Цитологические основы наследственности

1. ЦИТОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

Материальная сущность наследственности
Клетка и ее основные структуры
Хромосомы
Белки
ДНК

2. Материальная сущность наследственности

• Наследственность - свойство родителей
передавать свои признаки и особенности
развития следующему поколению
• Сходство между родителями и потомками
обусловлено тем, что с самого начала и на
протяжении всей жизни дочерний организм
развивается в основном также, как и родители
• Связь между поколениями осуществляется
через клетку, в которой заключена программа
развития организма

3. Электронно-микроскопический снимок клетки

4. Схема строения клетки

5. Строение растительной клетки

• Растительная клетка состоит из цитоплазмы и ядра.
• В цитоплазме находятся – рибосомы, митохондрии,
лизосомы, хлоропласты, хромопласты, мембранные
системы.
• Митохондрии – синтез АТФ, дыхание (извлечение и
преобразование энергии необходимой для
жизнедеятельности клетки).
• Лизосомы – расщепление сложных химических
веществ
• Рибосомы – сборка белковых молекул
• Хлоропласты – фотосинтез
• Хромопласты и лейкопласты – синтез крахмала и
пигментов

6. Роль ядра в клетке

• Ядро составляет 20% от общего объема клетки.
• В состав ядра входят хромотиновые нити и
ядрышко.
• Биохимическую основу ядра составляют белки,
нуклеиновые кислоты, липоиды. Присутствуют
также различные минеральные соли, в основном
соли кальция и магния.
• Ядро играет активную роль в метаболизме
клетки, в стимуляции синтеза белков и, самое
главное, ядро является носителем
наследственности.
• Наследственная информация храниться в
особых хромотиновых нитях, которые при
делении клетки превращаются в хромосомы.

7. Электронно-микроскопический снимок клетки тополя

8. Хромосомы

• Хромосомы - составная часть ядра
• Состоят из нуклеиновых кислот и белков.
• Роль хромосом - хранение и передача
наследственной информации.
• Кариотип -типичный для данного вида набор
хромосом
• Идиограмма – графическое изображение
кариотипа
• Виды хромосом – метацентрическая,
субметацентрическая ,субметацинтрическая с
вторичной перетяжкой, акроцентрическая,
спутниковая, телоцентрическая
• Набор хромосом в соматических клетках –
диплоидный (2n),
в половых клетках – гаплоидный (n)

9.

10.

11. Белки

• Белки – сложные биологические полимеры,
состоящие из аминокислот
• Белки являются основным строительным
веществом клеток, а следовательно тканей и
органов и организма в целом
• Всего аминокислот, входящих в состав белков 20
• Вид и свойства белка зависит от состава
аминокислот, их количества, последовательности
соединения аминокислот в полипептидной цепи,
• Белки являются основой жизни

12. Сущность наследственности

• Дочерний организм имеет те же признаки и
свойства потому, что с момента зарождения и в
процессе развития у него синтезируются те же
белки и в той же последовательности, что и у
родителей
• Вывод: сущность наследственности
заключается в том, что синтез белков в
возникающем и развивающимся организме
идет по той же программе, что и в
родительских организмах или исходной особи.

13. ДНК

• На хромосомах на молекулярном уровне
запрограммирован синтез белков в клетке.
• Хромосомы состоят из нуклеотидов, куда входят
белки и дизоксирибонуклииновая кислота (ДНК)
• ДНК является материальным субстратом, на
молекулах которого записана наследственная
программа;
• На ДНК содержится информация об
аминокислотном составе и очередности
расположения аминокислот в белковых молекулах;

14. ДНК

15. ДНК

• Каждая молекула ДНК состоит из двух
параллельных цепочек, которые включают:
• - сахарную группу (дизоксирибозу)
• - фосфорную кислоту,
• - четыре азотистых основания (аденин, тимин,
цитозин, гуанин);
• Сахарная группа и фосфорная кислота
чередуются в цепочках в строгой однородной
последовательности

16. ДНК

• К каждой сахарной группе присоединено по
одному азотистому основанию.
• Азотистые основания одной цепочки
соединяются с азотистыми основаниями
другой цепочки и образуют, таким образом,
двухцепочную структуру;

17. ДНК

• Аденин может соединяться только с тимином, а
цитозин с гуанином.
• Такие пары азотистых оснований называются
комплементарными.
• В каждой цепочке три рядом расположенных
компонента – фосфорная кислота, сахарная
группы и присоединенное к ней азотистое
основание составляют нуклеотид.
• Нуклеотиды – элементарные «кирпичики»,
которые располагаясь в два ряда образуют
молекулу ДНК

18. ДНК

• В пространственном отношении молекулы
ДНК представляют как бы винтовую лестницу,
закрученную в виде спирали, ступеньками
которой являются пары азотистых оснований.
• По такому принципу построена ДНК у всех
организмов, начиная от бактериальной клетки
и кончая человеком.
• Различия заключаются в числе разных
нуклеотидов и их взаимном расположении и
сочетании в цепочках ДНК

19.

