Гени тварин список

0 Comments

§ 22. Ген та його будова

• Під час досліджень вченими було виявлено гени, які впливають на рівень інтелекту.

• Вчені знайшли групу генів, що дають змогу деяким людям виглядати на 10 років молодше за свій вік.

• Вчені виявили в організмі людини гени, що відповідають за регенерацію органів і тканин.

ЗМІСТ

Як організована спадкова інформація в клітинах?

Окрім інформації, яку клітина отримує із середовища, у неї є власна внутрішня спадкова інформація. Клітина її отримала від материнської клітини, і вона закодована у вигляді певної послідовності нуклеотидів у генах (іл. 51).

Іл. 51. Рівні організації спадкової інформації (ядро – хромосома – ген – ДНК)

ГЕН (від грец. генос – рід, походження) – це ділянка ДНК, що містить інформацію про первинну структуру молекули білка або РНК і визначає можливість розвитку ознаки. Карі очі людини, блакитний колір крові кальмара, товстий стовбур баобаба, отруйність мухомора зеленого – все це визначається властивостями закодованих білків, що синтезуються в клітинах.

Уявлення про ген як про спадковий фактор істотно змінювалися й доповнювалися. У 1865 р. Г. Мендель довів існування спадкових «задатків», які данський генетик В. Йогансен в 1909 р. назвав генами. У першій третині ХХ ст. завдяки генетичним дослідженням дрозофіл Т. Х. Морган установив, що гени лінійно розташовані в хромосомах ядра, вони можуть зазнавати мутацій, і під час передачі від батьків до нащадків відбувається їх перерозподіл – рекомбінація (іл. 52).

Іл. 52. Дрозофіла чорночерева (1) і нейроспора густа (2) – модельні організми для генетичних досліджень

На початку 40-х років XX ст. дослідження гриба нейроспори (Neurospora crassa) дало змогу сформулювати поняття про гени як ділянки ДНК, а відкриття Дж. Уотсоном і Ф. Кріком просторової структури ДНК у 1953 р. розпочало бурхливий розвиток молекулярної біології гена. Незабаром було розкрито способи запису генетичної інформації (Р. В. Холлі, Г. Г. Корана, М. В. Ніренберг) і механізми її збереження та реалізації (С. Очоа, А. Корнберг). У подальшому були досліджені особливості організації генетичного матеріалу у прокаріотів, еукаріотів і вірусів, клітинних органел – мітохондрій і хлоропластів, механізми контролю діяльності генів (Ф. Жакоб, А. Львов, Ж. Моно), відкрито мобільні генетичні елементи (Б. Мак-Клінток), переривчасту структуру генів (Р. Робертс, Ф. Шарп), розшифровано структуру геномів ряду організмів.

Уже понад 150 років науковці вивчають гени, зроблені наукові відкриття, що пояснюють структуру, властивості, взаємодію генів, але пошуки відповідей на запитання «Що таке ген?» тривають.

Отже, спадкова інформація записана на ДНК у вигляді генів, гени – в хромосомах, хромосоми організовані у ядрі, а ядро завдяки цій генетичній інформації організовує життєдіяльність клітини.

Які основні положення сучасної теорії гена?

Сучасна теорія гена ґрунтується на засадах нового напряму, який Дж. Уотсон (1928) назвав молекулярною біологією гена. Наукові знання, що сформувалися після багаторічних досліджень основ спадковості, узагальнено у вигляді теорії гена. Основні положення цієї теорії такі.

Іл. 53. Дж. Уотсон – один із авторів відкриття просторової структури ДНК

1. Ген займає певну ділянку (локус) у хромосомі. Хромосоми є матеріальними носіями спадковості.

2. Ген – частина молекули ДНК, яка має певну послідовність нуклеотидів і є функціональною одиницею спадкової інформації. Кількість нуклеотидів, які входять до складу різних генів, є різною.

3. Всередині гена можуть відбуватися рекомбінації (перерозподіл генетичного матеріалу) і мутації (зміни генетичного матеріалу).

4. Існують структурні й регуляторні гени. Структурні гени кодують синтез білків. Регуляторні гени контролюють і спрямовують діяльність структурних генів.

5. Ген не бере безпосередньої участі в синтезі білка, він є матрицею для утворення посередників – різних молекул РНК, які безпосередньо беруть участь у синтезі.

6. Розташування триплетів із нуклеотидів у структурних генах є відповідним (колінеарним) до амінокислот у поліпептидному ланцюзі, який кодується даним геном.

