Структурно-функциональные факторы наследственности

1. Структурно-функциональные факторы наследственности

2. Хромосомная теория наследственности

• Используя данные, полученные в экспериментах, Т.
Морган сформулировал закон сцепленного наследования:
Гены, локализованные в одной хромосоме, наследуются
совместно и образуют одну группу сцепления; частота
сцепленного наследования зависит от расстояния между
генами (чем ближе гены, тем чаще они наследуются
вместе).

3.

Этот закон был положен в основу
хромосомной теории
наследственности.
• Гены занимают в хромосомах
определённые места (локусы).
• Аллельные гены находятся в
одинаковых локусах гомологичных
хромосом.
• Гены, локализованные в одной
хромосоме, в основном
наследуются вместе.
• Частота кроссинговера
определяется расстоянием между
генами в хромосоме.

4.

5. Совокупность хромосом, содержащихся в ядре, называется хромосомным набором. Число хромосом в клетке и их форма постоянны для

Совокупность хромосом, содержащихся в ядре,
называется хромосомным набором. Число
хромосом в клетке и их форма постоянны для
каждого вида живых организмов.
Набор хромосом чаще всего встречается
двух видов:
• гаплоидный (n, одинарный), когда
каждая хромосома представлена в
одном экземпляре;
• диплоидный (2n, двойной), когда каждая
хромосома представлена в двух
экземплярах (один экземпляр от отца,
второй от матери)
Также наборы хромосом могут быть
тетраплоидными (4n), гексаплоидными
(6n) и т.п.

6. КАРИОТИП

Если число хромосом в
гаплоидном наборе
половых клеток
обозначить п, то общая
формула кариотипа
будет выглядеть как 2п,
где значение п различно
у разных видов.

7.

Хромосомы подразделяются на:
• аутосомы (одинаковые у обоих полов).
• и гетеросомы, или половые хромосомы
(разные для мужских и женских особей).
Различают:
• гомологичные хромосомы. Хромосомы
одной пары, одинаковы по размерам,
форме, составу и порядку расположения
генов, но различны по происхождению
(одна унаследована от отцовского, другая
— от материнского организма).
• негомологичные - хромосомы из
разных пар.

8. Строение ДНК

ДНК - полинуклеотид. Каждый нуклеотид
(мономер) ДНК содержит:
• пятиуглеродный сахар - дезоксирибозу,
• один остаток фосфорной кислоты,
• азотистое основание: аденин, гуанин,
цитозин или тимин.
Находятся в основном в
ядрах клеток (ядерная
ДНК), небольшое
количество содержится
в митохондриях и
пластидах (внеядерная
ДНК).
Функции ДНК:
- Хранение наследственной
информации.
- Передача наследственной
информации из поколения в
поколение.
- Участие в качестве матрицы в
процессе передачи генетической
информации из ядра в цитоплазму к
месту синтеза белка.

9.

• Молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) образована двумя
полинуклеотидными цепочками, закрученными в спираль. Цепочки в
молекуле ДНК противоположно направлены. Остов цепей ДНК
образован сахарофосфатными остатками, а азотистые основания обоих
цепей располагаются в соответствии с правилом комплементарности.
• Напротив цитозина одной цепи находится гуанин другой цепи,
напротив аденина — тимин.

10.

• Между азотистыми основаниями двух
цепей устанавливаются водородные
связи: между аденином и тимином таких
связей две, а между гуанином и
цитозином - три.
• Пары нуклеотидов аденин и тимин,
гуанин и цитозин соответствуют по
размерам и строению молекул, они
комплементарны друг другу. Если
известен порядок соединения
нуклеотидов в одной цепи ДНК, то
используя принцип комплементарности
можно определить строение второй
цепи.
• Соотношение количества нуклеотидов
разных типов и азотистых оснований в
молекуле ДНК определяет правило
Чаргаффа (правило комплементарности).
Количество цитозиновых нуклеотидов в
каждой молекуле ДНК равно количеству
гуаниновых (Ц= Г), а количество
адениновых — количеству тиминовых (A =
Т).

11. Аденин=тимин. Цитозин=гуанин.