20. ДНК

• Различия между живыми организмами
заключаются в числе разных нуклеотидов и их
взаимном расположении и сочетании в
цепочках ДНК.
• Программа синтеза белков в клетке записана
на цепочках ДНК хромосом различным
сочетанием четырех различных нуклеотидов

21. Принцип записи наследственной информации

• Генетический код
• Синтез белков: транскрипция и трансляция.
• Цитоплазматическая наследственность

22. Генетический код

• Генетический код – система записи
наследственной информации в молекулах
нуклеиновых кислот.
• Информация о синтезе белка зашифрована на
ДНК в последовательности нуклеотидов
• Три нуклеотида расположенные рядом на ДНК
кодируют одну аминокислоту
• Элементарная единица наследственной
информации называется кодоном.
• Всего 64 кодона; 61 кодон кодирует 20
аминокислот; 3 кодона – являются стопкодонами.

23.

24. Аминокислоты

Обозначения
Названия и кодоны
F
фен
phe – фениламин (UUU UUC)
L
лей
I
иле
leu – лейцин (UUA UUG CUU
CUC CUA CUG)
ile – изолейцин (AUU AUC AUA)
M
мет
met – метионин (AUG)
V
вал
val – валин (GUU GUC GUA GUG)
S
сер
ser – серин (UCU UCC UCA UCG)
P
про
pro – пролин (CCU CCC CCA CCG)
T
тре
thr – треонин (ACU ACC ACA ACG)
A
ала
ala – аланин (GCU GCC GCA GCG)
Y
тир
tyr – тирозин (UAU UAC)

25.

H гис
his – гистидин (CAU CAC)
E глн
gln – глутаминовая кислота (GAA GAG)
D асн
asn – аспарагиновая кислота (GAU GAC)
K лиз
lys – лизин (AAA AAG)
C цис
cys – цистеин (UGU UGC)
W три
trp – триптофан (UGG)
R арг
N асп
arg – аргинин (CGU CGC CGA CGG AGA
AGG)
asp – аспарагин (AAU AAC)
G гли
gly – глицин (GGU GGC GGA GGG)
Q глу
glu – глутамин (CAA CAG)
Стоп-кодоны: UAA, UAG, UGA

26. Свойства генетического кода

Генетический код является:
• триплетным (одну аминокислоту кодируют 3
нуклеотида);
• вырожденным (одной аминокислоте, за
исключением метионина и триптофана,
соответствует более одного кодона);
• неперекрывающимся (соседние триплеты не
имеют общих оснований);
• универсальным (во всех живых организмах
одинаковые кодоны кодируют одни и те же
аминокислоты)
• Код не имеет разделительных знаков и
считывается в пределах гена в одном
направлении

27. Синтез белков: транскрипция

• Роль переносчика наследственной программы из
клеточного ядра в цитоплазму на рибосомы
выполняет рибонуклеиновая кислота, которая
называется матричной или информационной
иРНК, или мРНК.
• В состав РНК входит сахарная группа - рибоза
• - иРНК имеет одноцепочную структуру,
• - цепочка иРНК во много раз короче ДНК;
• иРНК синтезируется на ДНК, как на матрице;
• В составе иРНК вместо тимина входит урацил

28. Синтез белков: транскрипция

• Транскрипция – процесс, в котором
последовательность оснований ДНК
переносится на РНК.
• Под действие иРНК-полимеразы двойная цепь
ДНК раскручивается и ее ветви отделяются
друг от друга.
• На одной из нитей ДНК по методу
комплементарности идет синтез иРНК.
• После окончания синтеза иРНК две нити ДНК
снова объединяются и молекула снова
принимает обычную форму двойной спирали.

29.

30.

31. Синтез белков: трансляция

• Трансляция – перевод последовательности
нуклеотидов гена в последовательность
аминокислот белка
• После своего синтеза иРНК переходит из
клеточного ядра в цитоплазму и попадает на
рибосому.
• На рибосомах в соответствии с записанной на
иРНК наследственной программой и с
помощью третьего вида нуклеиновых кислот –
транспортных тРНК, происходит синтез
белковых молекул.

