Спадкова інформація

Де в клітині зберігається спадкова інформація

Основне сховище спадкової інформації в еукаріотів – ядро, а в ньому хромосоми, які складаються з ДНК і ядерних білків. Нуклеотиди ДНК кодують спадкову інформацію, а білки-гістони організовують компактне просторове розташування молекул ДНК для зберігання цієї інформації.

Але ядром справа не обмежується. Спадкова інформація міститься не лише в нуклеоїді та ядрі, а й у структурах цитоплазми: у прокаріотів це плазміди, тобто малі молекули ДНК у цитоплазмі, а в клітинах еукаріотів – мітохондрії й хлоропласти, що мають власні ДНК. Тому в еукаріотів окрім ядерного геному розрізняють ще мітохондріальний і пластидний геноми.

Хромосоми формуються з ядерного матеріалу хроматину перед поділом клітини. Перед поділом однохроматидні хромосоми подвоюються, ущільнюються й стають двохроматидними, щоб спадкову інформацію можна було рівно розподілити між двома клітинами. Для збереження, розподілу та передачі інформації в хромосомах є сайти початку реплікації, центромери і теломери.

Кількість хромосом у різних видів дуже різна і не залежить від рівня організації: у малярійного плазмодія їх 2, у дрозофіли 8, у людини розумної 46, у шимпанзе 48, у рака річкового 118, а в радіолярії 1 600. Це класична пастка НМТ: «складніший організм» зовсім не означає «більше хромосом».

Коментар викладачки. Розбираємо слово, і половина плутанини зникає. «Хромо» означає забарвлений, «сома» означає тільце: хромосоми так назвали тому, що їх уперше побачили після обробки ядра аніліновими барвниками. А «ген» походить від грецького «генос», тобто рід, походження. Терміни перестають бути страшними, щойно ви розумієте, звідки вони взялися.

Як спадкова інформація перетворюється на ознаку

Шлях від гена до ознаки має рівно два кроки: транскрипція, а потім трансляція. Спочатку інформація про первинну структуру білка переписується з ДНК на іРНК, і ця іРНК переносить її до рибосом. Уже на рибосомах у процесі трансляції синтезуються білки.

Якщо кінцевим продуктом експресії генів є білок, процес називають біосинтезом білків, а сам ген – білковим. Якщо ж на генах ДНК відбувається синтез транспортних РНК, це гени тРНК, а якщо синтез рибосомальних РНК, то це гени рРНК. Біосинтез будь-якої РНК називається транскрипцією.

Далі працює генетичний код. Кожна амінокислота кодується послідовністю з трьох нуклеотидів, тобто триплетом (триплетність), кожний триплет кодує лише одну певну амінокислоту (однозначність), а одну амінокислоту можуть кодувати кілька різних триплетів (надмірність, або виродженість), і це підвищує надійність коду. Наприклад, лейцин кодується шістьма триплетами.

Межі між триплетами не позначено, вони йдуть один за одним (безперервність), але між генами існують ділянки, які не несуть генетичної інформації, спейсери, і вони лише відокремлюють одні гени від інших. На початку гена стоїть старт-кодон, який кодує амінокислоту метіонін і розпочинає утворення білка, а в кінці гена – один із трьох стоп-кодонів, які сигналізують про завершення трансляції поліпептидного ланцюга.

Реалізація спадкової інформації потребує великих затрат енергії АТФ, задіює велику кількість ферментів і структур клітини. Експресія генів активно регулюється і є основою росту й розвитку клітин та їхньої адаптації до умов навколишнього середовища: на неї впливають і внутрішні чинники (гормони, фактори росту), і зовнішні (температура, випромінювання, антибіотики).

Коментар викладачки. Часто питають, навіщо взагалі потрібна ця «зайва ланка» у вигляді іРНК. Відповідь проста: ДНК занадто цінна, щоб тягати її з ядра. А от іРНК несе ту саму інформацію і її не шкода: якщо з нею щось станеться, клітина просто зробить нову. Ось для цього і потрібна транскрипція.

Як спадкова інформація передається наступному поколінню

Передачу забезпечує поділ клітин, тобто сукупність процесів, завдяки яким спадкова інформація клітини передається наступному поколінню клітин. Спочатку хромосоми подвоюються, а потім розподіляються між новими клітинами.

У прокаріотів усе простіше: нуклеоїд містить лише одну кільцеву молекулу ДНК, ця «бактеріальна хромосома» перед поділом самоподвоюється, ущільнення не відбувається, обидві молекули ДНК прикріплюються до плазматичної мембрани і розподіляються. Далі ділиться цитоплазма і з однієї материнської клітини утворюються дві дочірні. Таке самовідтворення називається бінарним поділом і відбувається дуже швидко: за сприятливих умов кишкова паличка ділиться кожні 20-30 хв.

Поділ еукаріотичних клітин складніший, бо вони мають ядро з диплоїдним набором хромосом. Основні типи поділу тут два: мітоз і мейоз. Мітоз дає дві клітини з таким самим набором хромосом і є основою росту, регенерації та нестатевого розмноження. Мейоз дає клітини з удвічі меншим набором хромосом, і саме тому спадкова інформація передається наступному поколінню організмів у гаплоїдному наборі: статеві клітини – це клітини з гаплоїдним набором хромосом для передачі спадкової інформації під час статевого розмноження.

Замикає цей ланцюг запліднення, тобто процес злиття чоловічої та жіночої статевих клітин з утворенням зиготи, яка дає початок новому організму. А поєднання спадкового матеріалу від двох батьків забезпечує рекомбінація ДНК: перерозподіл генетичної інформації, що призводить до виникнення нових комбінацій генів.