Відеоурок 2: генетичний код. Трансляція
Лекція: Генетична інформація у клітці
Генетична інформація
Генетична інформація– найважливіша ознака організму, що визначає всі його якості – зовнішній вигляд, хімічну структуру, життєві цикли та пристосованість до довкілля.
Одиницею цієї інформації є ген – частина молекули ДНК, у якій записано структуру одного білка.
Кожен живий організм синтезує власні білки, що керують ним, забезпечують швидкість хімічних реакційу клітинах, що захищають, переносять необхідні речовини. Життя недарма називається білковою формою існування матерії.
Основними властивостями генетичної інформації є:
її унікальність для кожного організму (крім тих, що розмножуються безстатевими способами);
можливість її зміни шляхом мутацій та комбінування геномів при статевому розмноженні;
можливість її реалізації шляхом синтезу білків.
Генетичний код
Генетична інформація поширюється від ДНК до РНК і далі синтезу білків, нині наука не знає прикладів зворотної передачі, крім деяких вірусів і ракових клітин.
На одній молекулі ДНК записано інформацію про сотні тисяч білків. На сьогодні наука оцінює кількість спадкової інформації людини у 30 тис. генів. Кожен ген кодує один білок. Інформація на нитці ДНК записана послідовністю нуклеотидів.
У синтезі білків використовуються 20 амінокислот, кожна з яких кодується послідовністю трьох азотистих основ нитки ДНК, званої триплетом. До 1965 року вчені розшифрували генетичний код. Виявилося, що існує 61 триплет для кодування амінокислот та 3 стоп-триплети, які означають кінець гена. Багатьом амінокислот відповідає по кілька триплетів.
Властивістю генетичного коду є:
Безперервність. Молекула ДНК є однорідною, що складається лише з нуклеотидів на всій своїй довжині. Роль розділових знаків при переході від одного гена до іншого грають стоп-триплети.
Триплетність. Інформаційною одиницею коду є порядок із трьох нуклеотидів.
Однозначність. Кожному кодону відповідає конкретна амінокислота.
Надмірність чи виродженість – одній амінокислоті відповідає кілька триплетів.
Універсальність. Геном працює абсолютно однаково у всіх живих організмів.
Транскрипція та трансляція білка
Синтез білків – це складний багатоетапний процес, основними його етапами є:
транскрипція- Зчитування та копіювання гена в структуру інформаційної РНК;
трансляція- використання і-РНК як матриця, за якою збирається молекула білка.
Транскрипція відбувається у ядрі – фермент РНК-полимераза приєднується до спеціальному ділянці ДНК, що називається «промотор» і починає рухатися ним.
При цьому подвійна спіраль розплітається перед полімеразою на відстань приблизно 18 нуклеотидів, а потім знову сплітається за нею. Рухаючись уздовж ланцюга ДНК, РНК-полімераза збирає за принципом комплементарності молекулу інформаційної або матричної РНК. Довжина ланцюжка мРНК може досягати майже 2,5 млн. нуклеотидів. Процес транскрипції закінчується, коли РНК-полімераза зустрічає ділянку ланцюга ДНК, названу «термінатором».
Коли молекула мРНК зібрана, вона піддається «дозрівання» – метилювання, видалення некодуючих білок ділянок молекули (процес названий сплайсингом). Після цього зріла мРНК виходить через пори ядра в цитоплазму та за допомогою спеціальних білків транспортується до рибосом.
Рибосома– це нуклеопротеїд, комплекс, що містить рибосомну РНК у вигляді її магнієвої солі та білок.
Матрична РНК приєднується до рибосоми. Рибосома розпізнає послідовності нуклетидів по троє - зчитує кодон, відразу вибираючи відповідну амінокислоту з молекул, доставлених транспортної РНК. Рибосома рухається вздовж матричної РНК, підбираючи та з'єднуючи потрібні молекули та створюючи таким чином ланцюжки амінокислот, які є первинною структурою білка.
Нуклеїнові кислоти є найважливішою частиною життя. Їхній синтез відрізняється залежно від типу НК.
ДНК синтезується на початковому етапі поділу клітини, коли її подвійна спіраль розкручується. Спеціальні білки утримують її нитки повністю або частково розведеному стані. У місцях утворення реплікаційної вилки активізується спеціальний тип РНК-полімерази, що створює початкові ділянки молекули, які потім передаються ДНК-полімеразі – ферменту, що комплементарно доповнює ділянки ланцюга ДНК. Цей фермент добудовує недостатню половину подвійної молекули, створюючи другий ланцюжок ДНК. У цей же час інша молекула ферменту будує ланцюжок, що дзеркально бракує, на другому з розведених ланцюжків ДНК.
Різні види РНК створюються РНК-полімеразами різних типів:
матрична– у ядрі, на ділянках молекули ДНК;
рибосомна– у ядерці (яке є молекулярним комплексом з білків та рибонуклеопротеїдів, що знаходяться на деяких ділянках ДНК);
транспортна– у нуклеоплазмі.
Усі види РНК синтезуються за матричним принципом на ділянках ДНК.
| | |
Цей довідник містить весь теоретичний матеріал з курсу біології, необхідний для здачі ЄДІ. Він включає всі елементи змісту, що перевіряються контрольно-вимірювальними матеріалами, і допомагає узагальнити і систематизувати знання і вміння за курс середньої (повної) школи.
Теоретичний матеріал викладено у короткій, доступній формі. Кожен розділ супроводжується прикладами тестових завдань, що дозволяють перевірити свої знання та ступінь підготовленості до атестаційного іспиту. Практичні завдання відповідають формату ЄДІ. Наприкінці посібника наводяться відповіді до тестів, які допоможуть школярам та абітурієнтам перевірити себе та заповнити наявні прогалини.
Посібник адресовано школярам, абітурієнтам та вчителям.
Біосинтез білка– це один із видів пластичного обміну, у ході якого спадкова інформація, закодована в генах ДНК, реалізується у певну послідовність амінокислот у білкових молекулах. Генетична інформація, знята з ДНК і перекладена код молекули и-РНК, має реалізуватися, тобто. виявитися в ознаках конкретного організму. Ці ознаки визначаються білками. Біосинтез білків відбувається на рибосомах у цитоплазмі. Саме туди надходить інформаційна РНК із ядра клітини. Якщо синтез і-РНК на молекулі ДНК називається транскрипцією, то синтез білка на рибосомах називається трансляцією- Перекладом мови генетичного коду на мову послідовності амінокислот в білковій молекулі. Амінокислоти доставляються до рибосом транспортними РНК. Ці РНК мають форму конюшинного листа. На кінці молекули є майданчик для прикріплення амінокислоти, а на вершині – триплет нуклеотидів, комплементарний певному триплету – кодону на іРНК. Цей триплет називається антикодоном. Адже він розшифровує код РНК. У клітині т-РНК завжди стільки ж, скільки кодонів, що шифрують амінокислоти.
Рибосома рухається вздовж іРНК, зміщуючись при підході нової амінокислоти на три нуклеотиди, звільняючи їх для нового антикодону. Амінокислоти, доставлені на рибосоми, орієнтовані один до одного так, що карбоксильна група однієї амінокислоти виявляється поруч з аміногрупою іншої амінокислоти. В результаті між ними утворюється пептидна зв'язок. Поступово формується молекула поліпептиду.
Синтез білка триває доти, доки на рибосомі не виявиться один із трьох стоп-кодонів – УАА, УАГ, або УГА.
Після цього поліпептид залишає рибосому і прямує до цитоплазми. На одній молекулі і-РНК знаходяться кілька рибосом, що утворюють полісому. Саме на полісомах і відбувається одночасний синтез кількох однаковихполіпептидних ланцюгів.
Кожен етап біосинтезу каталізується відповідним ферментом та забезпечується енергією АТФ.
Біосинтез відбувається у клітинах із величезною швидкістю. В організмі вищих тварин за одну хвилину утворюється до 60 тис. пептидних зв'язків.
Реакції матричного синтезу. До реакцій матричного синтезу відносять реплікаціюДНК, синтез і РНК на ДНК ( транскрипцію), та синтез білка на і-РНК ( трансляцію), а також синтез РНК чи ДНК на РНК вірусів.
Реплікація ДНК. Структура молекули ДНК, встановлена Дж. Уотсоном і Ф. Криком у 1953 р., відповідала тим вимогам, які пред'являлися до молекули-охоронниці та передавача спадкової інформації. Молекула ДНК складається із двох комплементарних ланцюгів. Ці ланцюги утримуються слабкими водневими зв'язками, здатними розриватися під впливом ферментів.
