Что такое генетический аппарат в биологии
Биология. 5 класс
Конспект урока
Урок 6. Строение клетки
Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:
Клетка, органоиды клетки, оболочка, цитоплазма, ядро, вакуоль, пластида
Клеточная мембрана – тончайшая плёнка, которая отграничивает содержимое клетки от внешней среды.
Цитоплазма – это полужидкое содержимое клетки, её внутренняя среда.
Генетический аппарат – это клеточная структура, обеспечивающая способность клетки к самовоспроизведению и передачу наследственной (генетической) информации потомству.
Ядро – это важнейшая часть клетки, которая содержит генетическую информацию (молекулы ДНК), контролирует все процессы жизнедеятельности и определяет способность клетки к самовоспроизведению и передаче наследственной информации.
Обязательная и дополнительная литература по теме
Теоретический материал для самостоятельного изучения
Все живые организмы на Земле состоят из клеток. Клетка – это та минимальная структура живого, которая обладает всеми жизненными свойствами – способностью к обмену веществ, росту, развитию, передаче генетической информации, саморегуляции и самообновлению. Клетки разных организмов отличаются друг от друга по своим размерам, форме и функциям. Яйцо страуса и икринка лягушки состоят из одной клетки. Мышечные клетки обладают сократимостью, а нервные клетки проводят нервные импульсы. Различия в строении клеток во многом зависят от функций, которые они выполняют в организмах. Чем сложнее устроен организм, тем более разнообразны по своему строению и функциям его клетки. Каждый вид клеток имеет определенные размеры и форму. Сходство в строении клеток различных организмов, общность их основных свойств подтверждают общность их происхождения и позволяют сделать вывод о единстве органического мира, является доказательством родства живой природы. На этом уроке вы заглянете внутрь клетки и узнаете о её «устройстве».
Каждая клетка имеет три обязательные части: клеточную мембрану, цитоплазму и генетический аппарат. Клеточная мембрана ограничивает внутреннее содержимое клетки, защищает его от неблагоприятных влияний окружающей среды, поддерживает определённую форму клеток, обеспечивает обмен веществ между содержимым клетки и внешней средой.
Цитоплазма объединяет все клеточные структуры и обеспечивает их взаимодействие. Генетический аппарат контролирует все процессы жизнедеятельности и определяет способность клетки к самовоспроизведению.
Несмотря на различия в строении, клетки растений, животных и грибов имеют сходных набор органоидов, не существует принципиальных отличий и в работе их генетического аппарата, и в процессах, связанных с обменом веществ.
Разбор типового тренировочного задания:
Тип задания: Подчеркивания элементов;
Текст вопроса: Подчеркните правильный ответ.
Мужская половая клетка называется:
Правильный вариант ответа:
Разбор типового контрольного задания
Тип задания: множественный выбор
Текст вопроса: Выберите правильные утверждения
Правильный вариант ответа:
2) Для клетки характерны все признаки живого.
3) Наука о клетке называется цитология.
4) Многоклеточный организм состоит из разных клеток.
Что такое генетический аппарат клетки,где он находиться в клетках растений и животных?
Ответ или решение 2
Понятие «генетический аппарат»
Под этим термином понимают совокупность всех клеточных структур, которые либо содержат ДНК, либо каким-то образом участвуют в реализации ДНК своей функции.
Часто термин «генетический аппарат» путают с термином «геном». Геном – это весь генетический материал (ДНК), составляющий гаплоидный набор хромосом конкретного вида. Таким образом, это понятие связано с информацией. А генетический аппарат – это клеточные структуры, то есть понятие связано с клеточной морфологией.
Генетический аппарат клеток растений и животных включает
При этом ядро содержит 98% всей ДНК клетки, а оставшиеся 2% находятся в митохондриях. Число молекул ядерной ДНК равняется числу хромосом, этот показатель специфичен для каждого вида. Так, известно, что диплоидный набор хромосом у человека = 46. Ядро не только хранит информацию, здесь же происходит ее воспроизведение (удвоение молекул ДНК или репликация).
Митохондрия имеет от 2 до 10 маленьких кольцевых молекул ДНК и передача митохондриальной генетической информации происходит только по материнской линии.
Функция рибосом заключается в биосинтезе белков, т.е. в реализации генетической информации, хранящейся в ДНК, поэтому эти органоиды так же относят к генетическому аппарату клетки.