7. Молекули ДНК здатні до репарації, тому не всі пошкодження гена призводять до мутації.

8. Генотип складається з окремих генів, але функціонує як єдине ціле. На функцію генів впливають чинники як внутрішнього, так і зовнішнього середовища.

Отже, поняття ген є центральним для молекулярної біології й молекулярної генетики – наук, що дають змогу зрозуміти сутність життя на молекулярному рівні його організації.

Якими є функції, властивості й різноманітність генів?

Ген як одиниця спадковості забезпечує збереження спадкової інформації, бере участь у реалізації самоподвоєння інформації та регуляції метаболізму в клітині. Ці функції генів визначаються такими їхніми властивостями, як:

  • специфічність – ген містить спадкову інформацію лише про певний продукт або регулює синтез лише одного конкретного білка;
  • стабільність – гени здатні зберігати властивий їм порядок розташування нуклеотидів;
  • лабільність – гени здатні до змін і можуть мутувати;
  • взаємодія генів – гени здатні впливати один на одного за участі білків, що є продуктами реалізації закодованої у них спадкової інформації;
  • множинна дія генів – один ген може впливати на розвиток декількох ознак;
  • полімерна дія генів – декілька генів можуть впливати на формування однієї ознаки.

Накопичені знання про гени зумовлюють існування декількох варіантів класифікації. За розташуванням у клітинах виокремлюють ядерні гени й цитоплазматичні гени (розташовані в мітохондріях і хлоропластах). За функціональним значенням гени поділяють на структурні й регуляторні. Розміри регуляторних генів, як правило, незначні – кілька десятків пар нуклеотидів, структурних – сотні й тисячі нуклеотидів. За характером кодуючої інформації виокремлюють білок-кодувальні гени і РНК-кодувальні гени. За активністю розрізняють конститутивні й неконститутивні гени. Конститутивні гени – це гени, що постійно є активними, тому що білки, які ними кодуються, необхідні для постійної клітинної діяльності. Неконститутивні (адаптивні) гени – це гени, що стають активними якщо білок, який вони кодують, потрібний клітині.

Отже, ГЕН – це цілісна одиниця спадкового матеріалу у вигляді ділянки РНК чи ДНК, розташованого у ядрі (нуклеоїді) чи цитоплазмі, що кодує первинну структуру поліпептидного ланцюга чи молекул рРНК і тРНК або взаємодіє з регуляторним білком.

ДІЯЛЬНІСТЬ

Завдання на застосування знань

Зіставте запропоновані визначення із поняттями, заповніть табличку відповідей та отримайте назву терміна, яким позначають процес реалізації спадкової інформації.

1. Класифікація генів. Ядерна та позаядерна частини геному еукаріотів

Ген — ділянка молекули нуклеїнової кислоти, що кодує інформацію про білок або РНК та визначає ознаки організмів.

  • за розташуванням у клітинах: ядерні та цитоплазматичні гени (розташовані в мітохондріях і хлоропластах);
  • за функціональним значенням: структурні (кодують білок або РНК) та регуляторні (визначають початок, швидкість та послідовність процесів синтезу РНК на матриці ДНК.
  • за функціональним продуктом експресії: білкові гени, які містять інформацію про первинну структуру білка (на основі цих генів для біосинтезу утворюються іРНК або матричні мРНК); та РНК-гени, які кодують велику кількість різних видів РНК та не піддаються трансляції (це тРНК, рРНК, маленькі ядерні мяРНК, мікро-РНК);
  • за активністю: конститутивні гени — це гени, що є постійно активними, осільки білки, які ними кодуються необхідні для постійної клітинної діяльності. Ці гени забезпечують синтез білків, ферментів і не потребують спеціальної регуляції. Неконститутивні гени — це гени, які стають активними лише тоді, коли білок, який вони кодують потрібен клітини. Вони регулюються клітиною або організмом і за участі кодованих білків забезпечують диференціацію клітин.

Геном — сукупність спадкової інформації у клітинах організму певного виду. Геноми еукаріотів поділяються на дві великі частини — ядерну і позаядерну .

Основна частина генів еукаріотів зосереджена у ядерній частині геному.
Ядерна частина геному — це гени, що розташовані в хромосомах ядра клітини.

Хромосоми є складними комплексами, що складаються з лінійної молекули ДНК і великої кількості спеціальних білків гістонів. Ці білки дозволяють дуже компактно розміщувати молекулу ДНК. Вони утворюють нуклеосоми — круглі структури, навколо яких обертається нитка ДНК. Крім того, вони відіграють важливу роль у регуляції роботи генів.

