Генетическая информация Способность к воспроизведению с изменением – это одно из основных свойств биологических систем Эта способность определяется существованием генетической информации Генетическая информация – это такая наследственная информация, носителем которой является ДНК (у части вирусов – РНК) Генетическая информация записана в виде нуклеотидных последовательностей, а в состав каждого нуклеотида входит одно из четырех азотистых оснований (аденин, тимин, гуанин, цитозин) вернуться на главную страницу

ДНК – основной носитель генетической информации ДНК в клетках обычно существует в виде двойной (двухцепочечной) правозакрученной спирали. В чистом виде виде ДНК встречается редко, обычно она входит в состав хромосом.

Ген – участок ДНК В первом приближении, ген – это элементарная единица наследственной информации, представляющая собой участок ДНК Один и тот же ген может быть представлен различными вариантами – аллелями Аллели (аллельные гены) – это различные варианты существования одного и того же гена (формы существования генов) Разным аллелям одного гена соответствуют разные варианты одного и того же белка, одного и того же признака

Гены обозначаются буквами латинского алфавита. Если ген мало изучен, то ему присваиваются произвольные символы А, В, С и так далее. Хорошо изученные гены получают свои собственные имена, например, N, w, cd, vg, Hw, car… Разные аллели одного и того же гена обозначаются одной и той же буквой (символом), но в разном начертании или с разными индексами, например: А – а, а1 – а2, w + – w, A – A L … Различают исходные и мутантные аллели. Исходные аллели – это нормальные аллели, или аллели «дикого типа», кодирующие нормальные генопродукты (например, ферменты), обеспечивающие максимальную приспособленность организмов к их среде обитания Мутантные аллели – это измененные аллели, которые часто представляют собой поврежденные гены, кодирующие искаженный продукт (например, фермент) или вообще не образуют этот продукт (это нуль–аллели) Обозначения генов и их аллелей

Примеры образования аллелей одного гена А Аллель а1 мет аминокислоты валглитир Т А Т А Г Ц Г Ц А Т Ц Г А Т А Т Т А антикодоны ДНК кодоны ДНК А А Ц Г Г ЦУГУУУА кодоны мРНК триплеты2 сер Г Ц ЦА Т А Т ГЦУУ леймет аминокислоты валаргтир Т А Т А Ц Г Г Ц Г Ц Г Ц А Т Ц Г Ц Г А Т А Т Т А антикодоны ДНК кодоны ДНК А Т ААГЦЦУГУУГУА кодоны мРНК У 1триплеты стопмет аминокислоты Т А Т А Ц Г Г Ц Г Ц Г Ц А Т Ц Г Ц Г А Т А Т Т А антикодоны ДНК кодоны ДНК А Т ААГЦЦУГУУГУА кодоны мРНК У 5431триплеты Т А А Ц Г Г А Т У Ц Г Г Ц Г Г 2 Аллель а0 (А) Аллель а2 (нуль– аллель) Г

В интерфазе (интерфаза – это период между двумя клеточными делениями) происходит репликация (самоудвоение) ДНК В ходе репликации из одной молекулы ДНК образуется две идентичные молекулы Репликация ДНК обеспечивает воспроизведение генетической информации Репликация ДНК

ДНК – это тончайшая нить длиной в несколько сантиметров, но диаметром всего 1,8 нм (примерно 18 атомов водорода) Даже в сильнейший электронный микроскоп невозможно увидеть азотистые основания Можно увидеть лишь репликацию ДНК Для определения последовательности азотистых оснований используют биохимические методы

ДНК и хромосомы ДНК в клетке редко встречается в чистом виде. Основная часть ДНК входит в состав хроматина и хромосом. Хроматин – это основное вещество интерфазного ядра в период между клеточными делениями. В состав хроматина кроме ДНК входят и другие вещества: РНК, белки (включая белки-гистоны), неорганические ионы. При делении клетки ДНК спирализуется, и хроматин преобразуется в хромосомы – окрашенные структуры, которые возникают на месте ядра при делении клетки

Хромосомы В метафазе митоза хромосомы видны как двойные структуры: каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид Основу каждой хроматиды составляет одна двухцепочеченая молекула ДНК. Молекулы ДНК в сестринских хроматидах идентичны, т.е. несут одинаковую информацию. Многие известные нам организмы – это диплоиды, у которых имеются парные гомологичные хромосомы, несущую сходную генетическую информацию

ДНК в хромосомах ДНК в составе хромосом связана с белками-гистонами Единичный комплекс из гистонов и ДНК называется нуклеосома Последовательность нуклеосом многократно спирализована, поэтому в одной хроматиде длиной 10–20 мкм помещается молекула ДНК длиной в несколько сантиметров

Ген – участок хромосомы Ген можно рассматривать и как участок хромосомы, поскольку в основе хромосомы лежит ДНК Хромосомы выглядят по-разному. Для удобства их обозначают на схемах как палочковидные структуры Гомологичные хромосомы, несущие сходную информацию, изображают как палочки одинаковой длины Если они несут одинаковые аллели изучаемого гена, то их закрашивают одним цветом, а если разные аллели – то разными цветами

(вариант 2: граница между хроматидами не видна) ген А удвоенные (двухроматидные) хромосомы перед делением клетки удвоенная хромосома перед делением клетки (вариант 1 – отчетливо видны две хроматиды) (вариант 1: отчетливо видны две хроматиды) неудвоенная (одно- хроматидная) хромосома после деления клетки

Передача генетической информации при вегетативном размножении При вегетативном размножении растений происходит полное сохранение исходной генетической информации Варианты признаков сохраняются в неизменном виде из поколения в поколение – это самый простой тип прямого наследования признаков. При вегетативном размножении генетическая информация передается из поколения в поколение через клубни, черенки и другие подобные структуры

Передача генетической информации при самоопылении чистых сортов растений или при их скрещивании (на примере окраски цветков гороха) Чистые сорта гороха с пурпурными (ярко-красными) цветками при самоопылении или внутрисортовом (внутрилинейном) скрещивании всегда дают горошины, из которых вырастают растения с пурпурными цветками Точно так же чистые сорта гороха с белыми цветками при самоопылении или внутрисортовом (внутрилинейном) скрещивании всегда дают горошины, из которых вырастают растения с белыми цветками

Наследование признаков при гибридизации Если скрестить два чистых сорта гороха – пурпурно- и бело-цветковый, то из гибридных семян вырастут только пурпурно-цветковые растения И только при скрещивании гибридов в их потомстве появятся растения с белыми цветками в соотношении: 3 части растений с пурпурными цветками : 1 часть растений с белыми цветками

В данном случае у гибридов первого поколения пурпурная окраска цветков – это доминантный (господствующий) признак. Белая окраска цветков – это рецессивный (отступающий) признак Доминантные признаки определяются доминантными аллелями Как правило, доминантные аллели – это нормальные аллели «дикого типа» Рецессивные аллели часто представляют собой поврежденные гены, которые кодируют искаженный продукт или вообще не образуют этот продукт (нуль– аллели) Доминантные и рецессивные признаки Доминантные и рецессивные аллели

– рецессивный аллель гена – доминантный аллель гена

гаметы

Передача и реализация генетической информации на примере окраски горошин Окраска семян гороха посевного наследуется согласно тем же принципам, что и окраска цветков

– доминантный аллель гена – рецессивный аллель гена

гаметы