Наследственная информация

Почему дети похожи на родителей, а из семян подсолнечника вырастает подсолнух, а не пшеница? Потому что организм потомков строится по информации, которую он получает от своих родителей. Именно она определяет размер и форму организма, строение и функции его клеток и органов. Эта информация также определяет, например, как кошка будет ловить мышь на охоте. Эту информацию называют наследственной, или генетической.

Наследственная информация содержится в молекулах ДНК, которые есть в каждой клетке организма. В клетках эукариот ДНК входит в состав хромосом, которые содержатся в ядрах клеток. А из клеток образуются все ткани и органы (рис. 19.1).

Гены

Вся наследственная информация организма поделена на отдельные небольшие блоки, которые называют генами.

Рис. 19.1. Наследственная информация в организме человека

Рис. 19.2. Схема образования генных продуктов и признаков организма

Каждый ген представляет собой участок молекулы ДНК. Он отвечает за формирование одного или нескольких признаков организма.

Но большинство признаков формируются в результате взаимодействия нескольких генов.

У прокариот гены сосредоточены в большой кольцевой молекуле ДНК (это нуклеоид, или бактериальная хромосома). Кроме того, они есть в небольших кольцевых молекулах ДНК — плазмидах.

У эукариот гены находятся в хромосомах ядра, митохондриях и пластидах. В зависимости от расположения гены эукариот разделяют на ядерные и неядерные (митохондриальные и гены пластид).

Как работают гены

Как известно, белки состоят из аминокислот, а ДНК — из нуклеотидов. В каждом белке аминокислоты расположены в определенной последовательности. Последовательность нуклеотидов ДНК определяет последовательность аминокислот в молекуле белка, что и обусловливает особенности каждого из них.

Некоторые гены содержат информацию не о молекуле белка, а о молекуле РНК, выполняющей в клетке специальную функцию. Молекулы белка или РНК, строение которых определяется последовательностью нуклеотидов гена, называют генным продуктом.

Для образования генного продукта на соответствующем участке ДНК ферменты сначала синтезируют соответствующую ему по строению молекулу РНК. Далее эта молекула может использоваться в различных клеточных процессах. Или же по информации этой РНК может синтезироваться молекула белка, которая и является генным продуктом (рис. 19.2).

Типы генов

По функциям гены живых организмов можно разделить на две большие группы: структурные и регуляторные. Структурные гены содержат информацию о строении молекул белков или РНК, которые входят в состав органелл или цитоплазмы клеток.

Регуляторные гены тоже содержат информацию о структуре молекул белков или РНК. Но их задача — регулировать работу структурных генов. Они могут ее ускорить или замедлить. Или вовсе прекратить синтез генного продукта, который клетке в настоящее время не нужен.

Рис. 19.3. Компоненты генома человека

Геном

Все гены организма входят в состав генома. Кроме генов в состав генома организма также входят участки молекулы ДНК, не образующие генных продуктов (рис. 19.3). Именно геном регулирует все процессы в клетке. Это синтез необходимых веществ, взаимодействие клеток между собой, реакция на внешние раздражители и другие процессы.

Размер геномов живых организмов выражается двумя способами. В одном случае считают число генов, а в другом — число пар нуклеотидов в цепях ДНК.

Размер генома некоторых видов живых организмов

Генетический код

Как вы уже знаете, строение молекулы белка определяется последовательностью нуклеотидов в ДНК. Поэтому ученые говорят, что строение белка закодировано в ДНК. Каждая аминокислота кодируется с помощью трех нуклеотидов. Такая тройка (триплет) нуклеотидов, соответствующая определенной аминокислоте, называется кодоном. Система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот, согласно которой определенная последовательность нуклеотидов в молекулах ДНК и РНК определяет последовательность аминокислот в молекуле белка, называется генетическим кодом.

Рис. 19.4. Соответствие между триплетами нуклеотидов и аминокислотами

Большинство живых организмов хранит наследственную информацию в молекулах ДНК. Но есть и исключения. Некоторые вирусы хранят наследственную информацию в молекулах РНК, а их гены, соответственно, являются участками РНК.

Информация, которая определяет свойства организма и передается от родителей к потомкам, называется наследственной. Наследственная информация записана в генах — участках ДНК, каждый из которых выполняет одну или несколько функций. Гены делятся на структурные и регуляторные. Всю совокупность генов организма называют геномом. Система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот называется генетическим кодом.