Повторите понятия ген и геном. Какие компоненты отвечают за начало и окончание работы гена? Назовите различия в строении генов у прокариот и эукариот. вспомните, что такое оперон и у каких живых организмов он встречается.
Особенности геномов прокариот и эукариот
Прокариотические и эукариотические организмы отличаются друг от друга не только строением генов. Их геномы также имеют отличительные особенности.
Особенности геномов прокариот и эукариот
|
Признак |
Прокариоты |
Эукариоты |
|
Место расположения большинства генов генома |
Бактериальная хромосома (нуклеоид) — большая кольцевая молекула ДНК |
Хромосомы расположены в ядре клетки (ядерная часть генома) |
|
Другие места размещения генов |
Плазмиды — небольшие кольцевые молекулы ДНК |
Небольшие кольцевые молекулы ДНК в пластидах и митохондриях (неядерная часть генома) |
|
Наличие некодирующих участков внутри генов |
Отсутствуют |
Присутствуют в виде интронов |
|
Наличие некодирующих участков ДНК вне генов |
Присутствуют в небольшом количестве, маленького размера |
Присутствуют в большом количестве. Составляют большую часть генома |
|
Наличие оперонов |
Есть |
Нет |
Геномы эукариот делятся на две большие части — ядерную и неядерную. Ядерная часть состоит из генов, расположенных в хромосомах ядра клетки, неядерная — из ДНК митохондрий и пластид.
Основные типы РНК
В клетках существует несколько типов РНК. Они выполняют различные функции и синтезируются клетками в разном количестве. Чаще всего в клетках встречаются информационные, рибосомальные, транспортные и малые ядерные РНК.
Характеристика основных типов РНК
|
Тип РНК |
Особенности строения |
Функции |
|
Информационная, или матричная, РНК (иРНК, или мРНК) |
Одинарная цепочка |
Переносит информацию о последовательности аминокислот в белковых молекулах от ДНК к месту синтеза белков |
|
Рибосомальная РНК (рРНК) |
Одинарная цепочка имеет сложную форму, образует комплексы с белками (нуклеопротеиды) |
Входит в состав рибосом, которые осуществляют синтез белков |
|
Транспортная РНК (тРНК) |
Одинарная цепочка, различные участки которой взаимодействуют между собой и образуют сложную пространственную форму (рис. 21.1) |
Доставляет к месту синтеза белков аминокислоты, содержащиеся в цитозоле клетки |
|
Малые ядерные РНК (мяРНК) |
Одинарные цепочки. Небольшие по размеру молекулы, находящиеся в ядре клетки. Существует несколько их разновидностей. Обычно образуют комплексы с белками |
Участвуют в процессах созревания РНК и регуляции процессов транскрипции |
Этапы реализации наследственной информации
Наследственная информация, которая хранится в ДНК, используется клеткой в виде синтезированных продуктов (молекул РНК и белков). Реализация этой информации происходит в несколько этапов — транскрипция, созревание РНК и трансляция (рис. 21.2).
Основные этапы реализации наследственной информации
|
Этап |
Где происходит |
Какие процессы происходят |
Какие структуры участвуют |
|
Транскрип ция |
У прокариот — в цитоплазме. У эукариот — в ядре, митохондриях и пластидах |
Синтез цепи иРНК по образцу одной из цепочек ДНК |
ДНК и комплекс ферментов, главным из которых является РНК-полимераза |
|
Созревание РНК (процессинг) |
У эукариот — в ядре клеток |
Из молекулы иРНК удаляются интроны, а экзоны соединяются в одну молекулу иРНК |
Небольшие молекулы мяРНК, белки-ферменты |
|
Трансляция |
У прокариот — в цитоплазме. У эукариот — в цитоплазме, на гранулярной эндоплазматической сети, в митохондриях и пластидах |
Синтез молекул белка на рибосоме согласно информации молекулы РНК |
Рибосомы, молекулы тРНК и иРНК, АТФ |
Регуляция реализации наследственной информации
Геном человека состоит из более чем 20 000 генов. Но для жизнедеятельности и выполнения своих функций каждой отдельной клетке требуется гораздо меньше генов. Так, нервной клетке зрительного нерва не надо производить ферменты слюны или половые гормоны. А клетке мышц нет смысла в синтезе гемоглобина. Поэтому большая часть генов в клетках является «выключенной», неактивной.
Но и активные гены не всегда должны работать одинаково. Если есть необходимость в выработке слюны, то гены, которые производят нужные ферменты, работают активно. А когда потребность проходит, интенсивность их работы следует уменьшать. Так клетки могут экономить ресурсы организма.
В клетках регуляция реализации генетической информации может происходить с помощью нескольких механизмов (рис. 21.3).
Первый механизм — взаимодействие продуктов регуляторных генов (обычно белков) с определенными структурами генов: оператором, промотором или регуляторными участками. Это позволяет изменять скорость работы генов, «включать» или «выключать» их.
Второй механизм — модификация некоторых нуклеотидов в цепочках ДНК. Если к ним присоединяются метиловые радикалы (CH3), то считывание информации с такого участка ДНК становится невозможным.
Третий механизм — упаковка определенных участков ДНК с помощью белков таким образом, чтобы из них нельзя было считать наследственную информацию.
Кроме того, регуляция возможна и на более поздних этапах, когда клетка блокирует работу РНК или белков, являющихся продуктами работы гена.
Близнецы млекопитающих, начинающих свое развитие из двух клеток, образованных после деления одной зиготы, получают одинаковые геномы. Поэтому все их клетки содержат одинаковую последовательность нуклеотидов ДНК. Но в течение жизни их геномы приспосабливаются к окружающей среде по-разному. Поэтому с возрастом количество и размещение «выключенных» генов в их геномах отличаются все больше, и они становятся все меньше похожими друг на друга с точки зрения эпигенетики — науки, изучающей механизмы регуляции работы генов.
Основными этапами реализации наследственной информации в клетках являются транскрипция, созревание РНК и трансляция. У живых организмов существует много типов РНК. Наиболее распространенными среди них являются информационная, или матричная, РНК (иРНК, или мРНК), рибосомальная РНК (рРНК), транспортная РНК (тРНК) и ядерные РНК (мяРНК).
Проверьте свои знания
1. Какие типы РНК наиболее распространены в клетках? 2. Какие этапы выделяют в процессе реализации наследственной информации? 3. Что происходит в ходе созревания РНК? 4. Почему в клетке существует несколько типов РНК? 5*. Почему бактериям выгодно объединять свои гены в оперон? 6*. Почему геномы разных организмов различаются размерами?
Это материал учебника Биология 9 класс Задорожный