Центриоль отвечает за точное распределение генетической информации в процессе деления клетки животных и низших растений. Центриоль может самовоспроизводиться и пред началом деления их количество удваивается.
У растений к генетическому аппарату клетки также относят пластиды, они также как и митохондрии имеют свои собственные кольцевые молекулы ДНК и рибосомы для синтеза собственных белков. Например, к пластидам относят хлоропласты растений – это зеленые включения, в которых происходит фотосинтез. Клетки животных и грибов не содержат пластид.
§ 8. Строение клетки
1. Почему для изучения клеток необходимо использовать увеличительные приборы? 2. Почему микроскоп, с которым вы работаете, называют световым?
Каждая клетка имеет три обязательные части: клеточную мембрану, цитоплазму и генетический аппарат (рис. 14).
Клеточная мембрана не только ограничивает внутреннее содержимое клетки, но и защищает его от неблагоприятных влияний окружающей среды, поддерживает определённую форму клеток. Через мембрану происходит обмен веществ между содержимым клетки и внешней средой.
Клетки бактерий, грибов и растений, кроме мембраны, имеют, как правило, ещё и клеточную стенку (оболочку). Она является наружным скелетом клетки и определяет её форму. Клеточная стенка пропицаема для воды, солей и многих органических веществ.
Цитоплазма — полужидкое содержимое клетки. В ней находятся различные органоиды (от греч. органон — орган) и клеточные включения. Цитоплазма объединяет все клеточные структуры и обеспечивает их взаимодействие.
Генетический аппарат — важнейшая часть клетки. Именно он контролирует все процессы жизнедеятельности и определяет способность клетки к самовоспроизведению. В клетках растений, животных и грибов генетический аппарат окружён мембраной и называется ядром. В ядре расположены носители наследственной информации о клетке и организме в целом — хромосомы (от греч. хрома — краска и сома — тельце). От хромосом зависит сходство родителей и потомства. В ядре может находиться одно или несколько ядрышек. У бактерий ядра нет и ядерпое вещество расположено непосредственно в цитоплазме.
Особенности строения клеток
Клетки организмов, относящихся к разным царствам живой природы, имеют свои особенности. Так, только клетки растений содержат в цитоплазме пластиды. Они бывают бесцветными или окрашенными в различные цвета. В бесцветных пластидах накапливаются запасы питательных веществ. Пластиды, окрашенные в жёлтый и красный цвета, определяют окраску лепестков цветов, осенних листьев, зрелых плодов.
Наиболее важное значение имеют пластиды, окрашенные в зелёный цвет, — хлоропласты (от греч. хлорос — зелёный), содержащие хлорофилл. В хлоропластах происходит процесс фотосинтеза.
Вакуоли (от лат. вакуус — пустой) содержат клеточный сок — водный раствор органических и неорганических соединений. В клеточном соке растений могут содержаться красящие вещества (пигменты), придающие синюю, фиолетовую, малиновую окраску лепесткам и другим частям растений, а также осенним листьям.
Наиболее простое строение имеют клетки бактерий. Клетки грибов, в отличие от клеток растений и животных, как правило, содержат много ядер. Но, несмотря на различия в строении, клетки растений, животных и грибов имеют сходный набор органоидов, не существует принципиальных отличий и в работе их генетического аппарата, и в процессах, связанных с обменом веществ.
Клеточная мембрана. Цитоплазма. Генетический аппарат. Ядро. Хромосомы. Пластиды. Вакуоли
Ответьте на вопросы
1. Какую функцию выполняет клеточная мембрана?
2. Для каких клеток характерна клеточная стенка (оболочка)? Какова её роль?
3. Какую роль выполняет генетический аппарат клетки?
4. В чём принципиальное отличие в строении клеток бактерий от клеток растений, животных и грибов?
О чём свидетельствует сходство химического состава и строения всех клеток?
Генетика и ее методология
Предмет генетики
Наследственность подразумевает возможность передачи из поколения в поколение различных признаков и свойств, общих особенностей развития. Это происходит благодаря способности ДНК к самоудвоению (репликации) и дальнейшему равномерному распределению генетического материала.
Ген и генетический код
Это происходит потому, что в разных клетках одни гены «выключены», а другие «активны»: транскрипция идет только с активных генов. Именно из-за этого наши клетки отличаются по строению, функции и форме.
Каждой аминокислоте соответствует 3 нуклеотида (триплет ДНК, кодон иРНК). Существует 64 кодона, из которых 3 являются нонсенс кодонами (стоп-кодонами)
Один и тот же нуклеотид не может принадлежать 2,3 и более триплетам ДНК/кодонам иРНК. Он входит в состав только одного триплета.
