ГДЗ до підручника «Біологія і екологія» В.І. Соболь. 10 клас

§ 38. Організація спадкового матеріалу еукаріотичної клітини та його реалізація

Пригадайте!

Що таке еукаріотична клітина?

Еукаріотична клітина — тип клітини, що має чітко визначене ядро. Він оточений ядерною мембраною і містить пов’язані з мембраною органели, такі як ядро, мітохондрії та ендоплазматичний ретикулум. Цей тип клітин є основою як для одноклітинних, так і для багатоклітинних організмів, причому перші представлені найпростішими, грибами, рослинами і тваринами. Цикл поділу еукаріотичних клітин зазвичай складається з чотирьох скоординованих процесів, включаючи клітинний ріст, реплікацію ДНК, розподіл дубльованих хромосом між двома дочірніми клітинами та поділ клітин.

Поміркуйте!

Найбільший геном виявлено в рослини вороняче око (Paris japonica). Він містить 149 млрд пар нуклеотидів. До цього відкриття найбільшим геномом вважався геном дводишної риби протоптеруса (Protopterus aethiopicus) – 130 млрд пар нуклеотидів. Геном людини складається з 3,2 млрд пар нуклеотидів. Чому ж тоді в людини організація будови, життєдіяльності й поведінки є складнішою?

Розмір геному не обов’язково відповідає складності організму. Складність організму визначається різними факторами, такими як кількість і тип наявних генів, взаємодія між генами та середовище, в якому знаходиться організм. Людина має відносно невеликий геном порівняно з іншими організмами, але складність організації будови, життєдіяльності та поведінки набагато вища через кількість і тип генів, складність взаємодії між генами та навколишнього середовища в організмі. які існують люди. Наприклад, люди мають більшу кількість генів, пов’язаних із пізнанням і поведінкою, а також низку унікальних факторів навколишнього середовища, які впливають на експресію цих генів. Крім того, люди мають складну систему спілкування та соціальних взаємодій, якої немає в інших організмів. Ця складна система комунікацій і соціальних взаємодій є ключовим фактором у розвитку складної поведінки та організації структури, життєдіяльності та поведінки.

ДІЯЛЬНІСТЬ

За допомогою таблиці визначте особливості організації спадкового матеріалу еукаріотичних клітин. Заповніть у робочому зошиті таблицю та зробіть загальний висновок про відмінності геному еукаріотів від геному архей та бактерій.

Організація спадкового матеріалу еукаріотичних клітин характеризується наявністю ядра та наявності пов’язаних з мембраною органел. Це на відміну від геномів архей і бактерій, які не містять ядра і не організовані таким чином. Крім того, геноми еукаріот набагато більші та складніші, ніж геноми архей і бактерій, причому геноми еукаріот зазвичай містять тисячі або мільйони генів. Крім того, гени в еукаріотичних клітинах організовані в хромосоми, які відрізняються від кільцевої структури ДНК у бактерій і архей. Нарешті, хромосоми в еукаріотах далі організовані в хроматин, якого немає в бактеріях або археях. Підсумовуючи, організація спадкового матеріалу еукаріотичних клітин набагато складніша, ніж організація геномів архей і бактерій, і ця складність є важливим фактором складності самих організмів.

В журналі Nature міжнародний науковий консорціум опублікував результати дослідження геному шимпанзе – тварини, яка найбільш схожа з Homo sapiens. Шимпанзе став четвертим ссавцем, геном якого повністю розшифрували вчені після геномів миші, щура та людини. Що таке геном людини? У чому полягають його особливості порівняно з геномом шимпанзе?

Геном людини - це повний набір генетичної інформації, що міститься в ДНК людини. Він складається з понад 3 мільярдів пар основ ДНК, які організовані у 23 пари хромосом, включаючи 22 аутосомні хромосоми та одну статеву хромосому. За оцінками, геном людини містить близько 20 000-25 000 генів. Геном шимпанзе дуже схожий на геном людини, лише приблизно 1,2% різниці в парах основ. Ця різниця в основному виявляється в кількості транспозонів, які є фрагментами ДНК, які можуть переміщатися по геному та спричиняти генетичні варіації. Крім того, геном шимпанзе містить менше сімейств генів, ніж геном людини, що може вказувати на те, що геном шимпанзе зазнав менше еволюційних змін. Однак геном шимпанзе набагато більший за геном людини, із загальним оціночним розміром приблизно 3,4 мільярда пар основ. Крім того, геном шимпанзе містить більшу кількість повторюваних елементів, які можуть відповідати за збільшення розміру геному.

СТАВЛЕННЯ

Біочіп (англ. biochip) – матриця з нанесеними молекулами білків або нуклеїнових кислот для одночасного виконання великої кількості аналізів. Основна частка сучасних біочіпів припадає на ДНК-чіпи. ДНК-біочіпами називають також технології для ідентифікації молекул ДНК та аналізу експресії генів. ДНК-біочіпи створено аналогічно з електронними мікросхемами-чіпами, тобто в них різне походження й подібні функції. Яке ж призначення чіпів? В яких галузях біочіпи мають найширше застосування?

Біочіпи використовуються для різних цілей, від медичної діагностики до моніторингу навколишнього середовища. Найбільш поширеним застосуванням біочіпів є сфера медичної діагностики, де біочіпи використовуються для виявлення присутності певних білків, нуклеїнових кислот та інших молекул у зразку. Таким чином, біочіпи можуть забезпечити швидкий, точний і надійний спосіб діагностики захворювань та інших станів. Біочіпи також все частіше використовуються в інших галузях промисловості, таких як сільське господарство, харчова безпека та моніторинг навколишнього середовища. У сільському господарстві біочіпи можна використовувати для виявлення патогенів харчового походження, тоді як у моніторингу навколишнього середовища біочіпи можна використовувати для виявлення домішок і забруднень.

