Підручник з Біології. 9 клас. Задорожний - Нова програма

Збереження та реалізація спадкової інформації

19. 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.

Мал. 19.1. Спадкова інформація в організмі людини

Мал. 19.2. Схема утворення продуктів генів та ознак організму

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 нуклеотидів. 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.

Мал. 19.3. Компоненти геному людини

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

Організм

Приблизна кількість генів

Приблизна кількість пар нуклеотидів

Кишкова паличка

4 200

4,6 млн

Тополя

73 000

480 млн

Пекарські дріжджі

6 200

12,1 млн

Шовкопряд

14 000

432 млн

Миша

20 200

2,7 млрд

Людина

20 000

3,2 млрд

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.

Мал. 19.4. Відповідність між триплетами нуклеотидів та амінокислотами

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.

Перевірте свої знання

1. Яка речовина зберігає спадкову інформацію у клітинах живих організмів? 2. Що таке ген? 3. Які існують типи генів? 4. Чим відрізняються між собою структурні й регуляторні гени? 5. Що таке геном? 6. До яких наслідків для клітини може призвести пошкодження регуляторного гена, який припиняє синтез одного з ферментів? 7*. На малюнку 19.3 у параграфі видно, що ділянки ДНК, які кодують структуру білкових молекул, становлять дуже невелику частину геному. Складіть список функцій, які можуть виконувати інші частини геному. 8*. Чому амінокислоти не можуть кодуватися парами нуклеотидів?