Молекула здатна до самоподвоєння (реплікації), причому кожної старої половині молекули синтезується нова її половина. Крім того, на молекулі ДНК може синтезуватися молекула іРНК, яка потім переносить отриману від ДНК інформацію до місця синтезу білка. Передача інформації та синтез білка йдуть за матричним принципом, який можна порівняти з роботою друкарського верстата в друкарні. Інформація від ДНК багаторазово копіюється. Якщо при копіюванні будуть помилки, то вони повторяться у всіх наступних копіях. Щоправда, деякі помилки під час копіювання інформації молекулою ДНК можуть виправлятися. Цей процес усунення помилок називається репарацією. Першою з реакцій у процесі передачі є реплікація молекули ДНК і синтез нових ланцюгів ДНК.
Реплікація- Це процес самоподвоєння молекули ДНК, який здійснюється під контролем ферментів. На кожному з ланцюгів ДНК, що утворилися після розриву водневих зв'язків, за участю ферменту ДНК-полімерази синтезується дочірній ланцюг ДНК. Матеріалом для синтезу є вільні нуклеотиди, що є в цитоплазмі клітин.
Біологічний сенс реплікації полягає в точній передачі спадкової інформації від материнської молекули до дочірніх, що в нормі відбувається при розподілі соматичних клітин.
Транскрипція – це процес зняття інформації з молекули ДНК, що синтезується у ній молекулою і-РНК. Інформаційна РНК складається з одного ланцюга та синтезується на ДНК відповідно до правила комплементарності. Як і будь-якої іншої біохімічної реакції в цьому синтезі бере участь фермент. Він активує початок та кінець синтезу молекули і-РНК. Готова молекула-РНК виходить у цитоплазму на рибосоми, де відбувається синтез поліпептидних ланцюгів. Процес перекладу інформації, що міститься в послідовності нуклеотидів і-РНК, послідовність амінокислот в поліпептиді називається трансляцією .
ПРИКЛАДИ ЗАВДАНЬ
Частина А
А1. Яке із тверджень неправильне?
1) генетичний код універсальний
2) генетичний код вироджено
3) генетичний код індивідуальний
4) генетичний код триплетен
А2. Один триплет ДНК кодує:
1) послідовність амінокислот у білку
2) одна ознака організму
3) одну амінокислоту
4) кілька амінокислот
А3. «Знаки пунктуації» генетичного коду
1) запускають синтез білка
2) припиняють синтез білка
3) кодують певні білки
4) кодують групу амінокислот
А4. Якщо у жаби амінокислота ВАЛІН кодується триплетом ГУУ, то собака ця амінокислота може кодуватися триплетами (див. таблицю):
1) ГУА та ГУГ 3) ЦУЦ та ЦУА
2) УУЦ та УЦА 4) УАГ та УГА
А5. Синтез білка завершується у момент
1) впізнавання кодону антикодоном
2) надходження і-РНК на рибосоми
3) появи на рибосомі «розділового знака»
4) приєднання амінокислоти до т-РНК
А6. Вкажіть пару клітин, у якій у однієї людини міститься різна генетична інформація?
1) клітини печінки та шлунка
2) нейрон та лейкоцит
3) м'язова та кісткова клітини
4) клітина язика та яйцеклітина
А7. Функція і-РНК у процесі біосинтезу
1) зберігання спадкової інформації
2) транспорт амінокислот на рибосоми
3) передача інформації на рибосоми
4) прискорення процесу біосинтезу
А8. Антикодон т-РНК складається із нуклеотидів УЦГ. Який триплет ДНК йому комплементарний?
1) ТЦГ 2) УУГ 3) ТТЦ 4) ЦЦГ
Частина В
В 1. Встановіть відповідність між характеристикою процесу та його назвою
Частина С
З 1. Вкажіть послідовність амінокислот у молекулі білка, що кодується наступною послідовністю кодонів: УУА – АУУ – ГЦУ – ГГА
С2. Перелічіть усі етапи біосинтезу білка.
- 2.5. Метаболізм: енергетичний та пластичний обмін, їх взаємозв'язок. Ферменти, їх хімічна природа, що у метаболізмі. Стадії енергетичного обміну. Бродіння та дихання. Фотосинтез, значення, космічна роль. Фази фотосинтезу. Світлові та темнові реакції фотосинтезу, їх взаємозв'язок. Хемосинтез. Роль хемосинтезуючих бактерій на Землі
антикодон, біосинтез, ген, генетична інформація, генетичний код, кодон, матричний синтез, полісома, транскрипція, трансляція.
Гени, генетичний код та його властивості. На Землі мешкає вже понад 6 млрд людей. Якщо не брати до уваги 25-30 млн пар однояйцевих близнюків, то генетично всі люди різні. Це означає, що кожен з них унікальний, має неповторні спадкові особливості, властивості характеру, здібності, темперамент і багато інших якостей. Чим же визначаються такі різницю між людьми? Звісно відмінностями у тому генотипах, тобто. набори генів даного організму. У кожної людини він унікальний, як і унікальний генотип окремої тварини або рослини. Але генетичні ознаки цієї людини втілюються у білках, синтезованих у його організмі. Отже, і будова білка однієї людини відрізняється, хоч і зовсім небагато, від білка іншої людини. Ось чому виникає проблема пересадки органів, ось чому виникають алергічні реакції на продукти, укуси комах, пилок рослин тощо. Сказане значить, що з людей не зустрічається абсолютно однакових білків. Білки, що виконують ті самі функції, можуть бути однаковими або зовсім незначно відрізнятися однією-двома амінокислотами один від одного. Але не існує на Землі людей (за винятком однояйцеві близнюки), у яких всі білки були б однакові.
Інформація про первинну структуру білка закодована як послідовності нуклеотидів у ділянці молекули ДНК – гені. Ген - Це одиниця спадкової інформації організму. Кожна молекула ДНК містить багато генів. Сукупність усіх генів організму становить його генотип.
Кодування спадкової інформації відбувається за допомогою генетичного коду. Код подібний до всієї відомої азбуки Морзе, яка точками і тире кодує інформацію. Абетка Морзе універсальна для всіх радистів, і відмінності складаються тільки в перекладі сигналів на різні мови. Генетичний код також універсальний всім організмів і відрізняється лише чергуванням нуклеотидів, що утворюють гени, і кодують білки конкретних організмів. Отже, що ж є генетичний код? Спочатку він складається з трійок (триплетів) нуклеотидів ДНК, що комбінуються в різній послідовності. Наприклад, ААТ, ГЦА, АЦГ, ТГЦ тощо. Кожен триплет нуклеотидів кодує певну амінокислоту, яка буде вбудована в поліпептидний ланцюг. Так, наприклад, триплет ЦГТ кодує амінокислоту аланін, а триплет ААГ – амінокислоту фенілаланін. Амінокислот 20, а можливостей для комбінацій чотирьох нуклеотидів групи по три – 64. Отже, чотирьох нуклеотидів цілком достатньо, щоб кодувати 20 амінокислот. Ось чому одна амінокислота може кодуватись кількома триплетами. Частина триплетів зовсім не кодує амінокислоти, а запускає чи зупиняє біосинтез білка. Власне кодом вважається послідовність нуклеотидів у молекулі і-РНКБо вона знімає інформацію з ДНК (процес транскрипції) і переводить її в послідовність амінокислот у молекулах синтезованих білків (процес трансляції). До складу та РНК входять нуклеотиди АЦГУ. Триплети нуклеотидів і-РНК називаються кодонами . Вже наведені приклади триплетів ДНК на і-РНК будуть виглядати так – триплет ЦГТ на і-РНК стане триплетом ГЦА, а триплет ДНК – ААГ – стане триплетом УУЦ. Саме кодонами і-РНК відображається генетичний код запису. Отже, генетичний код триплетен, універсальний всім організмів землі, вироджений (кожна амінокислота шифрується більш ніж одним кодоном). Між генами є розділові знаки – це триплети, які називаються стоп-кодонами. Вони сигналізують про закінчення синтезу одного поліпептидного ланцюга. Існують таблиці генетичного коду, якими потрібно вміти користуватися, для розшифровки кодонів-РНК і побудови ланцюжків білкових молекул.
