Підручник з Біології. 9 клас. Задорожний - Нова програма

21. Геноми. РНК. Реалізація спадкової інформації

Повторіть поняття ген і геном. Які компоненти відповідають за початок і закінчення роботи гена? Назвіть відмінності в будові генів у прокаріотів та еукаріотів. Пригадайте що таке оперон і поясніть у яких живих організмів трапляються оперони.

Особливості геномів прокаріотів та еукаріотів

Прокаріотичні та еукаріотичні організми відрізняються між собою не тільки будовою генів. їхні геноми також мають відмінні риси.

Особливості геномів прокаріотів та еукаріотів

Ознака

Прокаріоти

Еукаріоти

Місце розташування більшості генів геному

Бактеріальна хромосома (нуклеоїд) — велика кільцева молекула ДНК

Хромосоми, що розташовані в ядрі клітини

Інші місця розміщення генів

Плазміди — невеликі кільцеві молекули ДНК

Невеликі кільцеві молекули ДНК у пластидах і мітохондріях

Наявність некодуючих ділянок усередині генів

Відсутні

Присутні у вигляді інтронів

Наявність некодуючих ділянок ДНК поза генами

Присутні в невеликій кількості й мають маленький розмір

Присутні у великій кількості. Складають більшу частину геному

Наявність оперонів

Є

Відсутні

Геноми еукаріотів поділяються на дві великі частини — ядерну й позаядерну. Ядерна частина представлена генами, які розташовані в хромосомах ядра клітини. Позаядерна частина геному представлена ДНК мітохондрій і пластид.

Основні типи РНК

У клітинах існує кілька типів РНК. Вони виконують різні функції і виробляються клітинами в різній кількості. Найчастіше в клітинах трапляються інформаційні, рибосомальні, транспортні та малі ядерні РНК.

Характеристика основних типів РНК

Тип РНК

Особливості будови

Функції

Інформаційна, або матрична, РНК (ІРНК, або мРНК)

Одинарний ланцюжок

Переносить інформацію про послідовність амінокислот у білкових молекулах від ДНК до місця синтезу білків

Рибосомальна РНК (рРНК)

Одинарний ланцюжок має складну форму, утворює комплекси з білками (нуклеопротеїди)

Входить до складу рибосом, які здійснюють синтез білків

Транспортна РНК (тРНК)

Одинарний ланцюжок, різні ділянки якого взаємодіють між собою й утворюють складну просторову форму (мал. 21.1)

Доставляє до місця синтезу білків амінокислоти, які містяться в цитозолі клітини

Малі ядерні РНК (мяРНК)

Одинарні ланцюжки. Невеликі за розміром молекули, які містяться в ядрі клітини. Їх існує кілька різновидів. Зазвичай утворюють комплекси з білками

Беруть участь у процесах дозрівання РНК та регуляції процесів транскрипції

Етапи реалізації спадкової інформації

Спадкова інформація, яка зберігається в ДНК, використовується клітиною у вигляді синтезованих продуктів (молекул РНК і білків). Реалізація цієї інформації відбувається в кілька етапів — транскрипція, дозрівання РНК і трансляція (мал. 21.2).

Мал. 21.1. Модель молекули тРНК

Мал. 21.2. Етапи реалізації спадкової інформації

Основні етапи реалізації спадкової інформації

Етап

Де відбувається

Які процеси відбуваються

Які структури беруть участь

Транскрипція

У прокаріотів — у цитоплазмі. В еукаріотів — у ядрі, мітохондріях і пластидах

Синтез ланцюга ІРНК за зразком одного з ланцюгів ДНК

ДНК та комплекс ферментів, головним з яких є РНК-полімераза

Дозрівання РНК (процесинг)

В ядрі клітин еукаріотів

З молекули ІРНК видаляються інтрони, а екзони з'єднуються в одну молекулу ІРНК

Невеликі молекули мяРНК, білки-ферменти

Трансляція

У прокаріотів — у цитоплазмі. В еукаріотів — у цитоплазмі, на гранулярній ендоплазматичній сітці, в мітохондріях і пластидах

Синтез молекул білка на рибосомі згідно з інформацією молекули РНК

Рибосоми, молекули тРНК та ІРНК, АТФ

Регуляція реалізації спадкової інформації

У геномі людини більше 20000 генів. Але для життєдіяльності і виконання своїх функцій кожній окремій клітині потрібно набагато менше генів. Так, нервовій клітині зорового нерву не треба виробляти ферменти слини або статеві гормони. А клітині м’язів немає сенсу в синтезі гемоглобіну. Тому більша частина генів у клітинах є «вимкненою», неактивною.

Але й ті гени, які працюють, не завжди працюють однаково. Якщо є потреба у виробленні слини, то гени, які виробляють потрібні ферменти, працюють активно. А коли потреба минає, інтенсивність їхньої роботи слід зменшувати. Так клітини можуть економити ресурси організму.

Мал. 21.3. Деякі способи регуляції роботи генів

У клітинах регуляція реалізації генетичної інформації може відбуватися за допомогою кількох механізмів (мал. 21.3).

Перший механізм — взаємодія продуктів регуляторних генів (зазвичай білків) з певними структурами генів: оператором, промотором або регуляторними ділянками. Це дозволяє змінювати швидкість роботи генів або «вмикати» чи «вимикати» їх.

Другий механізм — модифікація деяких нуклеотидів у ланцюжках ДНК. Якщо до них приєднується метильний радикал (СН3), то зчитування інформації з ділянки ДНК за таким нуклеотидом стає неможливим.

Третій механізм — пакування певних ділянок ДНК за допомогою білків таким чином, щоб з них не можна було зчитати спадкову інформацію.

Крім того, регуляція можлива й на більш пізніх етапах, коли клітина блокує роботу РНК або білків, які є продуктами роботи гена.

Близнята ссавців, які починають розвиватися з клітин, що утворилися після поділу однієї зиготи, отримують однакові геноми. Вони в усіх своїх клітинах мають однакову послідовність нуклеотидів ДНК. Але протягом життя їхні геноми пристосовуються до навколишніх умов трохи по-різному. Тому з віком кількість і розташування «вимкнених» генів у їхніх геномах відрізняється все більше, і вони стають дедалі менше схожими один на одного з точки зору епігенетики — науки, що вивчає механізми регуляції роботи генів.

Основними етапами реалізації спадкової інформації в клітинах є транскрипція, дозрівання РНК і трансляція. У живих організмах існує багато типів РНК. Найбільш поширеними серед них є інформаційна, або матрична, РНК (ІРНК, або мРНК), рибосомальна РНК (рРНК), транспортна РНК (тРНК) і малі ядерні РНК (мяРНК).

Перевірте свої знання

1. Які типи РНК найбільш поширені в клітинах? 2. Які етапи виділяють у процесі реалізації спадкової інформації? 3. Що відбувається в ході дозрівання РНК? 4. Чому в клітині існує кілька типів РНК? 5. Складіть схему регуляції роботи генів. 6. До яких наслідків для гена може призвести пошкодження його промотора або термінатора? 7*. Чому бактеріям вигідно об’єднувати свої гени в оперони? 8*. Чому геноми різних організмів є різними за розміром?