди — невеликі молекули ДНК, що часто зумовлюють патогенність або стійкість до антибіотиків. Плазміди дуже різноманітні та, як правило, дають ту чи іншу перевагу в середовищі існування. Так, у присутності антибіотика бактерії, що мають плазміду, яка містить гени стійкості, отримують перевагу порівняно з бактеріями, позбавленими такого захисту. На щастя, для бактерій (і, на жаль, для нас!), вони можуть обмінюватися своїми плазмідами, поширюючи гени стійкості. Однак якщо антибіотик вилучити із середовища, у якому ростуть бактерії (тобто стійкі бактерії більше не отримуватимуть переваги), то вони поступово почнуть втрачати ці плазміди. Плазміди також були виявлені в деяких одноклітинних еукаріотів: хлорел, хламідомонад і хлібопекарських дріжджів. Використовуючи методи генної інженерії, учені можуть уводити плазміди до еукаріотичних клітин навмисно, щоб примусити їх синтезувати той чи інший білок або РНК. Проте в еукаріотів у великій кількості наявні позахромосомні ДНК іншого типу — ДНК органел. Мітохондрії та хлоропласти також несуть молекули ДНК, що кодують частину білків і РНК цих органел (рис. 27.1). Із ДНК мітохондрій, хлоропластів і плазмід пов’язана так звана цитоплазматична спадковість, тобто така, яку забезпечують структури поза ядром. Хлоропласти й мітохондрії нащадків походять від цитоплазми зиготи. Оскільки сперматозоїди й спермії зазвичай не приносять свою цитоплазму до зиготи, то всі мітохондрії й хлоропласти нащадків мають материнське походження. Сукупність усієї спадкової інформації у вигляді ДНК, що міститься в клітині організму, називають геномом1....
0 Переглянути

Будова гена

10 Клас

У попередньому параграфі ми розглянули, як інформація про будову ДНК послідовно реалізується в процесах транскрипції, а потім трансляції. Спочатку РНК-полімераза синтезує матричну РНК на молекулі ДНК, а потім рибосома синтезує білок, зчитуючи інформацію з матричної РНК. В еукаріотів одна матрична РНК зазвичай містить інформацію про будову цілого типу білкових молекул. Ця матрична РНК синтезується з особливої ділянки ДНК, що має назву ген. Отже, інформація про послідовність амінокислотних залишків у молекулі білка закодована в особливій ділянці молекули ДНК — гені. Проте гени кодують не лише матричні РНК. Транспортні, рибосомальні та інші типи РНК також кодуються своїми генами, однак ці РНК ніколи не піддаються трансляції, залишаючись назавжди РНК. Отже, ми можемо сформулювати ширшу дефініцію гена: ген — це ділянка ДНК, що кодує молекулу РНК. Проте навіть таке визначення є недосконалим. Під нього не підлягають, наприклад, гени вірусів із РНК-геномом. Також зрозуміло, що часто в еукаріотів з одного гена синтезується кілька різних молекул РНК. А в прокаріотів кілька генів можуть кодувати одну молекулу РНК. Інше, ширше визначення: ген — це ділянка нуклеїнової кислоти (РНК або ДНК), що кодує молекулу РНК. Під таку дефініцію потрапляють уже і гени РНК-вмісних вірусів. При цьому важливо відзначити ряд властивостей генів. • Молекула РНК, що кодується, завжди коротша за матричну молекулу. • Гени мають кордони — початок і кінець. Не завжди вони точно визначені, але початок і кінець постійно простежуються. • Більшість генів кодує матричні РНК і, відповідно, білки....
0 Переглянути

Основні поняття генетики

10 Клас

Сьогодні ми почнемо з вами вивчення генетики. Предметом дослідження цієї біологічної дисципліни є закономірності спадковості й мінливості організмів. Під спадковістю розуміють здатність організмів передавати свої ознаки нащадкам. Часто можна почути, що діти мають «очі батькові, волосся мамине, а зростом — ні в матір, ні в батька». Саме встановленням закономірностей успадкування і займається генетика. Але жодні спадкові зміни не могли б бути встановлені без урахування впливу мінливості, неодмінно наявної в організмів. Під мінливістю розуміють різноманіття прояву тієї чи іншої ознаки в популяції, а також здатність набувати таких відмінностей протягом життя. Погляньте на своїх однокласників і однокласниць — ви неодмінно знайдете відмінності між ними в кольорі волосся, очей, зрості, формі носа тощо. Усе це є проявом мінливості ознак. Окрім того, сучасна генетика не лише встановлює принципи спадковості й мінливості, але й заглиблюється в природу цих явищ. Завдяки розумінню процесів, що відбуваються на молекулярному рівні, учені можуть пояснить механізми формування ознак, передачі спадкової інформації й виникнення мінливості. Давайте й ми з вами зануримося в цю область сучасної біології, яка так захоплює! ДНК — зберігач спадкової інформації, записаної в послідовності нуклеотидів Як вам уже відомо, зберігачем інформації про розвиток, будову, функціонування живого організму є ДНК. Її молекула є лінійним полімером — це ланцюжок із нуклеотидных ланок. Усього в ланцюжку містяться нуклеотиди чотирьох типів: аденін, гуанін, цитозин і тимін1. Вони чергуються один із одним, і в порядку їх сполучення зашифровано текст — програму, за якою будується й працює організм. Але інформація про структуру, розвиток і функціонування організмів не розміщена в ДНК безперервно: вона розташована у ділянках, які номінують генами. їхню будову ми розглянемо в наступному параграфі. А зараз лише згадаємо, що альтернативні варіанти одного й того ж гена — алелі — можуть визначати різні прояви ознаки. Однак організмам недостатньо мати надійний зберігай інформації. їм важливо, щоб цю інформацію можна було копіювати й передавати нащадкам....
0 Переглянути

