"Биология (углублённый уровень)", Высоцкая Л.В., Дымшиц Г.М., Рувинский А.О. и др./ Под ред. Шумного В.К., Дымшица Г.М.
Наследственная информация организма записана в ДНК и организована на нескольких уровнях. Ген — участок ДНК с инструкцией для синтеза РНК или белка; множество генов и других последовательностей входят в состав хромосом. Совокупность наследственного материала называют геномом. Чтобы понимать передачу признаков, важно различать отдельный ген, хромосому и весь генетический материал, а также знать, как устроены наборы хромосом в клетках.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Ген — участок молекулы ДНК, содержащий информацию о продукте, например РНК или белке, и связанный с проявлением определённого признака. Это не самостоятельная молекула, а часть ДНК с определённой последовательностью нуклеотидов. Понятие гена помогает понять, как наследственная информация связана с работой клеток и признаками организма.
Хромосома — структура из молекулы ДНК и связанных с ней белков, которая обеспечивает хранение и передачу наследственной информации. Белки помогают упаковать длинную молекулу ДНК и организовать её работу. Понятие хромосомы позволяет описывать, как наследственный материал распределяется между клетками.
Геном — совокупность наследственного материала организма или клетки. В разных контекстах этим словом называют весь генетический материал либо наследственный материал гаплоидного набора. Уточнение смысла важно, чтобы понимать, какой именно объём наследственной информации имеется в виду.
Локус — определённое место, которое ген занимает в хромосоме. Условно его можно представить как адрес гена на длинной молекуле ДНК. Локусы помогают сравнивать расположение генов на гомологичных хромосомах.
Молекула ДНК очень длинная, поэтому в клетке она не лежит свободно, а связывается с белками и упаковывается в хроматин. Такая организация позволяет разместить наследственный материал в ограниченном объёме ядра и одновременно регулировать доступ к отдельным участкам. Когда клетка готовится к делению, хроматин уплотняется, поэтому хромосомы становятся различимыми.
Ген — не отдельная хромосома, а лишь часть ДНК. В одной хромосоме находятся многие гены, а также последовательности, которые не являются генами, но участвуют в организации и работе ДНК. Поэтому уровни организации можно представить так: ген является участком ДНК, а хромосома включает ДНК с большим числом участков.
Гены располагаются в хромосомах не случайно: каждый занимает определённый локус. Порядок нуклеотидов внутри гена хранит инструкцию, по которой клетка синтезирует РНК или белок. Именно через работу таких продуктов наследственная информация может влиять на признаки и процессы в организме.
Для вида обычно характерны определённые число и строение хромосом. Это связано с тем, что наследственный материал клеток организован в устойчивый набор, который передаётся от поколения к поколению. Описание хромосомного набора по числу и особенностям строения называют кариотипом; он помогает распознавать характерную для организма организацию хромосом.
В диплоидных клетках хромосомы обычно образуют пары гомологов: одна хромосома пары получена от одного родителя, другая — от другого. Они несут соответствующие гены в одинаковых локусах, хотя варианты этих генов могут различаться. Половые клетки обычно имеют одинарный, гаплоидный набор, чтобы при оплодотворении наборы двух гамет объединились и восстановился диплоидный набор.
| Понятие | Что представляет собой | Что содержит или описывает | Связь с другими понятиями |
|---|---|---|---|
| Ген | Участок ДНК | Информацию о продукте — РНК или белке | Занимает локус в хромосоме; входит в наследственный материал генома |
| Хромосома | ДНК, связанная с белками | Множество генов и другие последовательности ДНК | Содержит гены в определённых локусах; входит в хромосомный набор |
| Геном | Совокупность наследственного материала | Генетическую информацию организма или клетки | Включает гены и организован в хромосомы; значение термина зависит от контекста |
Пользуйся таблицей, чтобы сопоставлять понятия по масштабу: ген — часть ДНК, хромосома — упакованная ДНК с множеством участков, геном — наследственный материал в целом. Если в задании говорится об адресе гена, речь идёт о локусе. Если нужно описать число и строение хромосом, используют понятие кариотипа.
Укажите, к какому уровню организации относятся участок ДНК, одна молекула ДНК с белками и весь наследственный материал клетки. Чтобы не перепутать термины, сначала оценим масштаб каждого объекта. Затем соотнесём его с определением гена, хромосомы и генома.