Біосинтез білка– це один із видів пластичного обміну, у ході якого спадкова інформація, закодована в генах ДНК, реалізується у певну послідовність амінокислот у білкових молекулах. Генетична інформація, знята з ДНК і перекладена код молекули и-РНК, має реалізуватися, тобто. виявитися в ознаках конкретного організму. Ці ознаки визначаються білками. Біосинтез білків відбувається на рибосомах у цитоплазмі. Саме туди надходить інформаційна РНК із ядра клітини. Якщо синтез і-РНК на молекулі ДНК називається транскрипцією, то синтез білка на рибосомах називається трансляцією- Перекладом мови генетичного коду на мову послідовності амінокислот в білковій молекулі. Амінокислоти доставляються до рибосом транспортними РНК. Ці РНК мають форму конюшинного листа. На кінці молекули є майданчик для прикріплення амінокислоти, а на вершині – триплет нуклеотидів, комплементарний певному триплету – кодону на іРНК. Цей триплет називається антикодоном. Адже він розшифровує код РНК. У клітині т-РНК завжди стільки ж, скільки кодонів, що шифрують амінокислоти.
Рибосома рухається вздовж іРНК, зміщуючись при підході нової амінокислоти на три нуклеотиди, звільняючи їх для нового антикодону. Амінокислоти, доставлені на рибосоми, орієнтовані один до одного так, що карбоксильна група однієї амінокислоти виявляється поруч з аміногрупою іншої амінокислоти. В результаті між ними утворюється пептидна зв'язок. Поступово формується молекула поліпептиду.
Синтез білка триває доти, доки на рибосомі не виявиться один із трьох стоп-кодонів – УАА, УАГ, або УГА.
Після цього поліпептид залишає рибосому і прямує до цитоплазми. На одній молекулі і-РНК знаходяться кілька рибосом, що утворюють полісому. Саме на полісомах і відбувається одночасний синтез кількох однаковихполіпептидних ланцюгів.
Кожен етап біосинтезу каталізується відповідним ферментом та забезпечується енергією АТФ.
Біосинтез відбувається у клітинах із величезною швидкістю. В організмі вищих тварин за одну хвилину утворюється до 60 тис. пептидних зв'язків.
Реакції матричного синтезу. До реакцій матричного синтезу відносять реплікаціюДНК, синтез і РНК на ДНК ( транскрипцію), та синтез білка на і-РНК ( трансляцію), а також синтез РНК чи ДНК на РНК вірусів.
Реплікація ДНК. Структура молекули ДНК, встановлена Дж. Уотсоном і Ф. Криком у 1953 р., відповідала тим вимогам, які пред'являлися до молекули-охоронниці та передавача спадкової інформації. Молекула ДНК складається із двох комплементарних ланцюгів. Ці ланцюги утримуються слабкими водневими зв'язками, здатними розриватися під впливом ферментів.
Молекула здатна до самоподвоєння (реплікації), причому кожної старої половині молекули синтезується нова її половина. Крім того, на молекулі ДНК може синтезуватися молекула іРНК, яка потім переносить отриману від ДНК інформацію до місця синтезу білка. Передача інформації та синтез білка йдуть за матричним принципом, який можна порівняти з роботою друкарського верстата в друкарні. Інформація від ДНК багаторазово копіюється. Якщо при копіюванні будуть помилки, то вони повторяться у всіх наступних копіях. Щоправда, деякі помилки під час копіювання інформації молекулою ДНК можуть виправлятися. Цей процес усунення помилок називається репарацією. Першою з реакцій у процесі передачі є реплікація молекули ДНК і синтез нових ланцюгів ДНК.
Реплікація- Це процес самоподвоєння молекули ДНК, який здійснюється під контролем ферментів. На кожному з ланцюгів ДНК, що утворилися після розриву водневих зв'язків, за участю ферменту ДНК-полімерази синтезується дочірній ланцюг ДНК. Матеріалом для синтезу є вільні нуклеотиди, що є в цитоплазмі клітин.
Біологічний сенс реплікації полягає в точній передачі спадкової інформації від материнської молекули до дочірніх, що в нормі відбувається при розподілі соматичних клітин.
Транскрипція – це процес зняття інформації з молекули ДНК, що синтезується у ній молекулою і-РНК. Інформаційна РНК складається з одного ланцюга та синтезується на ДНК відповідно до правила комплементарності. Як і будь-якої іншої біохімічної реакції в цьому синтезі бере участь фермент. Він активує початок та кінець синтезу молекули і-РНК. Готова молекула-РНК виходить у цитоплазму на рибосоми, де відбувається синтез поліпептидних ланцюгів. Процес перекладу інформації, що міститься в послідовності нуклеотидів і-РНК, послідовність амінокислот в поліпептиді називається трансляцією .
ПРИКЛАДИ ЗАВДАНЬ
Частина А
А1. Яке із тверджень неправильне?
1) генетичний код універсальний
2) генетичний код вироджено
3) генетичний код індивідуальний
4) генетичний код триплетен
А2. Один триплет ДНК кодує:
1) послідовність амінокислот у білку
2) одна ознака організму
3) одну амінокислоту
4) кілька амінокислот
А3. «Знаки пунктуації» генетичного коду
1) запускають синтез білка
2) припиняють синтез білка
3) кодують певні білки
4) кодують групу амінокислот
А4. Якщо у жаби амінокислота ВАЛІН кодується триплетом ГУУ, то собака ця амінокислота може кодуватися триплетами (див. таблицю):
1) ГУА та ГУГ 3) ЦУЦ та ЦУА
2) УУЦ та УЦА 4) УАГ та УГА
А5. Синтез білка завершується у момент
1) впізнавання кодону антикодоном
2) надходження і-РНК на рибосоми
3) появи на рибосомі «розділового знака»
4) приєднання амінокислоти до т-РНК
А6. Вкажіть пару клітин, у якій у однієї людини міститься різна генетична інформація?
1) клітини печінки та шлунка
2) нейрон та лейкоцит
3) м'язова та кісткова клітини
4) клітина язика та яйцеклітина
А7. Функція і-РНК у процесі біосинтезу
1) зберігання спадкової інформації
2) транспорт амінокислот на рибосоми
3) передача інформації на рибосоми
4) прискорення процесу біосинтезу
А8. Антикодон т-РНК складається із нуклеотидів УЦГ. Який триплет ДНК йому комплементарний?
1) ТЦГ 2) УУГ 3) ТТЦ 4) ЦЦГ
Частина В
В 1. Встановіть відповідність між характеристикою процесу та його назвою
Частина С
З 1. Вкажіть послідовність амінокислот у молекулі білка, що кодується наступною послідовністю кодонів: УУА – АУУ – ГЦУ – ГГА
С2. Перелічіть усі етапи біосинтезу білка.
Клітина – генетична одиниця живого. Хромосоми, їх будова (форма та розміри) та функції. Число хромосом та їх видова сталість. Особливості соматичних та статевих клітин. Життєвий цикл клітини: інтерфаза та мітоз. Мітоз – розподіл соматичних клітин. Мейоз. Фази мітозу та мейозу. Розвиток статевих клітин у рослин та тварин. Подібність та відмінність мітозу та мейозу, їх значення. Розподіл клітини – основа зростання, розвитку та розмноження організмів. Роль мейозу у забезпеченні сталості числа хромосом у поколіннях
Терміни та поняття, що перевіряються в екзаменаційній роботі: анафаза, гамета, гаметогенез, поділ клітини, життєвий цикл клітини, зигота, інтерфаза, кон'югація, кросинговер, мейоз, метафаза, овогенез, сім'яник, сперматозоїд, спору, телофаза, яєчник, будова та функції хромосом.
Хромосоми- Структури клітини, що зберігають і передають спадкову інформацію. Хромосома складається з ДНК та білка. Комплекс білків, пов'язаних із ДНК, утворює хроматин. Білки відіграють важливу роль у упаковці молекул ДНК у ядрі. Будова хромосоми найкраще видно у метафазі мітозу. Вона є паличкоподібною структурою і складається з двох сестринських. хроматид, що утримуються центроміром в області первинної перетяжки. Диплоїдний набір хромосом організму називається каріотипом . Під мікроскопом видно, що хромосоми мають поперечні смуги, які чергуються у різних хромосомах по-різному. Розпізнають пари хромосом, враховуючи розподіл світлих і темних смуг (чергування АТ та ГЦ – пар). Поперечною смугастістю мають хромосоми представників різних видів. У родинних видів, наприклад, у людини і шимпанзе, подібний характер чергування смуг у хромосомах.
Кожен вид організмів має постійне число, форму і склад хромосом. У каріотипі людини 46 хромосом – 44 аутосоми та 2 статеві хромосоми. Чоловіки гетерогаметні (статеві хромосоми ХУ), а жінки гомогаметні (статеві хромосоми XX). У-хромосома відрізняється від Х-хромосоми відсутністю деяких алелів. Наприклад, в У-хромосомі немає алелю згортання крові. В результаті на гемофілію хворіють, як правило, тільки хлопчики. Хромосоми однієї пари називаються гомологічними. Гомологічні хромосоми в однакових локусах (місцях розташування) несуть аллельні гени.
