Читать книгу Биология: путь к пониманию жизни – от клеточных механизмов до эволюции видов. Цикл: учебники и учебные пособия по биологии, сельскому хозяйству, зоологии, анатомии и агрономии - - Страница 10

Гены и хромосомы являются ключевыми элементами генетики – науки, изучающей наследственность и изменчивость организмов. В этом параграфе мы рассмотрим основные аспекты этих структур, механизмы их работы и связанные с ними биологические процессы.

Определение гена

Ген – это участок молекулы ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты), который содержит информацию для синтеза определенного белка или РНК. Белки играют важную роль во всех процессах жизнедеятельности организма, включая рост, развитие, метаболизм и даже поведение. Гены определяют последовательность аминокислот в белках, что влияет на структуру и функцию белков.

Основные функции генов:

– Кодирование белков: Основная функция большинства генов заключается в кодировании последовательности аминокислот в полипептидной цепи белка.

– Регуляция экспрессии других генов: Некоторые гены могут регулировать активность других генов, влияя на то, когда и где они будут экспрессированы.

– Синтез РНК: Некодирующие гены участвуют в синтезе различных типов РНК, таких как рибосомная РНК (рРНК) и транспортная РНК (тРНК).

Определение хромосомы

Хромосома – это структура внутри ядра клетки, состоящая из плотно упакованной ДНК и связанных с ней белков. Хромосомы содержат большое количество генов и обеспечивают упорядоченное хранение и передачу генетической информации от одного поколения к другому.

Структура хромосомы:

– ДНК: Основу хромосомы составляет длинная молекула ДНК, которая свернута вокруг белков-гистонов.

– Белки-гистоны: Эти белки помогают компактизировать ДНК, образуя структуры, называемые нуклеосомами.

– Центромера: Это область хромосомы, которая играет ключевую роль в процессе деления клеток. Она помогает разделить хроматиды при митозе и мейозе.

– Теломеры: Концевые участки хромосом, которые защищают ДНК от деградации и предотвращают слияние концов хромосом.

Механизмы функционирования генов и хромосом

Экспрессия генов

Экспрессия генов включает несколько этапов:

– Транскрипция: Процесс копирования участка ДНК в комплементарную цепь РНК. Этот процесс осуществляется ферментом РНК-полимеразой.

– Процессинг РНК: После транскрипции первичная РНК подвергается модификации, включающей удаление интронов (некодирующих участков) и добавление защитных групп на концах молекулы.

– Трансляция: На рибосомах происходит перевод последовательности нуклеотидов мРНК в последовательность аминокислот в полипептиде. Этот процесс требует участия тРНК и рРНК.

– Посттрансляционная модификация: Многие белки подвергаются дальнейшим изменениям после трансляции, таким как фосфорилирование, гликозилирование и другие, чтобы приобрести свою окончательную форму и функциональность.

Регуляция экспрессии генов

Экспрессия генов регулируется различными механизмами:

– Эпигенетические изменения: Метилирование ДНК и модификация гистонов могут изменять доступность генов для транскрипционных факторов.

– Транскрипционные факторы: Белки, которые связываются с определенными последовательностями ДНК и регулируют активность генов.

– МикроРНК: Малые некодирующие РНК, которые могут подавлять экспрессию определенных генов путем взаимодействия с мРНК.

Деление клеток и передача генетического материала

Митоз и мейоз – два основных типа клеточного деления, обеспечивающих передачу генетического материала:

– Митоз: Процесс, в ходе которого одна материнская клетка делится на две дочерние клетки, каждая из которых получает полный набор хромосом. Митоз обеспечивает рост и регенерацию тканей.

– Мейоз: Процесс формирования половых клеток (гамет). В результате мейоза образуются четыре гаметы, каждая из которых имеет половину набора хромосом по сравнению с исходной клеткой. Мейоз обеспечивает генетическое разнообразие и позволяет происходить половому размножению.

Важные биологические понятия и термины

– Аллель: Различные формы одного и того же гена, расположенные на одном и том же месте (локусе) гомологичных хромосом.

– Генотип: Совокупность всех генов организма.

– Фенотип: Набор внешних признаков и характеристик организма, обусловленных взаимодействием его генотипа и окружающей среды.

– Мутация: Изменение в последовательности ДНК, которое может привести к изменению функции гена.

– Полиморфизм: Наличие нескольких вариантов одной и той же последовательности ДНК у разных особей одного вида.

– Доминирование: Свойство аллеля проявляться фенотипически независимо от наличия другого аллеля.

– Рецессивность: Свойство аллеля не проявляться фенотипически в присутствии доминантного аллеля.

Таким образом, гены и хромосомы представляют собой сложные системы, отвечающие за хранение, передачу и реализацию генетической информации. Понимание механизмов их функционирования является ключевым для изучения наследственности и изменчивости живых организмов.

Упражнение №6 Тестовое задание по теме «Гены и хромосомы». Оно включает разные уровни сложности.

Лёгкие вопросы:

– 1. Что такое ген?

a) Часть клетки

b) Частица, которая передаёт признаки

c) Организм

– 2. Где находятся хромосомы?

a) В ядре клетки

b) В окружающей среде

c) В нейронах

– 3. Сколько хромосом у человека?

a) 23 пары

b) 46 одиночных

c) 30 пар

Средние вопросы:

– 4. Какую информацию несёт ген?

a) О росте и весе

b) О цвете глаз и волос

c) Всё вышеперечисленное

– 5. Что происходит во время деления клетки?

a) Хромосомы удваиваются

b) Клетка разрушается

c) Гены исчезают

– 6. Кто изучает гены и хромосомы?

a) Хирург

b) Генетик

c) Математик

Сложные вопросы:

– 7. Как называется процесс, в результате которого могут возникать разные версии одного гена?

a) Мутация

b) Рекомбинация

c) Деление

– 8. Какую роль играют хромосомы в наследовании?

a) Они не влияют

b) Они переносят гены от родителей к потомству

c) Они только защищают гены

– 9. Что такое аллель?

a) Две разные версии одного гена

b) Все гены в организме

c) Тип хромосомы

Очень сложные вопросы:

– 10. Какой тип мутаций является наследуемым и может повлиять на популяцию?

a) Спонтанные мутации

b) Внешние мутации

c) Летальные мутации

– 11. Как называется процесс, при котором происходит обмен генами между гомологичными хромосомами?

a) Митоз

b) Мейоз

c) Кроссинговер

– 12. Как хромосомы определяют пол человека?

a) По количеству

b) По типу половых хромосом (XX или XY)

c) Хромосомы не влияют на пол

Ответы:

– 1. b

– 2. a

– 3. a

– 4. c

– 5. a

– 6. b

– 7. a

– 8. b

– 9. a

– 10. a

– 11. c

– 12. b

Это поможет студентам лучше понять тему!