Характерною рисою еукаріотів є те, що більша частина ДНК в їхніх геномах є некодуючими ділянками, тобто ділянками, які не містять працюючих генів. Спочатку таку ДНК назвали сміттєвою, бо думали, що вона не потрібна організму. Проте, потім виявилося, що вона може відігравати важливу роль у регуляції роботи геному в еволюційних процесах. Але остаточно роль цих ділянок ДНК ще не з’ясовано. Ще однією характерною рисою геномів еукаріотичних організмів є наявність довгих ділянок повторюваних нуклеотидних послідовностей різної довжини. Їхні функції ще недостатньо вивчені.

Позаядерна частина геному — це гени, що розташовані в пластидах і мітохондріях.

Молекула ДНК цих органел має форму кільця, вона не пов’язана з білками (не містить гістонів) і за своєю будовою дуже схожа на бактеріальну хромосому. Одна мітохондрія або пластида може містити по кілька копій цієї молекули ДНК. Деякі еукаріоти (наприклад, дріжджі) також можуть мати у своїх клітинах плазміди (маленькі кільцеві молекули ДНК).

Молекули ДНК пластид і мітохондрій майже не містять некодуючих ділянок. У них зосереджені гени, які продукують речовини, що необхідні для функціонування цих органел.

Але не всі гени, продукти яких беруть участь у роботі мітохондрій і пластид, розміщені у позаядерному геномі. Так, мітохондрії людини містять усього \(37\) генів, але більша частина генів, необхідних для роботи мітохондрій, міститься у ядерній частині геному.

У геномах еукаріотів трапляються мобільні генетичні елементи (мобільні гени), які здатні переміщатися всередині геному. Ці гени не є структурними або регуляторними і їх часто розглядають як внутрішньогеномних паразитів.

Біологія і екологія (рівень стандарту): підруч. для 10 кл. закл. загал. серед. освіти / К.М. Задорожний. — Харків: Ранок, 2018. с. 119-120.

27.1: Особливості тваринного світу

Незважаючи на те, що члени тваринного світу неймовірно різноманітні, більшість тварин мають певні особливості, які відрізняють їх від організмів інших королівств. Всі тварини є еукаріотичними, багатоклітинними організмами, і майже всі тварини мають складну тканинну структуру з диференційованими і спеціалізованими тканинами. Більшість тварин рухливі, по крайней мере, на певних життєвих етапах. Всі тварини потребують джерела їжі і тому гетеротрофні, поглинаючи інші живі або мертві організми; ця особливість відрізняє їх від автотрофних організмів, таких як більшість рослин, які синтезують власні поживні речовини за допомогою фотосинтезу. Як гетеротрофи, тварини можуть бути м’ясоїдними, травоїдними, всеїдними або паразитами (рис. \(\PageIndex\) ). Більшість тварин розмножуються статевим шляхом, і потомство проходить ряд етапів розвитку, які встановлюють певний і фіксований план тіла. План тіла відноситься до морфології тварини, що визначається сигналами розвитку.

Малюнок \(\PageIndex\) : Всі тварини є гетеротрофами, які отримують енергію з їжі. (а) чорний ведмідь – всеїдна тварина, що харчується як рослинами, так і тваринами. (б) серцевий черв’як Dirofilaria immitis – це паразит, який отримує енергію від своїх господарів. Він проводить свою личинкову стадію у комарів та свою дорослу стадію, заражаючи серце собак та інших ссавців, як показано тут. (кредит a: модифікація роботи USDA Forest Service; кредит b: модифікація роботи Клайда Робінсона)

Складна структура тканини

Як багатоклітинні організми, тварини відрізняються від рослин і грибів, оскільки їх клітини не мають клітинних стінок, їх клітини можуть бути вбудовані в позаклітинний матрикс (наприклад, кістку, шкіру або сполучну тканину), а їх клітини мають унікальні структури для міжклітинного зв’язку (наприклад, розривні з’єднання). Крім того, тварини володіють унікальними тканинами, відсутніми у грибів і рослин, які дозволяють здійснювати координацію (нервова тканина) моторики (м’язова тканина). Тварини також характеризуються спеціалізованими сполучними тканинами, які забезпечують структурну підтримку клітин і органів. Ця сполучна тканина становить позаклітинне оточення клітин і складається з органічних та неорганічних матеріалів. У хребетних кісткова тканина – це різновид сполучної тканини, яка підтримує всю структуру тіла. Складні органи і діяльність хребетних тварин вимагають таких підтримуючих тканин. Епітеліальні тканини покривають, вирівнюють, захищають і виділяють. Епітеліальні тканини включають епідерміс покривів, слизову оболонку травного тракту і трахеї, і складають протоки печінки і залози просунутих тварин.