• 1.
• 1 цепь: АГТАЦГЦААТГЦ
• 2цепь: ТЦАТГЦГТТАЦГ
• 2.
• А= 54
• Г= 89

12. Строение РНК

Рибонуклеиновая кислота (РНК) —
биополимер, представляющий собой одну
цепочку нуклеотидов.
Мономеры (нуклеотиды) РНК состоят из
пятиуглеродного сахара - рибозы, остатка
фосфорной кислоты и азотистого основания.
Функции:
и-РНК переписывает и
передает информацию
о первичной структуре
белковой молекулы;
р-РНК - входит в состав
рибосом;
т-РНК - переносит
аминокислоты к
рибосомам.
Находится в ядре,
рибосомах, цитоплазме,
митохондриях,
хлоропластах

13.

14. Репликация — удвоение (копирование) молекулы ДНК.

• При репликации молекулы ДНК под действием фермента хеликазы
разрываются водородные связи между комплементарными основаниями, и
цепи расходятся.
• На каждой из цепей с участием ДНК-полимеразы по принципу
комплементарности собирается новая цепь ДНК из свободных
нуклеотидов, содержащихся в клетке.
• В результате процесса репликации ДНК получаются две двуцепочечные
молекулы ДНК, каждая из которых содержит одну «материнскую» цепь и
одну «дочернюю». Эти две молекулы абсолютно идентичны, и каждая
дочерняя клетка в результате деления получает копию материнской ДНК.

15.

Этапы процесса репликации ДНК
1. Сначала молекула ДНК «расшнуровывается» — цепи молекулы
расплетаются и расходятся (каждая из двух цепей будет служить
своеобразной матрицей, на которой будет синтезироваться новая цепь).
2. Фермент ДНК-полимераза «прикрепляет» новые нуклеотиды к матрице
по принципу комплементарности (к аденину - тимин, к цитозину — гуанин,
и наоборот).
3. Как только процесс заканчивается, новые дочерние (сестринские)
молекулы расходятся и скручиваются в спирали.

16. Биосинтез белка

17. Транскрипция — это процесс переписывания наследственной информации с молекулы ДНК на информационную (матричную) РНК. В ходе

транскрипции участок двуцепочечной ДНК «разматывается». На
одной из цепочек синтезируется молекула иРНК.
Образуется молекула иРНК, которая является копией второй
цепочки ДНК, только в ней тимин заменён на урацил.
Закодированная в ДНК информация о первичной структуре
белка таким образом переписывается на иРНК.
Молекула ДНК содержит большое количество генов. Каждый
ген начинается промотором — особым участком ДНК,
состоящим из нескольких расположенных друг за другом
нуклеотидов, который определяет РНК- полимераза, и с этого
места начинает сборку молекулы иРНК.
Синтез иРНК продолжается до терминатора последовательности, указывающей на завершение сборки
иРНК.

18. Трансляция - — это перевод информации, закодированной в иРНК, в первичную структуру молекулы белка.

На конец иРНК, с которого нужно начать
синтез белка, нанизывается рибосома. Она
движется вдоль иРНК «скачками».
К кодону, расположенному в активном
центре рибосомы, присоединяется тРНК с
комплементарным антикодоном.
Соединённая с ней аминокислота образует
пептидную связь к растущей полипептидной
цепочкой. Затем рибосома перемещается на
следующий кодон иРНК.
Рибосома постепенно сдвигается по иРНК,
задерживаясь на следующих триплетах. Так
поэтапно собирается молекула белка.
Синтез полипептидной цепи заканчивается,
когда в активном центре рибосомы
оказывается стоп-кодон (УАА,УАГ или УГА).

19.

РЕПАРАЦИЯ (от лат. reparatio —
восстановление), свойственный
клеткам всех организмов процесс
восстановления природной
(нативной) структуры ДНК,
повреждённой при нормальном
биосинтезе ДНК в клетке, а также
физическими или химическими
агентами.
Источники повреждения ДНК:
• УФ излучение • радиация
химические вещества • ошибки
репликации ДНК • апуринизация
дезаминирование и др.

20.

21. Генетический код — это система записи генетической информации о порядке расположения аминокислот в белках в виде

последовательности
нуклеотидов в ДНК или РНК.
• Каждая аминокислота белка
закодирована в ДНК триплетом — тремя расположенными подряд
нуклеотидами. Каждому триплету
нуклеотидов соответствует одна
аминокислота в молекуле белка.
• Так как ДНК состоит из четырёх видов
нуклеотидов, то число возможных
сочетаний из 4 по 3 равно 43 = 64. Но
в состав белков входит всего 20
аминокислот.