Життєвий цикл клітини . Інтерфаза . Мітоз . Життєвий цикл клітини- Це період її життя від розподілу до розподілу. Клітини розмножуються шляхом подвоєння свого вмісту з наступним поділом навпіл. Клітинний поділ лежить в основі росту, розвитку та регенерації тканин багатоклітинного організму. Клітинний циклподіляють на інтерфазу, що супроводжується точним копіюванням та розподілом генетичного матеріалу та мітоз- Власне розподіл клітини після подвоєння інших клітинних компонентів. Тривалість клітинних циклів у різних видів, у різних тканинах та на різних стадіях широко варіює від однієї години (у ембріона) до року (у клітинах печінки дорослої людини).
Інтерфаза- Період між двома поділами. У цей час клітина готується до поділу. Подвоюється кількість ДНК у хромосомах. Подвоюється кількість інших органоїдів, синтезуються білки, причому найбільш активно ті з них, які утворюють веретено поділу, відбувається зростання клітини.
До кінця інтерфази кожна хромосома складається із двох хроматид, які в процесі мітозу стануть самостійними хромосомами.
Мітоз- Це форма поділу клітинного ядра. Отже, відбувається він лише у еукаріотичних клітинах. В результаті мітозу кожне з дочірніх ядер, що утворюються, отримує той же набір генів, який мала батьківська клітина. У мітоз можуть вступати як диплоїдні, так і гаплоїдні ядра. При мітозі виходять ядра тієї ж плоїдності, як і вихідне. Мітоз складається з кількох послідовних фаз.
Профаза. До різних полюсів клітини розходяться подвоєні центріолі. Від них до центромірів хромосом простягаються мікротрубочки, що утворюють веретено поділу. Хромосоми потовщені, і кожна хромосома складається з двох хроматид.
Метафаза. У цій фазі добре видно хромосоми, що складаються із двох хроматид. Вони вишиковуються за екватором клітини, утворюючи метафазну пластинку.
Анафаза. Хроматиди розходяться до полюсів клітини з однаковою швидкістю. Мікротрубочки коротшають.
Телофаза. Дочірні хроматиди підходять до полюсів клітини. Мікротрубочки зникають. Хромосоми деспіралізуються і знову набувають ниткоподібної форми. Формуються ядерна оболонка, ядерце, рибосоми.
Цитокінез- Поділ цитоплазми. Клітинна мембранау центральній частині клітини втягується всередину. Утворюється борозна розподілу, у міру поглиблення якої клітка роздвоюється.
В результаті мітозу утворюються два нових ядра з ідентичними наборами хромосом, що точно копіюють генетичну інформацію материнського ядра.
У пухлинних клітинах перебіг мітозу порушується.
ПРИКЛАДИ ЗАВДАНЬ
Частина А
А1. Хромосоми складаються з
1) ДНК та білка 3) ДНК та РНК
2) РНК та білка 4) ДНК та АТФ
А2. Скільки хромосом містить клітини печінки людини?
1) 46 2) 23 3) 92 4) 66
А3. Скільки ниток ДНК має подвоєна хромосома
1) одну 2) дві 3) чотири 4) вісім
А4. Якщо в зиготі людини міститься 46 хромосом, скільки хромосом міститься в яйцеклітині людини?
1) 46 2) 23 3) 92 4) 22
А5. У чому полягає біологічний сенс подвоєння хромосом в інтерфазі мітозу?
1) У процесі подвоєння змінюється спадкова інформація
2) Подвоєні хромосоми краще видно
3) Внаслідок подвоєння хромосом спадкова інформація нових клітин зберігається незмінною
4) Внаслідок подвоєння хромосом нові клітини містять вдвічі більше інформації
А6. У якій із фаз мітозу відбувається розбіжність хроматид до полюсів клітини? В:
1) профаз 3) анафаз
2) метафазі 4) телофазі
А7. Вкажіть процеси, що відбуваються в інтерфазі
1) розбіжність хромосом до полюсів клітини
2) синтез білків, реплікація ДНК, ріст клітини
3) формування нових ядер, органоїдів клітини
4) деспіралізація хромосом, формування веретена поділу
А8. В результаті мітозу виникає
1) генетична різноманітність видів
2) освіта гамет
3) перехрест хромосом
4) проростання спор моху
А9. Скільки хроматиду має кожна хромосома до її подвоєння?
1) 2 2) 4 3) 1 4) 3
А10. В результаті мітозу утворюються
1) зигота у сфагнуму
2) сперматозоїди у мухи
3) нирки у дуба
4) яйцеклітини у соняшника
Частина В
В 1. Виберіть процеси, що відбуваються в інтерфазі мітозу
1) синтез білків
2) зменшення кількості ДНК
3) зростання клітини
4) подвоєння хромосом
5) розбіжність хромосом
6) розподіл ядра
В 2. Вкажіть процеси, в основі яких лежить мітоз
1) мутації 4) утворення сперміїв
2) зростання 5) регенерація тканин
3) дроблення зиготи 6) запліднення
ВЗ. Встановіть правильну послідовність фаз життєвого циклу клітини
А) анафаза; В) телофаза; Д) метафаза.
Б) інтерфаза Г) профаза Е) цитокінез
Частина С
З 1. Що спільного між процесами регенерації тканин, зростанням організму та дробленням зиготи?
С2. У чому полягає біологічний сенс подвоєння хромосом та кількості ДНК в інтерфазі?
Мейоз. Мейоз – це процес розподілу клітинних ядер, що призводить до зменшення кількості хромосом вдвічі та утворенню гамет. В результаті мейозу з однієї диплоїдної клітини (2n) утворюється чотири гаплоїдні клітини (n).
Мейоз і двох послідовних поділів, яким у інтерфазі передує одноразова реплікація ДНК.
Основними подіями профази першого поділу мейозу є:
- гомологічні хромосоми поєднуються по всій довжині або, як кажуть, кон'югують. При кон'югації утворюються хромосомні пари – біваленти;
– у результаті утворюються комплекси, що складаються з двох гомологічних хромосом або чотирьох хроматид. (подумайте, навіщо це потрібно?) ;
– наприкінці профази відбувається кросинговер (перехрест) між гомологічними хромосомами: хромосоми обмінюються між собою гомологічними ділянками. Саме кросинговер забезпечує різноманітність генетичної інформації, яку діти отримують від батьків.
У метафазі I хромосоми вишиковуються по екватору веретена поділу. Центроміри звернені до полюсів.
Анафаза I – нитки веретена скорочуються, гомологічні хромосоми, що з двох хроматид, розходяться до полюсів клітини, де формуються гаплоїдні набори хромосом (2 набори на клітину). На цій стадії виникають хромосомні рекомбінації, що підвищують рівень мінливості нащадків.
Телофаза I – формуються клітини з гаплоїдним набором хромосомта подвоєною кількістю ДНК. Формується ядерна оболонка. У кожну клітину потрапляє 2 сестринські хроматиди, з'єднані центроміром.
Другий поділ мейозу складається з профази II, метафази II, анафази II, телофази II та цитокінезу.
Біологічне значення мейозуполягає в утворенні клітин, що беруть участь у статевому розмноженні, у підтримці генетичної сталості видів, а також у спороутворенні у вищих рослин. Мейотичним шляхом утворюються суперечки мохів, папоротей та інших груп рослин. Мейоз є основою комбінативної мінливості організмів. Порушення мейозу у людини можуть призвести до таких патологій, як хвороба Дауна, ідіотія та ін.
Розвиток статевих клітин.
Процес формування статевих клітин називається га-метогенез. У багатоклітинних організмів розрізняють сперматогенез – формування чоловічих статевих клітин та овогенез – формування жіночих статевих клітин. Розглянемо гаметогенез, що у статевих залозах тварин – насінниках і яєчниках.
Сперматогенез– процес перетворення диплоїдних попередників статевих клітин – сперматогоніїву сперматозоїди.
1. Сперматогонії діляться дві дочірні клітини – сперматоцити першого порядку.
2. Сперматоцити першого порядку діляться мейозом (1-е поділ) дві дочірні клітини – сперматоцити другого порядку.
3. Сперматоцити другого порядку приступають до другого мейотичного поділу, в результаті якого утворюються 4 гаплоїдні сперматиди.
4. Сперматиди після диференціювання перетворюються на зрілі сперматозоїди.
Сперматозоїд складається з голівки, шийки та хвоста. Він рухливий і завдяки цьому можливість зустрічі його з гаметами збільшується.
У мохів і папоротей спермії розвиваються в антеридіях, у покритонасінних рослинвони утворюються у пилкових трубках.
