Организация наследственного материала

Тельце Барра в ядре клетки

Основная функция хромосом – хранение, воспроизведение и передача генетической информации при размножении клеток и организмов.

Неклеточные формы жизни.

Большинство живых систем на Земле состоит из клеток (одной или многих). Однако имеются и неклеточные формы жизни – это вирусы и бактериофаги.

Вирусы представляют собой частицы, состоящие из белковой капсулы (капсида) и заключенной в ней нуклеиновой кислоты. Размеры их колеблются от 20 до 300 нм. Генетический материал вируса представлен одной молекулой нуклеиновой кислоты, ДНК и РНК, не связанной с гистоновыми белками. Проявление свойств живого, в том числе и размножение вирусов, происходит после попадания их нуклеиновой кислоты в клетку хозяина. Нуклеиновая кислота вируса, используя ферментные системы клетки, начинает реплицироваться, синтезировать специфические белки и образовывать новые вирусные частицы. Некоторые вирусы (латентные) способны встраивать свою нуклеиновую кислоту в ДНК клеток, где она может храниться длительное время. Все вирусы являются паразитами и вызывают заболевания у растений, животных и человека (грипп, оспа, гепатит и др.).

Клеточные формы жизни. С возникновением клетки живые системы приобрели способность к самостоятельному обмену веществ и размножению. Усложнение их организации сопровождалось появлением ядерной мембраны и увеличением молекулярной массы ДНК.

Клетки подразделяются на прокариотические и эукариотические, отличия между которыми представлены в таблице 2.

 

   Таблица 2. Отличительные признаки про- и эукариотических клеток

 

Признак	Прокариоты	Эукариоты
1. Цитоплазматическая мембрана	есть	есть
2. Клеточная стенка	есть	у животных нет, у растений есть
3. Ядро	нет	есть
4. Хромосомы	нуклеоид (кольцевая молекула ДНК)	есть (ДНК + белок)
5. Митохондрии	нет	есть
6. Комплекс Гольджи	нет	есть
7. Эндоплазматическая сеть	нет	есть
8. Лизосомы	нет	есть
9. Рибосомы	есть	есть
10. Мезосомы	есть	нет
11. Способ размножения	простое деление	непрямое деление

 

Прокариоты являются одноклеточными доядерными организмами. К ним относятся бактерии и сине-зеленые водоросли. Бактерии имеют разнообразную форму, размеры их тела колеблются от 1 до 5 мкм. Их плазмолемму покрывает клеточная стенка, образованная преимущественно полисахаридами. В цитоплазме прокариот имеются рибосомы, сходные по строению и функциям с рибосомами эукариот, но меньшего размера. Мембрана клетки образует мезосомы (впячивания), выполняющие функции мембранных органоидов.

Наследственный аппарат прокариотических клеток (нуклеоид) представлен кольцевой молекулой ДНК, связанной с небольшим количеством негистоновых белков. ДНК прокариот часто называют хромосомой, хотя структурно она существенно отличается от хромосом эукариот. Прокариоты содержат только одну хромосому и являются гаплоидами. Молекулярная масса ДНК прокариот составляет 2,5 × 10⁹ ± 0,5 × 10⁹, что соответствует примерно 2000 структурных генов. В цитоплазме бактерий могут содержаться мелкие молекулы ДНК (плазмиды).

 

ОРГАНИЗАЦИЯ НАСЛЕДСТВЕННОГО МАТЕРИАЛА

 

Ген – это единица наследственности и изменчивости. По современным представлениям ген – это участок молекулы ДНК, дающий информацию о синтезе определенного полипептида или нуклеиновой кислоты. Набор генов организма, которые он получает от своих родителей, называется генотипом, а содержание генов в гаплоидном наборе хромосом – геномом.

Совокупность всех внешних и внутренних признаков организма, развивающихся на основе генотипа, под воздействием факторов среды называется фенотипом, а отдельный признак, определяемый одним геном – феном.

Эволюция понятия «ген».

Отдельные сведения по наследованию признаков были известны очень давно, однако закономерности их передачи впервые изложил Г. Мендель в 1865 г. в работе: «Опыты над растительными гибридами». Современники не придали значения его открытию. Понятия «ген» в то время еще не было, и Г. Мендель говорил «о наследственных задатках», содержащихся в половых клетках, природа которых была неизвестна.

В 1900 г. независимо друг то друга Г. де Фриз (Голландия), Э. Чермак (Австрия) и К. Корренс (Германия) заново открыли законы Г. Менделя. Этот год и считается годом рождения генетики как науки. В 1902 г. Т. Бовери, Э. Вильсон и Д. Сеттон высказали предположение о связи наследственных факторов с хромосомами. В 1906 г. У. Бэтсон ввел термин «генетика», а в 1909 г. В. Иогансен – «ген». В 1911 г. Т. Морган и сотрудники сформулировал основные положения хромосомной теории наследственности.

Вначале XX в. господствовало представление о стабильности и неизменяемости генов (А. Вейсман, У. Бэтсон), а сели изменения и происходят (Г. де Фриз), то самопроизвольно, независимо от влияния среды. Это ошибочное мнение было опровергнуто получением индуцированных мутаций Г. А. Надсоном и Г. С. Филипповым (1925) на грибах, Г. Меллером (1927) на дрозофиле и И. Л. Стадлером (1928) на кукурузе.

В это же время существовало представление о неделимости гена. Однако в конце 50-х годов С. Бензер показал, что ген является дискретной единицей. При выполнении основной функции – программировании синтеза белка – ген выступает как целостная единица, изменений которой вызывает перестройку структуры белковой молекулы. Эту единицу Бензер назвал цистроном. По величине он примерно равен гену. Дискретность гена заключается в наличии у него субъединиц. Элементарная единица изменчивости гена, единица мутации, названа мутоном, а единица рекомбинации (обмен участками гомологичных хромосом в профазе мейоза I) – реконом. Минимальные размеры мутона и рекона равны одной паре нуклеотидов. В настоящее время элементарной структурной единицей гена считают пару нуклеотидов, а функциональной – кодон.

В 20-е годы было установлено, что хромосомы состоят из белка и нуклеиновых кислот. В 1928 г. Н. К. Кольцов предположил, что функции генов выполняют белковые молекулы, и белки способны к самовоспроизведению. Однако в дальнейшем было доказано, что носителем генетической информации является молекула ДНК.