22. Свойства генетического кода

1. Код триплетен. Каждую аминокислоту кодируют три нуклеотида,
расположенные подряд.
2. Код универсален. Все живые организмы (от бактерии до человека)
используют единый генетический код.
3. Код вырожден. Одна аминокислота может кодироваться не одним, а
несколькими триплетами.
4. Код однозначен. Каждый триплет соответствует только одной
аминокислоте.
5. Код не перекрывается. Каждый нуклеотид входит в состав только одного
кодового триплета.
Порядок расположения нуклеотидов в цепях ДНК определяет её
неповторимость, а также специфичность белков, которые ею кодируются.
Для каждого вида и для каждой отдельной особи вида строение ДНК и
белков индивидуально.

23. Обмен веществ и превращение энергии в клетке

24. Обмен веществ (метаболизм) — это все химические превращения, которые происходят в живом организме.

25. Автотрофный обмен веществ

Автотрофы (от греч. «сам» и «питание») — организмы, способные
синтезировать органические вещества из неорганических
соединений, используя внешние источники энергии. В зависимости от
источника энергии автотрофы подразделяются на:
Фотолитоавтотрофы — используют энергию солнечного света и
неорганические вещества как доноры электронов. К ним относятся
зелёные растения, водоросли и цианобактерии. Они осуществляют
процесс фотосинтеза, преобразуя световую энергию в химическую,
создавая глюкозу из углекислого газа и воды:

26.

Хемолитоавтотрофы — получают энергию за счёт окисления
неорганических веществ (например, сероводорода, аммиака,
водорода). Источником углерода для них служит углекислый газ. К
этой группе относятся некоторые бактерии, такие как
железобактерии и нитрифицирующие бактерии:

27. Гетеротрофный обмен веществ

Гетеротрофы (от греч. «иной» и «питание») — организмы, которые
используют готовые органические вещества, синтезированные
другими организмами, в качестве источника энергии и углерода. К
гетеротрофам относятся животные, грибы, большинство бактерий и
некоторые растения-паразиты.
Хемоорганогетеротрофы — используют органические вещества как
источник энергии и углерода. Это наиболее распространённый тип
обмена веществ среди организмов, включая человека.
Фотоорганогетеротрофы — используют энергию света, но получают
углерод из органических соединений. Некоторые виды бактерий
обладают такими свойствами.

28. Пластический обмен (ассимиляция, анаболизм) – совокупность реакций синтеза сложных органических соединений в клетке.

Пластический обмен (ассимиляция, анаболизм) –
совокупность реакций синтеза сложных органических
соединений в клетке.
Гетеротрофные организмы строят
собственные органические вещества
из органических компонентов пищи.
Гетеротрофная ассимиляция
сводится, по существу, к
перестройке молекул.
Органические вещества пищи
(белки, жиры, углеводы) →
пищеварение → простые
органические молекулы
(аминокислоты, жирные кислоты,
моносахара) → биологические
синтезы → макромолекулы тела
(белки, жиры, углеводы).
Автотрофные организмы способны
самостоятельно синтезировать
органические вещества из неорганических
молекул, потребляемых из внешней среды.
Выделяют два вида автотрофного
питания: фотосинтез и хемосинтез. В этих
процессах образуются сначала простые
органические молекулы, которые затем, в
результате биологического синтеза,
формируют сложные макромолекулы.
Неорганические вещества (углекислый газ,
вода) → фотосинтез/хемосинтез →
простые органические молекулы
(аминокислоты, жирные кислоты,
моносахара) → биологические синтезы →
макромолекулы тела (белки, жиры,
углеводы).

29. Фотосинтез ‒ синтез органических соединений из неорганических за счёт энергии солнечного света.

Фотосинтез ‒ синтез органических
соединений из неорганических за
счёт энергии солнечного света.
1. Световая фаза – это этап, на котором энергия света,
поглощенная хлорофиллом, преобразуется в
электрохимическую энергию в цепи переноса электронов.
• Реакции, вызываемые светом, происходят на
фотосинтетических мембранах гран хлоропластов при
участии белков-переносчиков и АТФ-синтетазы:
1. возбуждение электронов хлорофилла квантами света и
их переход на более высокий энергетический уровень;
2. фотолиз (разложение) воды, происходящий при участии
квантов света:
2Н2О → 4Н+ + 4е- + О2;
3. восстановление акцепторов электронов — НАДФ+ до
НАДФ • Н
2Н+ + 4е- + НАДФ+ → НАДФ • Н.
Данный процесс происходит внутри тилакоидов —
складках внутренней мембраны хлоропластов.

