Закономерности наследственности

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

Обозначения генов и их аллелей

• 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 , а 1 – а 2, 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)

Примеры образования аллелей одного гена А

5

3

1

4

2

триплеты

Т

Ц

Ц

Т

Г

А

Г

Т

Ц

А

кодоны ДНК

Т

Т

Г

А

Аллель а1

Г

А

Г

А

Ц

Ц

антикодоны ДНК

А

Т

Т

Г

Г

Ц

А

Т

А

Ц

Г

Ц

У

Г

Ц

А

У

У

Г

У

кодоны мРНК

А

У

У

А

Г

гли

тир

сер

вал

аминокислоты

мет

4

5

триплеты

2

1

3

А

Г

Т

кодоны ДНК

А

Т

Т

Ц

А

Г

Т

Ц

Ц

Г

Т

Г

Аллель а0 ( А )

Ц

Ц

Г

Г

Г

А

А

антикодоны ДНК

Т

Т

А

Ц

А

Т

Ц

А

У

У

А

У

У

Г

Ц

Ц

Г

А

У

кодоны мРНК

Г

А

У

Г

лей

мет

тир

арг

вал

аминокислоты

3

5

2

4

триплеты

1

кодоны ДНК

Т

Г

Т

Т

Ц

Ц

Г

Г

А

Т

А

А

Ц

А

Аллель а2

Г

(нуль–аллель)

А

антикодоны ДНК

А

Г

Ц

Г

Ц

Т

Т

Г

Ц

А

А

Т

Т

Ц

Г

Г

А

А

Г

Ц

Ц

У

У

У

У

А

кодоны мРНК

У

Г

А

стоп

мет

аминокислоты

Репликация ДНК

• 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

• 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

ген А

неудвоенная

удвоенные (двухроматидные) хромосомы перед делением клетки

удвоенная хромосома

(одно-хроматидная) хромосома

перед делением клетки

после деления клетки

(вариант 1 – отчетливо видны две хроматиды)

(вариант 1:

(вариант 2:

отчетливо видны две хроматиды)

граница между хроматидами не видна)

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

Доминантные и рецессивные признаки Доминантные и рецессивные аллели

• 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)

– доминантный аллель гена

– рецессивный 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