Овогенез- Утворення яйцеклітин у особин жіночої статі. У тварин він відбувається у яєчниках. У зоні розмноження знаходяться овонії - первинні статеві клітини, що розмножуються мітозом.
З вогонь після першого мейотичного поділу утворюються овоцити першого порядку.
Після другого мейотичного поділу утворюються овоцити другого порядку, з яких формується одна яйцеклітина і три направні тільця, які потім гинуть. Яйцеклітини нерухомі, мають кулясту форму. Вони більші за інші клітини і містять запас поживних речовину розвиток зародка.
У мохів та папоротей яйцеклітини розвиваються в архегоніях, у квіткових рослин – у сім'япочках, локалізованих у зав'язі квітки.
ПРИКЛАДИ ЗАВДАНЬ
Частина А
А1. Мейозом називається процес
1) зміни числа хромосом у клітці
2) подвоєння числа хромосом у клітці
3) утворення гамет
4) кон'югації хромосом
А2. В основі зміни спадкової інформації дітей
в порівнянні з батьківською інформацією лежать процеси
1) подвоєння числа хромосом
2) зменшення кількості хромосом удвічі
3) подвоєння кількості ДНК у клітинах
4) кон'югації та кросинговеру
А3. Перший поділ мейозу закінчується утворенням:
2) клітин із гаплоїдним набором хромосом
3) диплоїдних клітин
4) клітин різної плідності
А4. В результаті мейозу утворюються:
1) суперечки папоротей
2) клітини стінок антеридія папороті
3) клітини стінок архегонія папороті
4) соматичні клітини трутнів бджіл
А5. Метафазу мейозу від метафази мітозу можна відрізнити по
1) розташування бівалентів у площині екватора
2) подвоєння хромосом та їх скрученості
3) формуванню гаплоїдних клітин
4) розбіжності хроматид до полюсів
А6. Телофазу другого поділу мейозу можна дізнатися за
1) формування двох диплоїдних ядер
2) розбіжності хромосом до полюсів клітини
3) формування чотирьох гаплоїдних ядер
4) збільшення числа хроматид у клітині вдвічі
А7. Скільки хроматид буде міститися в ядрі сперматозоїдів щура, якщо відомо, що в ядрах її соматичних клітин міститься 42 хромосоми
1) 42 2) 21 3) 84 4) 20
А8. У гамети, що утворилися в результаті мейозу, потрапляють
1) копії повного набору батьківських хромосом
2) копії половинного набору батьківських хромосом
3) повний набір рекомбінованих батьківських хромосом
4) половина рекомбінованого набору батьківських хромосом
Частина В
В 1. Біологічне значення мейозу полягає у підтримці сталості видового числа хромосом створенні умов для комбінативної мінливості довільному розходженні батьківських хромосом за гаметами збереженні батьківської спадкової інформації без змін
В 2. Встановіть відповідність між процесом та подіями, що відбуваються під час цього процесу
ВЗ. Встановіть правильну послідовність процесів, що відбуваються в мейозі
A) Розташування бівалентів у площині екватора
Б) Утворення бівалентів та кросинговер
B) Розбіжність гомологічних хромосом до полюсів клітини
Г) формування чотирьох гаплоїдних ядер
Д) формування двох гаплоїдних ядер, що містять дві хроматиди
Частина С
З 1. Мейоз є основою комбінативної мінливості. Чим це пояснюється?
С2. Порівняйте результати мітозу та мейозу
антикодон, біосинтез, ген, генетична інформація, генетичний код, кодон, матричний синтез, полісома, транскрипція, трансляція.
Гени, генетичний код та його властивості. На Землі мешкає вже понад 6 млрд людей. Якщо не брати до уваги 25-30 млн пар однояйцевих близнюків, то генетично всі люди різні. Це означає, що кожен з них унікальний, має неповторні спадкові особливості, властивості характеру, здібності, темперамент і багато інших якостей. Чим же визначаються такі різницю між людьми? Звісно відмінностями у тому генотипах, тобто. набори генів даного організму. У кожної людини він унікальний, як і унікальний генотип окремої тварини або рослини. Але генетичні ознаки цієї людини втілюються у білках, синтезованих у його організмі. Отже, і будова білка однієї людини відрізняється, хоч і зовсім небагато, від білка іншої людини. Ось чому виникає проблема пересадки органів, ось чому виникають алергічні реакції на продукти, укуси комах, пилок рослин тощо. Сказане значить, що з людей не зустрічається абсолютно однакових білків. Білки, що виконують ті самі функції, можуть бути однаковими або зовсім незначно відрізнятися однією-двома амінокислотами один від одного. Але не існує на Землі людей (за винятком однояйцеві близнюки), у яких всі білки були б однакові.
Інформація про первинну структуру білка закодована як послідовності нуклеотидів у ділянці молекули ДНК – гені. Ген - Це одиниця спадкової інформації організму. Кожна молекула ДНК містить багато генів. Сукупність усіх генів організму становить його генотип.
Кодування спадкової інформації відбувається за допомогою генетичного коду. Код подібний до всієї відомої азбуки Морзе, яка точками і тире кодує інформацію. Абетка Морзе універсальна всім радистів, і розбіжності полягають лише у перекладі сигналів на різні мови. Генетичний код також універсальний всім організмів і відрізняється лише чергуванням нуклеотидів, що утворюють гени, і кодують білки конкретних організмів. Отже, що ж є генетичний код? Спочатку він складається з трійок (триплетів) нуклеотидів ДНК, що комбінуються в різній послідовності. Наприклад, ААТ, ГЦА, АЦГ, ТГЦ тощо. Кожен триплет нуклеотидів кодує певну амінокислоту, яка буде вбудована в поліпептидний ланцюг. Так, наприклад, триплет ЦГТ кодує амінокислоту аланін, а триплет ААГ – амінокислоту фенілаланін. Амінокислот 20, а можливостей для комбінацій чотирьох нуклеотидів групи по три – 64. Отже, чотирьох нуклеотидів цілком достатньо, щоб кодувати 20 амінокислот. Ось чому одна амінокислота може кодуватись кількома триплетами. Частина триплетів зовсім не кодує амінокислоти, а запускає чи зупиняє біосинтез білка. Власне кодом вважається послідовність нуклеотидів у молекулі і-РНКБо вона знімає інформацію з ДНК (процес транскрипції) і переводить її в послідовність амінокислот у молекулах синтезованих білків (процес трансляції). До складу та РНК входять нуклеотиди АЦГУ. Триплети нуклеотидів і-РНК називаються кодонами . Вже наведені приклади триплетів ДНК на і-РНК будуть виглядати так – триплет ЦГТ на і-РНК стане триплетом ГЦА, а триплет ДНК – ААГ – стане триплетом УУЦ. Саме кодонами і-РНК відображається генетичний код запису. Отже, генетичний код триплетен, універсальний всім організмів землі, вироджений (кожна амінокислота шифрується більш ніж одним кодоном). Між генами є розділові знаки – це триплети, які називаються стоп-кодонами. Вони сигналізують про закінчення синтезу одного поліпептидного ланцюга. Існують таблиці генетичного коду, якими потрібно вміти користуватися, для розшифровки кодонів-РНК і побудови ланцюжків білкових молекул.
Біосинтез білка– це один із видів пластичного обміну, у ході якого спадкова інформація, закодована в генах ДНК, реалізується у певну послідовність амінокислот у білкових молекулах. Генетична інформація, знята з ДНК і перекладена код молекули и-РНК, має реалізуватися, тобто. виявитися в ознаках конкретного організму. Ці ознаки визначаються білками. Біосинтез білків відбувається на рибосомах у цитоплазмі. Саме туди надходить інформаційна РНК із ядра клітини. Якщо синтез і-РНК на молекулі ДНК називається транскрипцією, то синтез білка на рибосомах називається трансляцією- Перекладом мови генетичного коду на мову послідовності амінокислот в білковій молекулі. Амінокислоти доставляються до рибосом транспортними РНК. Ці РНК мають форму конюшинного листа. На кінці молекули є майданчик для прикріплення амінокислоти, а на вершині – триплет нуклеотидів, комплементарний певному триплету – кодону на іРНК. Цей триплет називається антикодоном. Адже він розшифровує код РНК. У клітині т-РНК завжди стільки ж, скільки кодонів, що шифрують амінокислоти.
Рибосома рухається вздовж іРНК, зміщуючись при підході нової амінокислоти на три нуклеотиди, звільняючи їх для нового антикодону. Амінокислоти, доставлені на рибосоми, орієнтовані один до одного так, що карбоксильна група однієї амінокислоти виявляється поруч з аміногрупою іншої амінокислоти. В результаті між ними утворюється пептидна зв'язок. Поступово формується молекула поліпептиду.