Ответ: участок ДНК — ген, молекула ДНК с белками — хромосома, весь наследственный материал — геном. Ген является частью ДНК хромосомы, а геном охватывает наследственный материал в целом. При этом один ген не следует считать отдельной хромосомой.
В диплоидной клетке обнаружены две гомологичные хромосомы. Объясните, что можно сказать о расположении соответствующих генов на них. В условии важны слова «гомологичные» и «расположение»: нужно сделать вывод о локусах, но не приписывать хромосомам полную идентичность. Варианты генов могут отличаться.
Ответ: соответствующие гены расположены в одинаковых локусах гомологичных хромосом, однако их варианты могут различаться. Это различие не отменяет гомологичности хромосом. Значит, при описании нужно разделять положение гена и его вариант.
В клетке организма диплоидный набор составляет 2n = 24. Определите число хромосом в соматической клетке и гамете, а также число пар гомологичных хромосом в соматической клетке. Обозначение 2n уже задаёт число хромосом в диплоидной клетке. Чтобы найти гаплоидное число, нужно разделить его пополам.
Ответ: в соматической клетке 24 хромосомы и 12 пар гомологов, в гамете — 12 хромосом. Проверка: две гаметы с числом n = 12 при объединении дают 2n = 24. Число хромосом здесь не следует путать с количеством молекул ДНК после её удвоения.
Ошибка: считать ген отдельной молекулой ДНК. Так думают, потому что ген связан с наследственной информацией, но ген занимает лишь участок молекулы, а хромосома содержит много генов. Проверь себя вопросом: описывается часть ДНК или вся упакованная структура?
Ошибка: отождествлять геном с набором хромосом. Путаница возникает потому, что генетический материал организован в хромосомы, однако геном означает наследственный материал, а число и строение хромосом описывает кариотип. Проверь, спрашивает ли задание о содержании наследственной информации или о характеристиках хромосом.
Ошибка: считать гомологичные хромосомы полностью одинаковыми. Они похожи по строению и несут соответствующие гены в одинаковых локусах, поэтому легко сделать лишний вывод об идентичности. Проверь себя: одинаковое положение генов не означает одинаковых вариантов этих генов.
Ошибка: считать, что после удвоения ДНК удваивается число хромосом. Причина путаницы — в каждой хромосоме появляются две молекулы ДНК, входящие в состав сестринских хроматид. Проверяй число хромосом по центромерам: до расхождения хроматид одна такая структура считается одной хромосомой.
Чтобы разобраться в генах, нужно знать строение ДНК и принцип комплементарности: последовательность нуклеотидов хранит информацию для синтеза РНК или белка. Представления о генах и геноме понадобятся при изучении наследственности, мутаций и передачи признаков. Понятия хромосом, гаплоидного и диплоидного наборов помогут понять мейоз, оплодотворение и устройство кариотипа.
Чем ген отличается от хромосомы?
Ген — это участок молекулы ДНК, несущий информацию о продукте, например белке или РНК. Хромосома включает длинную молекулу ДНК, связанную с белками, и содержит множество генов и другие последовательности.
Может ли одна хромосома содержать много генов?
Да. Вдоль молекулы ДНК хромосомы расположено множество генов, каждый занимает свой участок — локус. Между генами также могут находиться участки ДНК, не кодирующие белки.
Почему гомологичные хромосомы не всегда одинаковы?
Они несут соответствующие гены в одинаковых локусах, но последовательности этих генов могут немного различаться. Такие варианты одного гена называют аллелями; одну хромосому пары организм обычно получает от матери, другую — от отца.
Чем геном отличается от кариотипа?
Геном — совокупность наследственного материала, причём в разных контекстах термин может обозначать весь материал клетки или гаплоидный набор генов. Кариотип описывает характерный для организма набор хромосом: их число, размеры и особенности строения.
Почему после удвоения ДНК число хромосом не увеличивается?
После удвоения каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид, соединённых в области центромеры. Пока хроматиды не разошлись, такую структуру считают одной хромосомой; число определяют по центромерам, а не по числу молекул ДНК.
§ 19. Гены, хромосомы, геном
