§ 22. ГЕН И ЕГО СТРОЕНИЕ

Основные понятия и ключевые термины: ГЕН. Структурные гены. Регуляторные гены.

Вспомните! Что такое ядро?

Новости науки

• Во время исследований учёные обнаружили гены, влияющие на уровень интеллекта.

• Учёные обнаружили группу генов, которые позволяют некоторым людям выглядеть на 10 лет моложе своего возраста.

• Учёные обнаружили в организме человека гены, отвечающие за регенерацию органов и тканей.

Что же такое гены?

СОДЕРЖАНИЕ

Как организована наследственная информация в клетках?

Кроме информации, которую клетка получает из среды, у неё есть собственная внутренняя наследственная информация. Клетка её получила от материнской клетки, и она закодирована в виде определённой последовательности нуклеотидов в генах (ил. 51).

ГЕН (от греч. генос - род, происхождение) - это участок ДНК, содержащий информацию о первичной структуре молекулы белка или РНК и определяющий возможность развития признака. Карие глаза человека, голубой цвет крови кальмара, толстый ствол баобаба, ядовитость мухомора зелёного - всё это определяется свойствами закодированных белков, синтезируемых в клетках.

Представление о гене как о наследственном факторе существенно менялись и дополнялись. В 1865 г. Г. Мендель доказал существование наследственных «задатков», которые датский генетик В. Иогансен в 1909 г. назвал генами. В первой трети ХХ в. благодаря генетическим исследованиям дрозофил Т. Х. Морган установил, что гены линейно расположены в хромосомах ядра, они могут подвергаться мутациям, и при передаче от родителей к потомкам происходит их перераспределение - рекомбинация (ил. 52).

Ил. 51. Уровни организации наследственной информации (ядро - хромосома - ген - ДНК)

Ил. 52. Дрозофила фруктовая (1) и нейроспора густая (2) - модельные организмы для генетических исследований

В начале 40-х годов XX в. исследование гриба нейроспоры (Neurospora crassa) позволило сформулировать понятие о генах как участках ДНК, а открытие Дж. Уотсоном и Ф. Криком пространственной структуры ДНК в 1953 г. дало начало бурному развитию молекулярной биологии гена. Вскоре были открыты способы записи генетической информации (Р. В. Холли, Г. Г. Корана, М. В. Ниренберг) и механизмы её сохранения и реализации (С. Очоа, А. Корнберг). В дальнейшем были исследованы особенности организации генетического материала у прокариотов, эукариотов и вирусов, клеточных органелл - митохондрий и хлоропластов, механизмы контроля деятельности генов (Ф. Жакоб, А. Львов, Ж. Моно), открыты мобильные генетические элементы (Б. Мак-Клинток), прерывистая структура генов (Р. Робертс, Ф. Шарп), расшифрована структура геномов ряда организмов.

Уже более 150 лет учёные изучают гены, сделаны научные открытия, объясняющие структуру, свойства, взаимодействие генов, но поиски ответов на вопрос «Что такое ген?» продолжаются.

Итак, наследственная информация записана на ДНК в виде генов, гены - в хромосомах, хромосомы организованы в ядре, а ядро благодаря этой генетической информации организует жизнедеятельность клетки.

Каковы основные положения современной теории гена?

Научные знания, сформировавшиеся после многолетних исследований основ наследственности, обобщены в виде теории гена. Основные положения этой теории таковы.

Ил. 53. Дж. Уотсон - один из авторов открытия пространственной структуры ДНК

1. Ген занимает определённый участок (локус) в хромосоме. Хромосомы являются материальными носителями наследственности.

2. Ген - часть молекулы ДНК, имеет определённую последовательность нуклеотидов и является функциональной единицей наследственной информации. Количество нуклеотидов, входящих в состав различных генов, различно.

3. Внутри гена могут происходить рекомбинации (перераспределение генетического материала) и мутации (изменения генетического материала).