Синтез білка триває доти, доки на рибосомі не виявиться один із трьох стоп-кодонів – УАА, УАГ, або УГА.
Після цього поліпептид залишає рибосому і прямує до цитоплазми. На одній молекулі і-РНК знаходяться кілька рибосом, що утворюють полісому. Саме на полісомах і відбувається одночасний синтез кількох однаковихполіпептидних ланцюгів.
Кожен етап біосинтезу каталізується відповідним ферментом та забезпечується енергією АТФ.
Біосинтез відбувається у клітинах із величезною швидкістю. В організмі вищих тварин за одну хвилину утворюється до 60 тис. пептидних зв'язків.
Реакції матричного синтезу. До реакцій матричного синтезу відносять реплікаціюДНК, синтез і РНК на ДНК ( транскрипцію), та синтез білка на і-РНК ( трансляцію), а також синтез РНК чи ДНК на РНК вірусів.
Реплікація ДНК. Структура молекули ДНК, встановлена Дж. Уотсоном і Ф. Криком у 1953 р., відповідала тим вимогам, які пред'являлися до молекули-охоронниці та передавача спадкової інформації. Молекула ДНК складається із двох комплементарних ланцюгів. Ці ланцюги утримуються слабкими водневими зв'язками, здатними розриватися під впливом ферментів.
Молекула здатна до самоподвоєння (реплікації), причому кожної старої половині молекули синтезується нова її половина. Крім того, на молекулі ДНК може синтезуватися молекула іРНК, яка потім переносить отриману від ДНК інформацію до місця синтезу білка. Передача інформації та синтез білка йдуть за матричним принципом, який можна порівняти з роботою друкарського верстата в друкарні. Інформація від ДНК багаторазово копіюється. Якщо при копіюванні будуть помилки, то вони повторяться у всіх наступних копіях. Щоправда, деякі помилки під час копіювання інформації молекулою ДНК можуть виправлятися. Цей процес усунення помилок називається репарацією. Першою з реакцій у процесі передачі є реплікація молекули ДНК і синтез нових ланцюгів ДНК.
Реплікація- Це процес самоподвоєння молекули ДНК, який здійснюється під контролем ферментів. На кожному з ланцюгів ДНК, що утворилися після розриву водневих зв'язків, за участю ферменту ДНК-полімерази синтезується дочірній ланцюг ДНК. Матеріалом для синтезу є вільні нуклеотиди, що є в цитоплазмі клітин.
Біологічний сенс реплікації полягає в точній передачі спадкової інформації від материнської молекули до дочірніх, що в нормі відбувається при розподілі соматичних клітин.
Транскрипція – це процес зняття інформації з молекули ДНК, що синтезується у ній молекулою і-РНК. Інформаційна РНК складається з одного ланцюга та синтезується на ДНК відповідно до правила комплементарності. Як і будь-якої іншої біохімічної реакції в цьому синтезі бере участь фермент. Він активує початок та кінець синтезу молекули і-РНК. Готова молекула-РНК виходить у цитоплазму на рибосоми, де відбувається синтез поліпептидних ланцюгів. Процес перекладу інформації, що міститься в послідовності нуклеотидів і-РНК, послідовність амінокислот в поліпептиді називається трансляцією .
ПРИКЛАДИ ЗАВДАНЬ
Частина А
А1. Яке із тверджень неправильне?
1) генетичний код універсальний
2) генетичний код вироджено
3) генетичний код індивідуальний
4) генетичний код триплетен
А2. Один триплет ДНК кодує:
1) послідовність амінокислот у білку
2) одна ознака організму
3) одну амінокислоту
4) кілька амінокислот
А3. «Знаки пунктуації» генетичного коду
1) запускають синтез білка
2) припиняють синтез білка
3) кодують певні білки
4) кодують групу амінокислот
А4. Якщо у жаби амінокислота ВАЛІН кодується триплетом ГУУ, то собака ця амінокислота може кодуватися триплетами (див. таблицю):
1) ГУА та ГУГ 3) ЦУЦ та ЦУА
2) УУЦ та УЦА 4) УАГ та УГА
А5. Синтез білка завершується у момент
1) впізнавання кодону антикодоном
2) надходження і-РНК на рибосоми
3) появи на рибосомі «розділового знака»
4) приєднання амінокислоти до т-РНК
А6. Вкажіть пару клітин, у якій у однієї людини міститься різна генетична інформація?
1) клітини печінки та шлунка
2) нейрон та лейкоцит
3) м'язова та кісткова клітини
4) клітина язика та яйцеклітина
А7. Функція і-РНК у процесі біосинтезу
1) зберігання спадкової інформації
2) транспорт амінокислот на рибосоми
3) передача інформації на рибосоми
4) прискорення процесу біосинтезу
А8. Антикодон т-РНК складається із нуклеотидів УЦГ. Який триплет ДНК йому комплементарний?
1) ТЦГ 2) УУГ 3) ТТЦ 4) ЦЦГ
Частина В
В 1. Встановіть відповідність між характеристикою процесу та його назвою
Частина С
З 1. Вкажіть послідовність амінокислот у молекулі білка, що кодується наступною послідовністю кодонів: УУА – АУУ – ГЦУ – ГГА
С2. Перелічіть усі етапи біосинтезу білка.
Клітина – генетична одиниця живого. Хромосоми, їх будова (форма та розміри) та функції. Число хромосом та їх видова сталість. Особливості соматичних та статевих клітин. Життєвий цикл клітини: інтерфаза та мітоз. Мітоз – розподіл соматичних клітин. Мейоз. Фази мітозу та мейозу. Розвиток статевих клітин у рослин та тварин. Подібність та відмінність мітозу та мейозу, їх значення. Розподіл клітини – основа зростання, розвитку та розмноження організмів. Роль мейозу у забезпеченні сталості числа хромосом у поколіннях
Терміни та поняття, що перевіряються в екзаменаційній роботі: анафаза, гамета, гаметогенез, поділ клітини, життєвий цикл клітини, зигота, інтерфаза, кон'югація, кросинговер, мейоз, метафаза, овогенез, сім'яник, сперматозоїд, спору, телофаза, яєчник, будова та функції хромосом.
Хромосоми- Структури клітини, що зберігають і передають спадкову інформацію. Хромосома складається з ДНК та білка. Комплекс білків, пов'язаних із ДНК, утворює хроматин. Білки відіграють важливу роль у упаковці молекул ДНК у ядрі. Будова хромосоми найкраще видно у метафазі мітозу. Вона є паличкоподібною структурою і складається з двох сестринських. хроматид, що утримуються центроміром в області первинної перетяжки. Диплоїдний набір хромосом організму називається каріотипом . Під мікроскопом видно, що хромосоми мають поперечні смуги, які чергуються у різних хромосомах по-різному. Розпізнають пари хромосом, враховуючи розподіл світлих і темних смуг (чергування АТ та ГЦ – пар). Поперечною смугастістю мають хромосоми представників різних видів. У родинних видів, наприклад, у людини і шимпанзе, подібний характер чергування смуг у хромосомах.
Кожен вид організмів має постійне число, форму і склад хромосом. У каріотипі людини 46 хромосом – 44 аутосоми та 2 статеві хромосоми. Чоловіки гетерогаметні (статеві хромосоми ХУ), а жінки гомогаметні (статеві хромосоми XX). У-хромосома відрізняється від Х-хромосоми відсутністю деяких алелів. Наприклад, в У-хромосомі немає алелю згортання крові. В результаті на гемофілію хворіють, як правило, тільки хлопчики. Хромосоми однієї пари називаються гомологічними. Гомологічні хромосоми в однакових локусах (місцях розташування) несуть аллельні гени.
Життєвий цикл клітини. Інтерфаза. Мітоз. Життєвий цикл клітини- Це період її життя від розподілу до розподілу. Клітини розмножуються шляхом подвоєння свого вмісту з наступним поділом навпіл. Клітинний поділ лежить в основі росту, розвитку та регенерації тканин багатоклітинного організму. Клітинний циклподіляють на інтерфазу, що супроводжується точним копіюванням та розподілом генетичного матеріалу та мітоз- Власне розподіл клітини після подвоєння інших клітинних компонентів. Тривалість клітинних циклів у різних видів, у різних тканинах та на різних стадіях широко варіює від однієї години (у ембріона) до року (у клітинах печінки дорослої людини).