Один кодон соответствует строго одной аминокислоте и никакой другой более соответствовать не может.
Одна аминокислота может кодироваться несколькими кодонами (при этом одну а/к кодируют 3 нуклеотида.)
Соответствие линейной последовательности кодонов иРНК последовательности аминокислот в молекуле белка.
Кодоны считываются строго в одном направлении от первого к последующим. Считывание происходит в процессе трансляции.
Генетический код един для всех живых организмов, что свидетельствует о единстве происхождения всего живого.
Аллельные гены
Гаметы
К примеру для особи AABbCCDDEeFfGg количество гамет будет рассчитываться исходя из количества генов в гетерозиготном состоянии, которых в генотипе 4: Bb, Ee, Ff, Gg. Формула будет записана 2 4 = 16 гамет.
К примеру, у особи «AA» мы напишем только одну гамету «А» и не будем повторяться, а у особи «Aa» напишем два типа гамет «A» и «a», так как они различаются между собой.
Гибридологический метод
Этот метод основан на скрещивании организмов между собой и дальнейшем анализе полученного потомства от данного скрещивания. С помощью гибридологического метода возможно изучение наследственных свойств организмов, определение рецессивных и доминантных генов.
Цитогенетический метод
С помощью данного метода становится возможным изучение наследственного материала клетки. Врач-генетик может построить карту хромосом пациента (кариотип) и на основании этого сделать вывод о наличии или отсутствии наследственных заболеваний.
Если быть более точным, кариотипом называют совокупность признаков хромосом: строения, формы, размера и числа. При наследственных заболеваниях может быть нарушена структура хромосом (часто летальный исход), иногда нарушено их количество (синдром Дауна, Шерешевского-Тернера, Клайнфельтера).
Генеалогический метод (греч. γενεαλογία — родословная)
По мере изучения законов Менделя, хромосомной теории, я непременно буду обращать ваше внимание на родословные. Вы научитесь видеть детали, по которым можно будет сказать об изучаемом признаке: «рецессивный он или доминантный?», «сцеплен с полом или не сцеплен?»
На предложенной родословной в поколениях семьи хорошо прослеживается наследование не сцепленного с полом (аутосомного) рецессивного признака (например, альбинизма). Это можно определить по ряду признаков, которые я в следующих статьях научу вас видеть. Аутосомно-рецессивный тип наследования можно заподозрить, если:
Близнецовый метод
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ГЕНЕТИЧЕСКОГО АППАРАТА ЭУКАРИОТ
ДИСКРЕТНОСТЬ генетического материала, т.е. существование гена, хромосомы (группы сцепления), генома, выявляется в виде: множества аллелей, составляющих группу сцепления, множества групп сцепления, составялющих геном.
НЕПРЕРЫВНОСТЬ генетического материала (физическая целостность хромосомы) выявляют в виде сцепления множества генов между собой.
ОТНОСИТЕЛЬНАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ или способность к конвариантной редупликации, т.е. возникновение и сохранение вариантов в ходе возспроизведения, выявляют в виде мутационной изменчивости.
Всеми этими свойствами обладают молекулы ДНК или реже РНК (у некоторых вирусов), в которых закодирована наследственная информация.
Основными свойствами генетического материала являются:
1. Ген хранит и передает информацию.
2. Ген способен к изменению генетической информации (мутации).
3. Ген способен к репарации и ее передаче от поколения к поколению (процесс восстановления природной структуры ДНК, поврежденной при нормальном биосинтезе ДНК в клетке химическими или физическими агентами).
Основными первичными функциями генов являются хранение и передача генетической информации. Передача генетической информации происходит при редупликации ДНК (при размножении клеток) и от ДНК через и-РНК к белку (при обычном функционировании клеток).
Система записи генетической информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде определенной последовательности нуклеотидов называется ГЕНЕТИЧЕСКИМ КОДОМ. Явление соответствия порядка нуклеотидов в молекуле ДНК порядку аминокислот в молекуле белка называется КОЛИНЕАРНОСТЬЮ.
Свойства генетического кода:
5) без разделительных знаков.
2. Общие понятия генетического материала и его свойствах.
3. Первичные функции генов. Генетический код и его свойства.
4. Уровни структурной организации наследственного материала: генный, хромосомный, геномный.
