Квиток № 11 - студопедія
Структурно-функціональні рівні організації спадкового матеріалу у прокаріотів і еукаріотів: генний, хромосомний, геномної. Ген. Його властивості. Гени структурні, синтезу т-РНК, р-РНК, регуляторні. Триплетний код. Внутрішньоклітинна регуляція. (Жакоб і Моно).
Розрізняють такі рівні структурно-функціональної організації спадкового матеріалу: генний, хромосомний і геномної.
Елементарної структурою генного рівня організації служить ген. На цьому рівні вивчається структура молекули ДНК, біосинтез білка і ін. Завдяки відносній незалежності генів можливо дискретне (роздільне) і незалежне успадкування (III закон Менделя) і зміна (мутації) окремих ознак.
Гени клітин еукаріот розподілені по хромосомах, утворюючи хромосомні рівень організації спадкового матеріалу. Цей рівень організації служить необхідною умовою зчеплення генів і перерозподілу генів батьків у нащадків при статевому розмноженні (кросинговер).
Вся сукупність генів організму в функціональному відношенні поводиться як ціле і утворює єдину систему, звану геном. Один і той же ген в різних генотипах може проявляти себе по-різному. Геномний рівень організації пояснює взаємодію генів як в одній, так і в різних хромосомах.
Ген - структурна і функціональна одиниця спадковості, що контролює розвиток певної ознаки чи властивості. Сукупність генів батьки передають нащадкам під час розмноження. Однак перенесення генів від батьків до нащадків не є єдиним способом передачі генів. У 1959 році був описаний випадок горизонтального переносу генів. На відміну від вертикального перенесення, в горизонтальному організм передає гени організму, який не є його нащадком. Цей спосіб передачі широко поширений серед одноклітинних організмів і в меншій мірі серед багатоклітинних.
1. дискретність - несмешиваемость генів;
2. стабільність - здатність зберігати структуру;
3. лабільність - здатність багаторазово мутувати;
4. множинний алелізм - багато генів існують в популяції в безлічі молекулярних форм;
5. аллельному - в генотипі диплоїдних організмів лише дві форми гена;
6. специфічність - кожен ген кодує свій ознака;
7. плейотропія - множинний ефект гена;
8. експресивність - ступінь вираженості гена в ознаку;
9. пенетрантность - частота прояву гена в фенотипі;
10. ампліфікація - збільшення кількості копій гена.
Структурні гени - унікальні компоненти генома, що представляють єдину послідовність, що кодує певний білок або деякі види РНК. (Див. Також статтю гени домашнього господарства).
Функціональні гени - регулюють роботу структурних генів
Рибосомная РНК становить велику частку (до 80%) всієї клітинної РНК, така кількість рРНК вимагає інтенсивної транскрипції кодують її генів. Така інтенсивність забезпечується великою кількістю копій кодують рРНК генів: у еукаріот налічується від кількох сотень (
200 у дріжджів) до десятків тисяч (для різних ліній бавовни повідомлялося про 50 - 120 тис. Копій) генів, організованих в масиви тандемних повторів.
У людини гени, що кодують рРНК, також організовані в групи тандемних повторів, розташованих в центральних областях короткого плеча 13, 14, 15, 21 і 22-й хромосом.
У еукаріот місця зосередження генів, що кодують рРНК, зазвичай добре помітні в ядрі клітини, завдяки скупченню навколо них субодиниць рибосом, самосборка яких відбувається тут же. Ці скупчення добре фарбуються цитологическими барвниками і відомі під назвою ядерце. Відповідно, наявність ядерець характерно не для всіх фаз клітинного циклу: при діленні клітини в профазі ядерце дисоціює, оскільки синтез рРНК призупиняється і знову утворюється в кінці телофази при відновленні синтезу рРНК.
Клітка зазвичай містить багато рибосом. для створення яких необхідна велика кількість рибосомальної РНК »що забезпечується багаторазовим повторенням генів рРНК.