Інтерфаза- Період між двома поділами. У цей час клітина готується до поділу. Подвоюється кількість ДНК у хромосомах. Подвоюється кількість інших органоїдів, синтезуються білки, причому найбільш активно ті з них, які утворюють веретено поділу, відбувається зростання клітини.
До кінця інтерфази кожна хромосома складається із двох хроматид, які в процесі мітозу стануть самостійними хромосомами.
Мітоз- Це форма поділу клітинного ядра. Отже, відбувається він лише у еукаріотичних клітинах. В результаті мітозу кожне з дочірніх ядер, що утворюються, отримує той же набір генів, який мала батьківська клітина. У мітоз можуть вступати як диплоїдні, так і гаплоїдні ядра. При мітозі виходять ядра тієї ж плоїдності, як і вихідне. Мітоз складається з кількох послідовних фаз.
Профаза. До різних полюсів клітини розходяться подвоєні центріолі. Від них до центромірів хромосом простягаються мікротрубочки, що утворюють веретено поділу. Хромосоми потовщені, і кожна хромосома складається з двох хроматид.
Метафаза. У цій фазі добре видно хромосоми, що складаються із двох хроматид. Вони вишиковуються за екватором клітини, утворюючи метафазну пластинку.
Анафаза. Хроматиди розходяться до полюсів клітини з однаковою швидкістю. Мікротрубочки коротшають.
Телофаза. Дочірні хроматиди підходять до полюсів клітини. Мікротрубочки зникають. Хромосоми деспіралізуються і знову набувають ниткоподібної форми. Формуються ядерна оболонка, ядерце, рибосоми.
Цитокінез- Поділ цитоплазми. Клітинна мембрана у центральній частині клітини втягується всередину. Утворюється борозна розподілу, у міру поглиблення якої клітка роздвоюється.
В результаті мітозу утворюються два нових ядра з ідентичними наборами хромосом, що точно копіюють генетичну інформацію материнського ядра.
У пухлинних клітинах перебіг мітозу порушується.
ПРИКЛАДИ ЗАВДАНЬ
Частина А
А1. Хромосоми складаються з
1) ДНК та білка 3) ДНК та РНК
2) РНК та білка 4) ДНК та АТФ
А2. Скільки хромосом містить клітини печінки людини?
1) 46 2) 23 3) 92 4) 66
А3. Скільки ниток ДНК має подвоєна хромосома
1) одну 2) дві 3) чотири 4) вісім
А4. Якщо в зиготі людини міститься 46 хромосом, скільки хромосом міститься в яйцеклітині людини?
1) 46 2) 23 3) 92 4) 22
А5. У чому полягає біологічний сенс подвоєння хромосом в інтерфазі мітозу?
1) У процесі подвоєння змінюється спадкова інформація
2) Подвоєні хромосоми краще видно
3) Внаслідок подвоєння хромосом спадкова інформація нових клітин зберігається незмінною
4) Внаслідок подвоєння хромосом нові клітини містять вдвічі більше інформації
А6. У якій із фаз мітозу відбувається розбіжність хроматид до полюсів клітини? В:
1) профаз 3) анафаз
2) метафазі 4) телофазі
А7. Вкажіть процеси, що відбуваються в інтерфазі
1) розбіжність хромосом до полюсів клітини
2) синтез білків, реплікація ДНК, ріст клітини
3) формування нових ядер, органоїдів клітини
4) деспіралізація хромосом, формування веретена поділу
А8. В результаті мітозу виникає
1) генетична різноманітність видів
2) освіта гамет
3) перехрест хромосом
4) проростання спор моху
А9. Скільки хроматиду має кожна хромосома до її подвоєння?
1) 2 2) 4 3) 1 4) 3
А10. В результаті мітозу утворюються
1) зигота у сфагнуму
2) сперматозоїди у мухи
3) нирки у дуба
4) яйцеклітини у соняшника
Частина В
В 1. Виберіть процеси, що відбуваються в інтерфазі мітозу
1) синтез білків
2) зменшення кількості ДНК
3) зростання клітини
4) подвоєння хромосом
5) розбіжність хромосом
6) розподіл ядра
В 2. Вкажіть процеси, в основі яких лежить мітоз
1) мутації 4) утворення сперміїв
2) зростання 5) регенерація тканин
3) дроблення зиготи 6) запліднення
ВЗ. Встановіть правильну послідовність фаз життєвого циклу клітини
А) анафаза; В) телофаза; Д) метафаза.
Б) інтерфаза Г) профаза Е) цитокінез
Частина С
З 1. Що спільного між процесами регенерації тканин, зростанням організму та дробленням зиготи?
С2. У чому полягає біологічний сенс подвоєння хромосом та кількості ДНК в інтерфазі?
Мейоз. Мейоз – це процес розподілу клітинних ядер, що призводить до зменшення кількості хромосом вдвічі та утворенню гамет. В результаті мейозу з однієї диплоїдної клітини (2n) утворюється чотири гаплоїдні клітини (n).
Мейоз і двох послідовних поділів, яким у інтерфазі передує одноразова реплікація ДНК.
Основними подіями профази першого поділу мейозу є:
- гомологічні хромосоми поєднуються по всій довжині або, як кажуть, кон'югують. При кон'югації утворюються хромосомні пари – біваленти;
– у результаті утворюються комплекси, що складаються з двох гомологічних хромосом або чотирьох хроматид. (подумайте, навіщо це потрібно?);
– наприкінці профази відбувається кросинговер (перехрест) між гомологічними хромосомами: хромосоми обмінюються між собою гомологічними ділянками. Саме кросинговер забезпечує різноманітність генетичної інформації, яку діти отримують від батьків.
У метафазі I хромосоми вишиковуються по екватору веретена поділу. Центроміри звернені до полюсів.
Анафаза I – нитки веретена скорочуються, гомологічні хромосоми, що з двох хроматид, розходяться до полюсів клітини, де формуються гаплоїдні набори хромосом (2 набори на клітину). На цій стадії виникають хромосомні рекомбінації, що підвищують рівень мінливості нащадків.
Телофаза I – формуються клітини з гаплоїдним набором хромосомта подвоєною кількістю ДНК. Формується ядерна оболонка. У кожну клітину потрапляє 2 сестринські хроматиди, з'єднані центроміром.
Другий поділ мейозу складається з профази II, метафази II, анафази II, телофази II та цитокінезу.
Біологічне значення мейозуполягає в утворенні клітин, що беруть участь у статевому розмноженні, у підтримці генетичної сталості видів, а також у спороутворенні у вищих рослин. Мейотичним шляхом утворюються суперечки мохів, папоротей та інших груп рослин. Мейоз є основою комбінативної мінливості організмів. Порушення мейозу у людини можуть призвести до таких патологій, як хвороба Дауна, ідіотія та ін.
Генетична інформація закодована у ДНК. Генетичний код було з'ясовано М. Ніренбергом та Х.Г. Корану, за що вони були удостоєні Нобелівської премії у 1968 році.
Генетичний код- система розташування нуклеотидів у молекулах нуклеїнових кислот, що контролює послідовність розташування амінокислот у молекулі поліпептиду.
Основні постулати коду:
1) Генетичний код триплетен. Триплет і-РНК отримав назву кодону. Кодон шифрує одну амінокислоту.
2) Генетичний код є виродженим. Одна амінокислота шифрується, більш ніж один кодон (від 2 до 6). Винятки становлять метіоніновий та триптофановий (АУГ, ГУГ). У кодонах для однієї амінокислоти перші два нуклеотиди найчастіше однакові, а третій варіює.
3) Кодони не перекриваються. Нуклеотидна послідовність зчитується в одному напрямку поспіль, триплет за триплетом.
4) Код однозначний. Кодон шифрує певну амінокислоту.
5) АУГ є стартовим кодоном.
6) Усередині гена немає розділових знаків - стоп кодонів: УАГ, УАА, УГА.
7) Генетичний код універсальний, він єдиний всім організмів і вірусів.
Розкриття структури ДНК, матеріального носія спадковості сприяло вирішенню багатьох питань: відтворення генів, природи мутацій, біосинтез білка і т.д.
Механізм передачі генетичного коду сприяв розвитку молекулярної біології, а так само генної інженерії, генної терапії.
ДНК знаходиться в ядрі і входить до складу хроматину, а також мітохондрії, центросоми, пластиди, а РНК – у ядерцях, матриксі цитоплазми, рибосомах.
Носієм спадкової інформації в клітині є ДНК, а РНК - служить передачі та реалізації генетичної інформації у про- і еукаріотів. З допомогою і-РНК відбувається процес перекладу послідовності нуклеотидів ДНК поліпептид.
У деяких організмів, крім ДНК, носієм спадкової інформації може бути РНК, наприклад, віруси тютюнової мозаїки, поліомієліту, СНІДу.