Тваринне царство ділиться на паразоа (губки) і еуметазои (всі інші тварини). Як дуже прості тварини, організми групи Parazoa («поруч з твариною») не містять справжніх спеціалізованих тканин; хоча вони мають спеціалізовані клітини, які виконують різні функції, ці клітини не організовані в тканини. Ці організми вважаються тваринами, оскільки їм не вистачає здатності робити власну їжу. Тварини з істинними тканинами знаходяться в групі Eumtazoa («справжні тварини»). Коли ми думаємо про тварин, ми зазвичай думаємо про евметазойців, оскільки більшість тварин потрапляють до цієї категорії.

Різні типи тканин у справжніх тварин відповідають за виконання конкретних функцій для організму. Ця диференціація і спеціалізація тканин є частиною того, що дозволяє досягти такого неймовірного тваринного різноманіття. Наприклад, еволюція нервових тканин і м’язових тканин призвела до унікальної здатності тварин швидко відчувати і реагувати на зміни в навколишньому середовищі. Це дозволяє тваринам виживати в середовищах, де вони повинні конкурувати з іншими видами, щоб задовольнити свої харчові потреби.

Посилання на навчання

Дивіться презентацію біолога Е.О. Вілсона про важливість різноманітності.

Розмноження та розвиток тварин

Більшість тварин є диплоїдними організмами, що означає, що їх тіла (соматичні) клітини є диплоїдними, а гаплоїдні репродуктивні (гамети) клітини виробляються через мейоз. Існують деякі винятки: Наприклад, у бджіл, ос та мурах самець гаплоїдний, оскільки розвивається з незапліднених яєць. Більшість тварин піддаються статевому розмноженню: Цей факт відрізняє тварин від грибів, протистів та бактерій, де безстатеве розмноження є загальним або ексклюзивним. Однак кілька груп, таких як кнідарії, плоскі черв’яки та аскариди, піддаються безстатевому розмноженню, хоча майже всі ці тварини також мають статеву фазу свого життєвого циклу.

Процеси розмноження тварин і ембріонального розвитку

Під час статевого розмноження гаплоїдні гамети чоловічих і жіночих особин виду об’єднуються в процесі, який називається заплідненням. Як правило, маленький, рухливий чоловічий сперматозоїд запліднює набагато більшу, сидячу жіночу яйцеклітину. Цей процес виробляє диплоїдну запліднену яйцеклітину під назвою зигота.

Деякі види тварин, включаючи морські зірки та морські анемони, а також деякі комахи, плазуни та риби, здатні до безстатевого розмноження. Найбільш поширені форми безстатевого розмноження для стаціонарних водних тварин включають бутонізацію і фрагментацію, де частина батьківської особини може відокремлюватися і перерости в нову особину. Навпаки, форма безстатевого розмноження, виявлена у певних комах та хребетних, називається партеногенезом (або «незайманим початком»), де незапліднені яйцеклітини можуть перерости в нове чоловіче потомство. Цей тип партеногенезу називається гаплодиплоїдія. Ці типи безстатевого розмноження дають генетично ідентичне потомство, що невигідно з точки зору еволюційної адаптивності через потенційне накопичення згубних мутацій. Однак для тварин, які обмежені у своїй здатності залучати товаришів, безстатеве розмноження може забезпечити генетичне розмноження.

Після запліднення відбувається ряд етапів розвитку, під час яких первинні зародкові шари встановлюються і реорганізуються з утворенням ембріона. Під час цього процесу тканини тварин починають спеціалізуватися і організовуватися в органи і системи органів, визначаючи їх майбутню морфологію і фізіологію. Деякі тварини, такі як коники, піддаються неповним метаморфозам, при яких молодняк нагадує дорослу особину. Інші тварини, такі як деякі комахи, зазнають повних метаморфоз, коли особини вступають в одну або кілька личинкових стадій, які можуть відрізнятися за будовою і функцією від дорослої особини (рис.

Перегляньте наступне відео, щоб побачити, як ембріональний розвиток людини (після етапів розвитку бластули та гаструли) відображає еволюцію.