30.

2. Темновая фаза — процесс
преобразования (фиксации) СО2 в
глюкозу в строме (пространстве между
гранами) хлоропластов с
использованием энергии АТФ и НАДФ
• Н.
Происходит в строме хлоропласта
(пространстве между гранами).
Здесь происходит фиксация
углекислого газа, из которого
синтезируется глюкоза. Также реакции
автотрофной фиксации углекислого
газа называют циклом
Кальвина. Реакция: СО2 + Н2О = C6H12O6.
СО2 и Н2О ‒ это простые вещества,
поэтому соединить их вместе очень
сложно. Нужно много энергии. Здесь
происходит затрата АТФ из световой
фазы и НАДФ-Н2.

31.

Значение фотосинтеза в природе:
В процессе фотосинтеза, кроме моносахаридов (глюкоза и др.),
которые превращаются в крахмал и запасаются растением,
синтезируются мономеры других органических соединений –
аминокислоты, глицерин и жирные кислоты. Таким образом,
фототрофы обеспечивают себя и все живое на Земле необходимыми
органическими веществами и кислородом.
Атмосфера насыщается кислородом
• Кислородное дыхание является самым выгодным способом
энергетического обмена.
• Кислородная атмосфера (за счет озонового экрана) защищает живые
организмы от губительного ультрафиолетового излучения.
• Из атмосферы поглощается углекислый газ, который мог бы вызвать
парниковый эффект (перегрев Земли).

32. Хемосинтез – процесс синтеза органических соединений из неорганических, но осуществляется он не за счет энергии света, как

Хемосинтез – процесс синтеза органических соединений из
неорганических, но осуществляется он не за счет энергии света, как
фотосинтез, а за счет химической энергии, получаемой при
окислении неорганических веществ (серы, сероводорода, железа,
аммиака, нитрита и др.).
Хемосинтетики – единственные организмы на Земле, не зависящие от энергии солнечного света.
Наибольшее значение имеют нитрифицирующие, железо- и серобактерии.
• Железобактерии окисляют двухвалентное железо до трехвалентного:
Fe2+→Fe3++E;
• Серобактерии окисляют сероводород до молекулярной серы или до солей серной кислоты:
2H2S+O2=2H2O+2S+E,
H2S+O2=2H2SO4+E;
• Нитрифицирующие бактерии окисляют аммиак до азотистой и азотной кислот, которые,
взаимодействуя с почвенными минералами, образуют нитриты и нитраты:
NH3→HNO2→HNO3+E.
Высвобождающаяся в ходе реакций окисления энергия запасается бактериями в виде АТФ и
используется для синтеза органических соединений.

33.

Значение хемосинтеза:
• Непременное звено природного круговорота важнейших
элементов: серы, железа, азота.
• Природные усвоители таких ядохимикатов, как аммиак и водород.
• Нитрифицирующие бактерии обогащают почву нитратами и
нитритами, в форме которых растения усваивают азот.
• Некоторые хемосинтетики (в частности, серобактерии)
используются для очистки сточных вод.

34.

35.

• 1. Где в клетке содержится молекула А) ДНК; Б) РНК;
• 2. Установи, какой антикодон тРНК комплементарен кодону АЦА на иРНК?
• 3. Какой триплет в молекуле мРНК соответствует кодовому триплету АГА в
молекуле ДНК?
• 4. Какой триплет тРНК соответствует триплету АГА в молекуле ДНК?
• 5. Какими молекулами кодируется аминокислота гистидин?
• 6. Перечисли, что необходимо для сборки молекул белка в клетке?
• 7. В молекуле ДНК количество цитозина составляет 40% от общей массы.
Какая доля нуклеотидов аденина в данной молекуле?
• 1. Значение энергетического обмена в клеточном метаболизме состоит в
том, что он обеспечивает клетку..?
• 2. В реакциях темновой фазы участвуют: ..?
• 3. Напишите 3 примера организмов, которые создают органические
вещества из неорганических с использованием энергии, освобождаемой при
окислении неорганических веществ