Мономерами нуклеїнових кислот є нуклеотиди. Встановлено, що в хромосомах еукаріотів гігантська двоспіральна молекула ДНК утворена 4 типами нуклеотидів: аденіловий, гуаніловий, тимідиловий, цитозиловий. Кожен нуклеотид складається з азотистої основи (пуринової Г+А або піримідинової Ц+Т), дезоксирибози та залишку фосфорної кислоти.
Аналізуючи ДНК різного походження, Чаргафф сформулював закономірності кількісного співвідношення азотистих основ. правила Чаргафа.
а) кількість аденіну дорівнює кількості тиміну (А = Т);
б) кількість гуаніну дорівнює кількості цитозину (Г=Ц);
в) кількість пуринів дорівнює кількості піримідинів (Г+А = Ц+Т);
г) кількість основ з 6-аміногрупами дорівнює кількості основ з 6-кетогруп (А+Ц = Г+Т).
У той самий час співвідношення підстав А+Т\Г+Ц є суворо видоспецифічним коефіцієнтом (для людини - 0,66; миші - 0,81; бактерії - 0,41).
У 1953 році біологом Дж.Уотсономта фізиком Ф.Крікомбуло запропоновано просторову молекулярну модель ДНК.
Основні постулати моделі полягають у наступному:
1. Кожна молекула ДНК складається з двох довгих антипаралельних полінуклеотидних ланцюгів, що утворюють подвійну спіраль, закручену навколо центральної осі (правозакручена - В-форма, лівозакручена - Z-форма, виявлена А. Річем наприкінці 70-х років).
2. Кожен нуклеозид (пентоза + азотна підстава) розташований у площині, перпендикулярній осі спіралі.
3. Два полінуклеотидні ланцюги скріплені водневими зв'язками, що утворюються між азотистими основами.
4. Спарювання азотистих основ суворо специфічне, пуринові основи з'єднуються лише з піримідиновими: А-Т, Г-Ц.
5. Послідовність основ одного ланцюга може значно варіювати, але азотисті основи іншого ланцюга мають бути суворо комплементарними.
Полінуклеотидні ланцюги утворюються за рахунок ковалентних зв'язків між сусідніми нуклеотидами через залишок фосфорної кислоти, який з'єднує вуглець у положенні п'ятому цукру з третім вуглецем сусіднього нуклеотиду. Ланцюги мають спрямованість: початок ланцюга 3" ВІН - у третьому положенні вуглецю дезоксирибози приєднується гідроксильна група ВІН, кінець ланцюга - 5" Ф, до п'ятого вуглецю дезоксирибози приєднується залишок фосфорної кислоти.
Аутосинтетичною функцією ДНК є реплікація – авторепродукції. Реплікація заснована на принципах напівконсервативності, антипаралельності, комплементарності та уривчастості. Спадкова інформація ДНК реалізується внаслідок реплікації на кшталт матричного синтезу. Він протікає в стадіях: зв'язування, ініціація, елонгація, термінація. Процес присвячений S-періоду інтерфази. Фермент ДНК-полімераза використовує як матрицю одноланцюжкову ДНК і в присутності 4-х нуклеотидів, затравки (РНК) будує другий ланцюг ДНК.
Синтез ДНК здійснюється за принципом комплементарності. Між нуклеотидами ланцюга ДНК утворюється фосфодіефірні зв'язки за рахунок сполук 3 "ОН групи найостаннішого нуклеотиду з 5"-фосфатом наступного нуклеотиду, який повинен приєднатися до ланцюга.
Розрізняють три основні види реплікації ДНК: консервативний, напівконсервативний, дисперсний.
Консервативний - збереження цілісності вихідної дволанцюгової молекули та синтез дочірньої дволанцюжкової. Половина дочірніх молекул побудована повністю з нового матеріалу, а половина – зі старого материнського.
Напівконсервативний – Синтез ДНК починається з приєднання до точки початку реплікації ферменту хелікази, що розплітає ділянки ДНК. До кожного з ланцюгів приєднується ДНК сполучної білок (ДСБ), що перешкоджає їх з'єднанню. Одиницею реплікації є реплікон – це ділянка між двома точками початку синтезу дочірніх кіл. Взаємодія ферментів із точкою початку реплікації називається ініціацією. Ця точка рухається вздовж ланцюга (3" ВІН → 5" Ф) і утворюється реплікативна вилка.
Синтез нового ланцюга йде уривчасто з утворенням фрагментів довжиною 700-800-2000 нуклеотидних залишків. Є точка початку та кінця реплікації. Реплікон рухається вздовж молекули ДНК та розплітаються її нові ділянки. Кожен із материнських ланцюгів є матрицею для дочірньої, яка синтезується за принципом комплементарності. Внаслідок послідовних сполук нуклеотидів ланцюг ДНК подовжується (стадія елонгації) за допомогою ферменту ДНК-лігаза. При досягненні необхідної довжини молекули синтез припиняється - термінація. У еукаріотів працює відразу тисячі реплікативних виделок. У прокаріотів - ініціація відбувається в одній точці кільця ДНК, при цьому дві реплікативні вилки рухаються в 2-х напрямках. У місці їхньої зустрічі двох ланцюжкових молекул ДНК роз'єднуються.
Дисперсний - розпад ДНК на нуклеотидні фрагменти, нова дволанцюжкова ДНК складається із спонтанно набраних нових та батьківських фрагментів.
ДНК еукаріотів за структурою схоже на ДНК прокаріотів. Відмінності стосуються: кількості ДНК за генами, довжиною молекули ДНК, порядком чергування нуклеотидних послідовностей, формою укладання (у еукаріотів - лінійна, у прокаріотів - кільцева).
Для еукаріотів характерна надмірність ДНК: у її ДНК, що бере участь у кодуванні, становить лише 2%. Частина надлишкової ДНК представлена однаковими наборами нуклеотидів, що повторюються багато разів (повтори). Розрізняють послідовності, що багаторазово і помірно повторюються. Вони утворюють конститутивний гетерохроматин (структурний). Він убудований між унікальними послідовностями. Надлишкові гени мають 104 копій.
Метафазна хромосома (Спіралізований хроматин) складається з двох хроматид. Форма визначається наявністю первинної перетяжки – центроміри. Вона поділяє хромосому на 2 плечі.
Розташування центроміру визначає основні форми хромосом:
Метацентричні,
Субметацентричні,
Акроцентричні,
Тілоцентричні.
Ступінь спіралізації хромосом не є однаковим. Ділянки хромосом із слабкою спіралізацією називають еухроматинові. Це зона високої метаболічної активності, де ДНК складається з унікальних послідовностей. Зона із сильною спіралізацією - гетерохроматиновий ділянку, здатну до транскрипції. Розрізняють конститутивний гетерохроматин-генетичний інертний, не містить генів, не переходить в еухроматин, а також факультативний, який може переходити до активного еухроматину. Кінцеві відділи дистальних ділянок хромосом називають теломери.
Хромосоми поділяються на аутосоми (соматичних клітин) та гетерохромосоми (статевих клітин).
На пропозицію Левитського (1924) диплоїдний набір соматичних хромосом клітини був названий каріотипом. Він характеризується кількістю, формою, розмірами хромосом. Для опису хромосом каріотипу на пропозицію С.Г. Навашина їх розташовують у вигляді ідіограми - систематизованого каріотипу У 1960 році була запропонована Денверська міжнародна класифікація хромосом, де хромосоми класифіковані за величиною та розташуванням центроміру. У каріотипі соматичної клітини людини розрізняють 22 пари аутосом та пару статевих хромосом. Набір хромосом у соматичних клітинах називають диплоїдним, а в статевих клітинах - гаплоїдним (Він дорівнює половині набору аутосом). В ідіограмі каріотипу людини хромосоми ділять на 7 груп, залежно від їх розмірів та форми.
1 - 1-3 великі метацентричні.
2 - 4-5 великі субметацентричні.
3 - 6-12 та Х-хромосома середні метацентричні.
4 – 13-15 середні акроцентричні.
5 - 16-18 відносно малі мета-субметацентричні.
6 – 19-20 малі метацентричні.
7 - 21-22 і Y-хромосоми найбільш малі акроцентричні.
Згідно Паризької класифікації Хромосоми розділені на групи за їх розмірами та формою, а також лінійному диференціюванню.
Хромосоми мають такі властивості (правила хромосом):
1. Особливості - відмінності немологічних хромосом.
2. Парності.
3. Постійністю числа - притаманним кожного виду.
4. Безперервності - здатність до репродукції.
Завантаження...