Число таких повторів може становити кілька сот і навіть тисяч, які поділяються невеликими нетранскрібіруемимі ділянками - спейсерами. Продуктом транскрипції такого гена є велика молекула - попередник рРНК, яка «одягається» білком, розпадається на дві нерівні частини, що виходять через ядерні пори в цитоплазму, де вони беруть участь в утворенні великої чи малої субодиниці рибосом. В ооцитах земноводних, комах, молюсків, в регенеруючих тканинах тварин, в вистилає шарі пильовика рослин, тобто там, де необхідно особливо велика кількість рибосом, спостерігається явище ампліфікації генів рРНК.
При реплікації генів рРНК частина їх виходить з хромосоми в ядерний сік і продовжує там реплицироваться автономно за типом кільця, що котиться, що призводить до багаторазового збільшення цих генів. Потім в сотнях сформованих таким чином додаткових ядерцях відбувається транскрипція і велике число молекул рРНК виходить в цитоплазму, де використовується для побудови рибосом. Іноді, наприклад у дрозофіли, спостерігається вбудовування таких автономно реплікованих генів в хромосому і передача їх наступним поколінням. Таке явище отримало назву магніфікаціі.
При вивченні генетичного контролю синтезу імуноглобулінів у ссавців було з'ясовано, що легкі і важкі ланцюги імуноглобулінів (L і К) містять постійну (С) і вариабельную (V) частини, кожна з яких успадковується як монофакторное ознака. Були знайдені випадки, коли у одного індивідуума певна V частина знаходилася в комбінації з різними C частинами. Передбачається, що C і V - ділянки імуноглобулінів кодуються різними цистрона, тобто два цистрона - одна ланцюг імуноглобуліну. Таким чином, зазначені цистрони можуть об'єднуватися в різних комбінаціях для синтезу відповідного білка.
Триплет (лат. Triplus - потрійний) - в генетиці, комбінація з трьох послідовно розташованих нуклеотидів в молекулі нуклеїнової кислоти.
В інформаційних рибонуклеїнових кислотах (іРНК) триплети утворюють так звані кодони, за допомогою яких в іРНК закодована послідовність расположеніяамінокіслот в білках [1].
У молекулах транспортних РНК (тРНК) триплети утворюють Антикодон.
Ф. Жакоб і Ж. Моно висунули в 1961 році гіпотезу оперона. За цією схемою гени функціонально неоднакові. Один з них - структурний ген, містить інформацію про розташування амінокислот в молекулі білка ферменту, інші виконують регуляторні функції, що впливають на активність структурних генів - гени - регулятори. Структурні гени розташовуються поруч і утворюють блок - оперон. Вони програмують синтез ферментів. Крім того в оперон входять ділянки, що відносяться до процесу включення транскрипції. Вся група генів одного оперону функціонує одночасно, тому ферменти одного ланцюга реакції або синтезуються всі, або не синтезується ні один з них. На самому початку структури оперона знаходиться ген - оператор, який включає і вимикає структурні гени. Оператор контролює ген - регулятор. Ген-регулятор кодує синтез білка-репрессора. Репрессор в активній формі блокує транскрипцію, зчитування генетичної інформації припиняється і весь оперон вимикається. До тих пір, поки репрессор пов'язаний з геном-оператором, оперон знаходиться у вимкненому стані. При переході в неактивну форму ген-оператор звільняється, відбувається включення оперона і починається синтез відповідної РНК з подальшим процесом синтезу ферментів. Оперон система являє собою один з механізмів регуляції синтезу білка.
Диференціація клітин і виборча активність генів.
До стадії бластули все клітини тотипотентність - стовбурові. Згодом тотипотентність знижується і з'являються поліпотентні (здатні перетворюватися тільки в певну тканину). У дорослих особин також зберігається частина стовбурових клітин.
В ядрах диференційованих клітин більшість генів знаходиться в репресивному стані, число ж активно працюють генів різна в різних тканинах і органах на різних стадіях розвитку.
У еукаріот існує шлях регулювання генної активності - одночасне групове придушення активності генів в цілій хромосомі або її більшій ділянці. Це здійснюється білками-гистонами.