РЕЗУЛЬТАТ

1. Що таке геном?

Геном — це повний набір генетичного матеріалу, що міститься в живому організмі. Він складається з ДНК, яка містить генетичні інструкції для розвитку, функціонування, росту та розмноження організму. Геноми відрізняються за розміром і складністю, але всі мають однакову базову структуру: вони складаються з набору хромосом, які складаються з молекул ДНК. Кожна хромосома містить багато генів, які є інструкціями для створення білків та інших молекул.

2. Назвіть компоненти геному еукаріотичних клітин.

Компоненти геному еукаріотичних клітин включають ДНК, РНК і білки. ДНК є основним компонентом і відповідає за перенесення генетичної інформації, яка використовується для створення білків та інших молекул. РНК також є важливим компонентом і бере участь у експресії генів і виробництві білків. Білки - це молекули, створені на основі інструкцій, що зберігаються в ДНК і РНК.

3. Наведіть приклади особливостей геному еукаріотичних клітин.

Приклади особливостей геному еукаріотичних клітин включають гени, некодуючі послідовності ДНК, інтрони, екзони та регуляторні елементи. Гени є інструкціями для створення білків та інших молекул, тоді як некодуючі послідовності ДНК не містять жодних інструкцій. Інтрони - це послідовності ДНК, які не транскрибуються в мРНК, тоді як екзони - це частини ДНК, які транскрибуються в мРНК. Регуляторні елементи — це послідовності ДНК, які контролюють експресію генів.

4. Що таке експресія?

Експресія — це процес перетворення генетичної інформації, що зберігається в ДНК, на білки та інші молекули. Експресія контролюється регуляторними елементами, які є послідовностями ДНК, які можуть сприяти або пригнічувати експресію генів. Експресія може регулюватися факторами навколишнього середовища, такими як температура, світло та доступність поживних речовин, і може регулюватися гормонами та іншими сигнальними молекулами. На експресію також впливають епігенетичні модифікації, тобто хімічні зміни в ДНК, які можуть впливати на експресію генів без зміни фактичної послідовності ДНК.

5. Що є функціональними продуктами експресії генів?

Основними функціональними продуктами експресії генів є білки та інші молекули. Білки - це молекули, які виконують більшість функцій у клітинах, і вони створюються на основі інструкцій, що зберігаються в ДНК. Інші молекули, такі як РНК, також відіграють важливу роль і створюються в результаті експресії генів. Крім того, експресія генів також може призводити до регуляції інших генів, дозволяючи створювати складні генні мережі.

6. Назвіть основні етапи експресії білкових генів.

Основними етапами експресії білкового гена є транскрипція, препроцесинг мРНК, трансляція та посттрансляційні модифікації. Під час транскрипції ДНК копіюється в мРНК. Обробка попередньої мРНК передбачає додавання кепки та хвоста, видалення інтронів і додавання хвоста полі-А. Трансляція — це процес перетворення мРНК на білок. Посттрансляційні модифікації включають модифікацію білка після його створення, наприклад, додавання цукрової або фосфатної групи.

7. Які особливості організації спадкового матеріалу еукаріотичних клітин?

До особливостей організації спадкового матеріалу еукаріотичних клітин відносять кілька шарів упаковки ДНК і наявність некодуючої ДНК. ДНК обертається навколо білків, які називаються гістонами, утворюючи хроматин. Це далі організовано в окремі структури, такі як хромосоми, теломери та центромери. Некодуюча ДНК також присутня в геномі, і вона відповідає за контроль експресії генів і регуляцію активності клітини.

8. Які особливості реалізації спадкового матеріалу еукаріотичної клітини?

Особливості реалізації генетичного матеріалу еукаріотичної клітини включають упаковку ДНК, епігенетичні модифікації та експресію генів. Упаковка ДНК передбачає обгортання ДНК навколо білків для утворення хроматину, який далі можна організувати в окремі структури, такі як хромосоми, теломери та центромери. Епігенетичні модифікації — це хімічні зміни в ДНК, які можуть впливати на експресію генів без зміни фактичної послідовності ДНК. Експресія генів — це процес перетворення генетичної інформації, що зберігається в ДНК, на білки та інші молекули.

9. Чим експресія РНК-генів відрізняється від експресії білкових генів?

Гени РНК експресуються різними способами, ніж гени білків. По-перше, транскрипція генів РНК передбачає використання РНК-полімерази, а не ДНК-залежної РНК-полімерази, яка використовується в транскрипції білкового гена. Крім того, гени РНК можуть транскрибуватися як в ядрі, так і в цитоплазмі, тоді як білкові гени зазвичай транскрибуються в ядрі. Гени РНК також використовують іншу форму посттранскрипційної обробки, включаючи додавання кепки та хвоста, видалення інтронів і додавання хвоста полі-А. Нарешті, гени РНК можуть бути експортовані з ядра та переведені в білки, тоді як гени білків не можуть.

10. У чому полягають відмінності геному еукаріотів від геному архей та бактерій?

Геноми еукаріот і архей і бактерій відрізняються кількома ознаками. Геноми еукаріот, як правило, набагато більші, ніж геноми архей і бактерій, причому геноми еукаріот зазвичай мають у десятки чи сотні разів більше ДНК, ніж геноми архей або бактерій. Крім того, геноми еукаріотів містять набагато більший відсоток некодуючої ДНК, ніж геноми архей і бактерій. Еукаріоти також мають більш складну упаковку ДНК та епігенетичну регуляцію, що дозволяє краще контролювати та регулювати експресію генів. Нарешті, геноми еукаріот також містять набагато більший відсоток повторюваної ДНК, яка, як вважають, відіграє роль у регуляції експресії генів.