Детоксикація продуктів метаболізму

10 Клас

У результаті процесів обміну речовин утворюються різноманітні сполуки, що не можуть бути використані організмом і потребують виведення. Для усіх сполук, що містять Гідроген, Оксиген і Карбон, кінцевими продуктами метаболізму є вуглекислий газ і вода. Вони не потребують додаткового зменшення токсичності — детоксикації — і виводяться в незмінному вигляді під час дихання, випаровування й сечовиділення. Більш складне становище із продуктами метаболізму Нітрогену. При розщепленні амінокислот утворюється амоніак, який є надзвичайно отруйною речовиною. Різні організми неоднаково підійшли до проблеми його детоксикації. Автотрофи, як правило, не мають з амоніаком проблем тому, що не утворюють його в значних кількостях. Річ у тім, що всю органіку вони синтезують самотужки, тому чітко регулюють скільки нітрогеновмісних сполук їм потрібно й не утворюють зайвого. Якщо ж надлишок амоінаку все-таки з’являється, то він взаємодіє з карбоксильними групами певних амінокислот, перетворюючи їх на аміди (рис. 24.1). Надалі такі амінокислоти з амідними групами можуть накопичуватися у відмерлих тканинах або скидатися разом із листками восени. Подібне утворення амідів із метою детоксикації амоніаку є характерним і для деяких тканин тварин, наприклад, м’язової. Для гетеротрофів, особливо тварин, питання детоксикації амоніаку стоїть гостро. Водні організми, наприклад, кісткові риби й личинки амфібій виводять амоніак через зяброві капіляри в навколишнє середовище (це можливо завдяки значній різниці в концентраціях амоніаку в крові тварин і воді навколо)....
0 Переглянути

Хвороби метаболізму. Якість води

10 Клас

У попередньому параграфі ми обговорили, що таке здорове харчування і як його реалізувати. Цей параграф присвячений хворобам метаболізму — захворюванням, що виникають внаслідок нездорового харчування або через генетичні порушення. Наразі відомо багато таких хвороб, але ми ознайомимося із найпоширенішими з них. Спочатку ми розглянемо хвороби, пов’язані з макронутрієнтами, а згодом ті, у яких задіяні мікронутрієнти. Ожиріння — одне з найрозповсюдженіших захворювань метаболізму Ріст популярності фаст-фудів, недотримання правил раціонального харчування, а також зменшення рівня фізичної активності спричиняють те, що все більше людей страждає від проблем із надлишковою вагою. Одним із критеріїв надлишкової ваги є індекс маси тіла (ІМТ). Цей показник чисельно дорівнює відношенню маси тіла у кілограмах до квадрату зросту, вираженому в метрах. ІМТ від 18,5 до 25 кг/м2 вважається нормальним. Якщо ІМТ є більшим за 25 кг/м2, то людина характеризується надлишковою вагою, а ІМТ більший за 30 кг/м2свідчить про ожиріння. За даними ВООЗ, від ожиріння страждає близько 650 млн людей в усьому світі. Головною проблемою надмірної ваги та ожиріння є зростання ймовірності розвитку інших хвороб: серцево-судинних, гормональних, пов’язаних із опорно-руховою системою, онкологічних тощо....
0 Переглянути

Раціональне харчування

10 Клас

У цьому параграфі ми сконцентруємо увагу на практичних навичках, якими ви зможете оволодіти, спираючись на отримані знання про обмін речовин. Харчові продукти містять різноманітні поживні речовини, які потрібні організму для підтримки його життєдіяльності. Розрізняють дві групи поживних речовин: макро- та мікронутрієнти. До макронутрієнтів1 відносять сполуки, що повинні надходити до організму людини у великих кількостях: по кілька десятків грамів на добу. Звичайно, йдеться про білки, жири та вуглеводи, які ми можемо використати як джерело енергії чи будівельний матеріал, та воду. Мікронутрієнтами називають решту поживних речовин, що потрібні в незначних кількостях: менше грама на добу — вітаміни та мінеральні речовини (за винятком води). Поживною, або харчовою цінністю називають макронутрієнтний склад продукту. Тобто поживна цінність описує, яким є співвідношення мас макроелементів у складі продукту. Чому це важливо? Річ у тім, що організм людини щодня має отримувати продукти в певному співвідношенні, потрібному для належного функціонування обміну речовин. Неправильне співвідношення макронутрієнтів, і, як наслідок, нестача якогось із них, спричиняє перебудову метаболізму в напрямку утворення цього компоненту в організмі. Така компенсація потребує додаткових витрат ресурсів організму, оскільки синтез потрібного нутрієнта відбувається за рахунок витрат іншого. Окрім того, не завжди синтез можливий, особливо білків, бо серед амінокислот є незамінні, й якщо вони не надходитимуть до організму в достатній кількості, то утворення більшості білків стане неможливим....
0 Переглянути
Вперед
1 ... 9 10 11 12 13 14 15 16 17 ... 57
Назад

Навігація