Підручник з Біології і екології (рівень стандарту). 10 клас. Андерсон - Нова програма

§ 36. Цитоплазматична спадковість

Чому мітохондрії та хлоропласти називають напівавтономними органелами? Які функції притаманні мітохондріям і пластидам?

Яку будову мають статеві клітини людини?

У попередніх параграфах ми з’ясували, як гени, що містяться в хромосомах ядра, можуть визначати різні ознаки, як ці гени передаються з покоління в покоління та до яких закономірностей успадкування ознак це призводить. Проте ви пам’ятаєте, що не весь геном еукаріотичних клітин міститься в ядрі - частина ДНК зберігається в мітохондріях і пластидах. Така ДНК також містить гени, які можуть зумовлювати певні ознаки.

Успадкування ознак, за які відповідають гени, що містяться в ДНК мітохондрій або пластид, називають цитоплазматичним, або позаядерним.

Особливості цитоплазматичного успадкування. Геном мітохондрії складається з кількох кільцевих молекул ДНК (мтДНК). Розмноження цих органел відбувається шляхом простого поділу, а метаболічно активні клітини можуть мати сотні таких органел. Тому в разі виникнення в мтДНК мутації, у клітині швидко може накопичитися значна кількість копій ушкодженого гена, що негативно вплине на роботу мітохондрій, а отже - на енергетичний обмін у клітині. Це може супроводжуватися розвитком патологій. їхнє успадкування відрізняється від того, що ми розглядали раніше. Ви пам’ятаєте, що в багатьох організмів, включаючи людину, статеві клітини мають суттєво різну будову. Сперматозоїди є невеликими клітинами, що містять мало цитоплазми та мітохондрій (у людини це одна спіральна органела). Натомість яйцеклітини мають порівняно великий об’єм цитоплазми зі значною кількістю мітохондрій (сотні або тисячі).

Рис. 167. Розташування в клітині позаядерної ДНК

Порівняйте ядерну та мітохондріапьну ДНК

Під час запліднення всередину яйцеклітини проникає лише ядро, а відтак мітохондріальні гени батьківського організму не передаються до зиготи. Навіть якщо мітохондрія зі сперматозоїда й проникне в цитоплазму яйцеклітини, вона буде зруйнована. Таким чином, дитина отримує мітохондріальні гени лише від своєї матері (рис. 168). Відповідні ознаки будуть виявлятися незалежно від статі. Іншими словами, якщо мати має мітохондріальне захворювання, його матимуть усі її діти. Від батька ж такі гени дітям не передаються.

У рослин, окрім мітохондрій, є пластиди, які також мають власну ДНК. Успадкування ознак, зумовлених наявними в ній генами, має подібні закономірності.

Цитоплазматична спадковість у людини. У людини позаядерна ДНК міститься лише в мітохондріях. Вони мають 37 генів, які кодують деякі потрібні для функціонування цих органел білки, а також необхідні для біосинтезу білків тРНК та рРНК. Розлад роботи мітохондрій може призвести до порушення синтезу ними АТФ, а відтак - впливати на енергетичний обмін клітин і функціонування всього організму. Із цього випливає, що люди з ураженнями мітохондріальних функцій матимуть такий набір симптомів: уповільнений ріст, м’язова слабкість, підвищена втомлюваність, серцева недостатність і низка проблем з функціонуванням нервової системи, нирок і дихання - ураженими будуть усі органи, які потребують значної кількості енергії для своєї роботи. Прикладом є синдром MERRF (Myoclonic Epilepsy with Ragged Red Fibers). Він пов’язаний з мутацією в гені, що кодує одну з тРНК (переносить лізин). Це призводить до порушення синтезу білків, до складу яких входить відповідна амінокислота (рис. 169).

Рис. 168. Особливості мітохондріального успадкування в людини

Рис. 169. Перерізи нормального (зліва) та ураженого (справа) м’язів за синдрому MERRF

Червоним кольором пофарбовано мітохондрії. Під час хвороби під мембраною м’язового волокна накопичується велика кількість уражених мітохондрій.

1. Дайте означення поняття цитоплазматичне успадкування.

2. Чим відрізняється успадкування ядерних і позаядерних генів?

3. Наведіть приклади цитоплазматичної спадковості в людини.

4. У чому полягає біологічна роль цитоплазматичної спадковості?

5. Обґрунтуйте значення цитоплазматичної спадковості для організму людини.