5. Генная система клеток про- и эукариот. Роль ядра и цитоплазмы в передаче наследственного материала.
Различают следующие уровни структурно-функциональной организации наследственного материала: генный, хромосомный и геномный.
Элементарной структурой ГЕННОГО уровня организации служит ген. На этом уровне изучается структура молекулы ДНК, биосинтез белка и др. Благодаря относительной независимости генов возможно дискретное (раздельное) и независимое наследование (III закон Менделя) и изменение (мутации) отдельных признаков.
Гены клеток эукариот распределены по хромосомам, образуя ХРОМОСОМНЫЙ уровень организации наследственного материала. Этот уровень организации служит необходимым условием сцепления генов и перераспределения генов родителей у потомков при половом размножении (кроссинговер).
Вся совокупность генов организма в функциональном отношении ведет себя как целое и образует единую систему, называемую ГЕНОМОМ. Один и тот же ген в разных генотипах может проявлять себя по-разному. Геномный уровень организации объясняет взаимодействие генов как в одной, так и в разных хромосомах.
Несмотря на химическую стабильность, нуклеотидные последовательности в макромолекулах ДНК могут быть изменены. При этом такие изменения сохраняются в структуре биополимера при его репликации.
Решение задач, которые жизнедеятельность ставит перед эукариотическими клетками, особенно у многоклеточных форм, требует большой точности и надежности биологических механизмов. Возможно, что, по крайней мере, отчасти в связи с этим, их генетический аппарат (аппарат наследственности и изменчивости) претерпел в эволюции изменения в сторону его усложнения.
Наряду с такими понятиями, как «ген», «хромосома» и «геном», существуют важные генетические понятия «генотип» и «кариотип», имеющие непосредственное отношение к структурно-функциональной организации генетического аппарата эукариот.
Структура ДНК, свойства и функции.
ДНК состоит из нуклеотидов, в состав которых входят сахар — дезоксирибоза, фосфат и одно из азотистых оснований – аденин, гуанин, тимин, цитозин. Молекулы ДНК включают две полинуклеотидные цепи, связанные между собой определенным образом. Уотсон и Крик предположили, что эти цепи соединяются друг с другом водородными связями между их азотистыми основаниями по принципу комплементарности. Аденин одной цепи соединяется двумя водородными связями с Тимином другой цепи, а между гуанином и цитозином разных цепей образуются три водородные связи. Такое соединение азотистых оснований обеспечивает прочную связь двух цепей и сохранение равного расстояния между ними на всем протяжении. Другой важной особенностью двух полинуклеотидных цепей в молекуле ДНК является их антипараллельность:5-конец одной цепи соединяется с 3-концом другой и наоборот. Данные рентгеноструктурного анализа показали, что молекула ДНК, состоящая из двух цепей, образует спираль, закрученную вокруг своей оси. Диаметр спирали 2 нм, длина шага 3,4 нм. В каждый виток входит 10 пар нуклеотидов. Т.о. в структурной организации молекулы ДНК можно выделить первичную структуру — полинуклеотидную цепь, вторичную — две комплементарные и антипараллельные цепи и третичную
Структуру — трехмерную спираль.
ДНК способна к самокопированию — репликация. В процессе репликации на каждой полинуклеотидной цепи материнской молекулы ДНК синтезируется комплементарная ей цепь. В итоге из одной двойной спирали ДНК образуются две идентичные двойные спирали. Такой способ удвоения молекул, при котором каждая дочерняя молекула одну материнскую и одну вновь синтезированную цепь, называется полуконсервативным. Для осуществления репликации материнской ДНК должны быть отделены друг от друга, чтобы стать матрицами, на которых будут синтезироваться комплементарные цепи дочерних молекул. С помощью фермента геликазы двойная спираль ДНК в отдельных зонах расплетается. Образующиеся при этом одноцепочечные участки связываются специальными дестабилизирующими белками. Молекулы этих белков выстраиваются вдоль полинуклеотидных цепей, растягивая их остов и делая азотистые основания доступными для связывания с комплементарными нуклеотидами. Области расхождения полинуклеотидных цепей в зонах репликации называют репликационными вилками. В каждой такой области при участии фермента ДНК-полимеразы синтезируется ДНК двух новых дочерних молекул. В процессе синтеза репликационная вилка движется вдоль материнской спирали, захватывая все новые зоны. Конечным результатом репликации является образование двух молекул ДНК, нуклеотидная последовательность которых идентична таковой в материнской двойной спирали ДНК.