4. Существуют структурные и регуляторные гены. Структурные гены кодируют синтез белков. Регуляторные гены контролируют и направляют деятельность структурных генов.

5. Ген непосредственно не участвует в синтезе белка, он является матрицей для образования посредников - разных молекул РНК.

6. Расположение триплетов из нуклеотидов в структурных генах является подходящим (коллинеарным) к аминокислотам в полипептидной цепи, кодируемый данным геном.

7. Молекулы ДНК способны к репарации, поэтому не все повреждения гена приводят к мутации.

8. Генотип состоит из отдельных генов, но функционирует как единое целое. На функцию генов влияют факторы как внутренней, так и внешней среды.

Итак, понятие ген является центральным для молекулярной биологии и молекулярной генетики - наук, позволяющих понять суть жизни на молекулярном уровне её организации.

Каковы функции, свойства и разнообразие генов?

Ген как единица наследственности обеспечивает сохранение наследственной информации, участвует в реализации самоудвоения информации и регуляции метаболизма в клетке. Эти функции генов определяются такими их свойствами, как:

• специфичность - ген содержит наследственную информацию только об определённом продукте или регулирует синтез только одного конкретного белка;

• стабильность - гены способны сохранять свойственный им порядок расположения нуклеотидов;

• лабильность - гены способны к изменениям и могут мутировать;

• взаимодействие генов - гены способны влиять друг на друга при участии белков, являющихся продуктами реализации закодированной в них наследственной информации;

• множественное действие генов - один ген может влиять на развитие нескольких признаков;

• полимерное действие генов - несколько генов могут влиять на формирование одного признака.

По расположению в клетках выделяют ядерные гены и цитоплазматические гены (расположены в митохондриях и хлоропластах). По функциональному значению гены разделяют на структурные и регуляторные. Размеры регуляторных генов, как правило, незначительны - несколько десятков пар нуклеотидов, структурных - сотни и тысячи нуклеотидов. По характеру кодирующей информации выделяют белок-кодирующие гены и РНК-кодирующие гены. По активности различают конститутивные и неконститутивные гены. Конститутивные гены - это постоянно активные гены, так как белки, которые ими кодируются, необходимы для постоянной клеточной деятельности. Неконститутивные (адаптивные) гены - это гены, которые становятся активными, если белок, который они кодируют, нужен клетке.

Итак, ГЕН - это целостная единица наследственного материала в виде участка РНК или ДНК, расположенного в ядре (нуклеоиде) или цитоплазме, кодирующего первичную структуру полипептидной цепи или молекул рРНК и тРНК или взаимодействующего с регуляторным белком.

ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ

Задание на применение знаний

Сопоставьте предложенные определения с понятиями, заполните табличку ответов и получите название термина, которым обозначают процесс реализации наследственной информации.

Биология + Поэзия

У поэта Лины Костенко в стихотворении «Рана медведя» есть такие строки:

Глухих лесов «прапрааборигены»,

людского духа даже не азы,

но как ни есть - спасибо вам за гены.

Пусть дальше совершенствуется жизнь.

Выскажите свои суждения о практическом значении знаний о генах в различных областях деятельности человека.

ОТНОШЕНИЕ

Биология + Наука

Впервые искусственный ген синтезировал индийский молекулярный биолог Х. Г. Корана (1922-2011) в 1970 г. Это был ген аланиновой тРНК дрожжей, состоящий из 77 нуклеотидов. В первых опытах он не проявлял функциональной активности. В 1976 г. учёному удалось синтезировать ген тирозиновой тРНК кишечной палочки, который после внесения в бактериальную клетку функционировал как природный. Каково научное значение искусственного синтеза генов?

РЕЗУЛЬТАТ

скачать dle 11.0фильмы бесплатно

 

Даний матеріал відноситься до підручника "Биология 9 класс Соболь (новая программа)", створено завдяки МІНІСТЕРСТУ ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ (МОН)