32. Синтез белков: трансляция

• тРНК имеют антикодоны, с помощью которых
свободно связываются с определенными
аминокислотами.
• Соединившись со своими аминокислотами
тРНК подтягивает их к рибосоме и
присоединяет к кодону на иРНК по методу
комплементарности.
• Рибосома двигаясь вдоль иРНК, гарантирует,
что каждый кодон и антикодон будут
соответствовать друг другу.

33.

34.

35. Цитоплазматическая (внеядерная) наследственность

• Материальные носители внеядерной
наследственности – митохондрии и пластиды
• Характерные особенности – отсутствие
закономерного расщепления, наследование
только по материнской линии
• Виды внеядерной наследственности –
пестролистность у растений, мужская
стерильность, устойчивость к антибиотикам,
наступление основных этапов в жизни
растений
• Метод изучения – реципрокное скрещивание

36. Учение о гене и генотипе

• Ген и генотип.
• Классификация генов.
• Норма реакции и фенотип.
• Механизм генной регуляции.

37. Ген и генотип

Ген – участок ДНК, ответственный за синтез
одного белка
На генах записана наследственная программа
синтеза белков, которая реализуется в клетке
Генотип – совокупность всех генов
организма

38. Гены подразделяются на две категории:

• – структурные, кодирующие строение
определенных белков (именно они определяют
строение рибосомной РНК);
• – функциональные (регуляторные), служащие
местами специфического присоединения
белков-репрессоров и белков-активаторов.

39. К функциональным генам относятся: ген-оператор, ген-регулятор, промотор, терминатор

• Ген-оператор координирует проявление
соседних генов, составляющих оперон.
• Оперон – функциональная генетическая
единица, которая представляет собой
совокупность транскрибируемых генов,
обычно контролирующих родственные
биохимические функции.
• Ген-промотор – это стартовые точки на ДНК, к
которым присоединяются РНК полимеразы с
тем, чтобы начать транскрипцию.

40.

• Ген-регулятор – регулирует генетическую
транскрипцию структурных генов в опероне,
контролирует синтез репрессора, который
ингибирует действие гена оператора и таким
образом включает оперон.
• Терминатор – специфическая область ДНК
(последовательность в опероне), ответственная
за прекращение синтеза иРНК у конца оперона
или отдельного гена.

41. Норма реакции и фенотип

• На разных этапах роста и развития организма в
его клетках с ДНК считывается лишь часть
наследственной программы и синтезируются
лишь те белки, которые необходимы в данный
момент.
• Благодаря этому возникают клетки с разными
белковыми комплексами.
• Между организмом и средой существует тесная
связь: конкретному комплексу факторов среды
отвечает соответствующая реакция генотипа.

42.

• При изменении условий среды изменяются
биохимические процессы происходящие в
клетке.
• Часть генов, с которых считывалась
наследственная информация, подавляются и
синтезируются новые белки, которые отвечают
изменившимся условиям.
• При этом изменяются внутренние и внешние
признаки и свойства организма.
• Следовательно генотип любого организма
обладает известной широтой

43.

В организме сразу никогда не реализуется вся
наследственная информация.
Всегда имеется запас наследственных возможностей,
позволяющий организму, приспосабливаться к
новым условиям среды.
Норма реакции – способность генотипа обеспечивать
в определенных пределах изменчивость организма
в зависимости от меняющихся условий среды.
Фенотип – результат реализации генотипа в
конкретных условиях среды.

44. Регуляция активности генов

• Регуляция активности генов осуществляется
опероном, который состоит из различных
генов, расположенных друг за другом.
• Процесс включения генов делится на три
стадии.

45. Первая стадия: Производство молекулы репрессора

• ген регулятор, находящийся на некотором
удалении от оперона, синтезирует белок –
репрессор;
• при отсутствии субстрата репрессор блокирует
синтез РНК-полимеразы;
• это препятствует транскрипции генов,
кодирующих производство конкретного
фермента

46. Вторая стадия: Присоединение индуктора к белку репрессору

• реакция происходит только при высокой
концентрации субстрата;
• индуктор соединяется с репрессором, что
предотвращает соединение репрессора с РНКполимеразой;
• РНК-полимераза может выполнять свои
функции, и структурные гены могут
синтезировать белок.

47. Третья стадия: Транскрипция генов и производство фермента

• как только белок репрессор блокируется, РНКполимераза получает доступ к гену оператору;
• ген - оператор включает структурные гены,
синтезируется фермент;
• такой механизм регуляции генов происходит
только при достаточной концентрации
субстрата, то есть производство фермента
индуцируется наличием субстрата;
В 1965 году Франсуа Жакоб и Жак Моно получили
Нобелевскую премию