Роль генів гомеобox (Hox) у розвитку тварин

З початку 19 століття вчені помітили, що багато тварин, від самого простого до складного, поділяють схожу ембріональну морфологію і розвиток. Дивно, але ембріон людини і ембріон жаби, на певній стадії ембріонального розвитку, виглядають чудово однаково. Довгий час вчені не розуміли, чому так багато видів тварин виглядали схожими під час ембріонального розвитку, але сильно відрізнялися, як дорослі. Вони задавалися питанням, що диктує напрямок розвитку, який буде приймати муха, миша, жаба або людський ембріон. Близько кінця 20-го століття був виявлений певний клас генів, які мали цю саму роботу. Ці гени, що визначають структуру тварин, називаються «гомеотичними генами», і вони містять послідовності ДНК, які називаються гомеобаксами. Гени тварин, що містять послідовності гомеобоксу, спеціально називаються генами Хокса . Це сімейство генів відповідає за визначення загального плану тіла, такого як кількість сегментів тіла тварини, кількість і розміщення придатків, а також спрямованість голови тваринного хвоста. Першими генами Хокса, які були секвеновані, були гени плодової мухи (Drosophila melanogaster). Одна мутація Hox у плодової мухи може призвести до появи додаткової пари крил або навіть придатків, що ростуть з «неправильної» частини тіла.

Хоча існує безліч генів, які відіграють роль у морфологічному розвитку тварини, те, що робить гени Хокса настільки потужними, що вони служать генами головного контролю, які можуть включати або вимикати велику кількість інших генів. Гени Hox роблять це шляхом кодування факторів транскрипції, які контролюють експресію численних інших генів. Гени Хокса гомологічні в тваринному світі, тобто генетичні послідовності генів Хокса та їх положення на хромосомах надзвичайно схожі у більшості тварин через їх присутність у спільного предка, від черв’яків до мух, мишей та людей (рис. \(\PageIndex\) ). Одним із внесків у підвищену складність тіла тварин є те, що гени Хокса зазнали щонайменше двох подій дублювання під час еволюції тварин, а додаткові гени дозволяють розвиватися більш складні типи тіла.

Малюнок \(\PageIndex\) : Гени Хокса – це висококонсервовані гени, що кодують транскрипційні фактори, що визначають перебіг ембріонального розвитку у тварин. У хребетних гени дублюються на чотири кластери: Hox-A, Hox-B, Hox-C та Hox-D. Гени всередині цих кластерів виражаються в певних сегментах тіла на певних стадіях розвитку. Тут показана гомологія між генами Хокса у мишей та людини. Зверніть увагу, як експресія гена Хокса, як зазначено помаранчевим, рожевим, синім та зеленим затіненням, відбувається в одних і тих же сегментах тіла як у миші, так і у людини.

Якщо ген Hox 13 у миші був замінений геном Hox 1, як це може змінити розвиток тварин?

Резюме

Тварини складають неймовірно різноманітне царство організмів. Хоча тварини варіюються за складністю від простих морських губок до людей, більшість членів тваринного світу мають певні особливості. Тварини – це еукаріотичні, багатоклітинні гетеротрофні організми, які поглинають їжу і зазвичай перетворюються на рухомих істот з фіксованим планом тіла. Основною характеристикою, унікальною для тваринного світу, є наявність диференційованих тканин, таких як нервові, м’язові та сполучні тканини, які спеціалізуються на виконанні певних функцій. Більшість тварин проходять статеве розмноження, що призводить до ряду ембріональних стадій розвитку, які відносно схожі в тваринному світі. Клас транскрипційних контрольних генів, які називаються генами Хокса, керує організацією основних планів тіла тварин, і ці гени сильно гомологічні по всьому тваринному світу.

Мистецькі зв’язки

Малюнок \(\PageIndex\) : Якщо ген Hox 13 у миші був замінений геном Hox 1, як це може змінити розвиток тварин?

Тварина може розвинути дві голови і не хвоста.

Глосарій

бластула 16—32 клітинна стадія розвитку ембріона тварини план тіла морфологія або постійна форма організму розщеплення поділ клітин заплідненої яйцеклітини (зиготи) з утворенням багатоклітинного ембріона гаструла стадія розвитку тварини, що характеризується формуванням травної порожнини зародковий шар збір клітин, що утворюються під час ембріогенезу, які дадуть початок майбутнім тканинам організму, більш вираженим в ембріогенезі хребетних ген коробки (також ген гомеобox) головний контрольний ген, який може включати або вимикати велику кількість інших генів під час ембріогенезу органогенез формування органів в ембріогенезі тварин