Что такое генетический аппарат в биологии кратко

Обновлено: 05.07.2024

Генетика занимается изучением наследственности и изменчивости — того, какую наследственную информацию мы получаем от своих родителей и какую передаем своим детям. Носителем этой информации являются гены.

Гены определяют фенотип человека — полный комплекс особенностей его организма.

Некоторые признаки фенотипа можно заметить, просто посмотрев на человека. Например, цвет волос и глаз.
Другие признаки фенотипа можно выявить только с помощью лабораторных исследований, например — группу крови.

Информация обо всех особенностях вашего организма содержится в ваших генах, начиная от вашего роста и цвета кожи и заканчивая генетическими заболеваниями и предрасположенностью к определенным видам рака.

Что такое гены

Все ваши гены содержатся в ядре клетки - в ядре любой из клеток любого из ваших органов и любой из ваших тканей. Гены представляют собой отдельные фрагменты информации, хранящейся в хромосомах.

Увеличение микроскопа	Наблюдаемый объект	Описание
	Ядро клетки	Содержит хромосомы. Ядро человеческой клетки содержит 23 пары хромосом.
	Отдельная хромосома	Состоит из одной очень длинной полимерной молекулы ДНК.
	Ген	Отдельный участок ДНК, который содержит целостную информацию об определенном наследственном признаке.
	Нуклеотид	Своеобразный байт информации. Последовательности, в которые соединены пары нуклеотидов в молекулах ДНК всех хромосом, определяют полный комплекс наследственных признаков человека — человеческий геном.

Для удобства можно представить себе, что хромосома — это книга, а ген — одна из глав этой книги. Ген состоит из набора попарно соединенных в спиральной молекуле ДНК нуклеотидов. Продолжим аналогию с библиотекой, и все станет гораздо

Ядро клетки с 23 парами хромосом - библиотека под названием "Всё об этом человеке".
Хромосома - книга из библиотеки.
ДНК - весь текст этой книги.
Ген - одельная глава книги. Например, глава "Все о цвете глаз этого человека".
Нуклеотид - отдельная буква. Их в "генетическом" алфавите человека всего 5, в отличие от русского алфавита, где букв 33.

С недавних пор стало возможным полностью расшифровать генетический код любого человека — узнать наследственную информацию, содержащуюся во всех книгах его персональной "библиотеки". Некоторые главы из этих книг могут содержать тревожную информацию.

Например, информацию о наличии онкологических заболеваний или наследственных нарушений, которые человек неизбежно передаст своим детям. Или информацию о повышенной вероятности развития муковисцидоза, болезни Альцгеймера, а также множества других синдромов.

Пройти полное секвенирование и получить данные о наличии у себя любых генетических нарушений может любой желающий.

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

Биология. 5–6 классы. Пасечник В. В., Суматохин С. В., Калинова Г. С. и др. / Под ред. Пасечника В. В. М.: Просвещение, 2019
Биология. 6 класс. Теремов А. В., Славина Н. В. М.: Бином, 2019.
Биология. 5 класс. Мансурова С. Е., Рохлов В. С., Мишняева Е. Ю. М.: Бином, 2019.
Биология. 5 класс. Суматохин С. В., Радионов В. Н. М.: Бином, 2014.
Биология. 6 класс. Беркинблит М. Б., Глаголев С. М., Малеева Ю. В., Чуб В. В. М.: Бином, 2014.
Биология. 6 класс. Трайтак Д. И., Трайтак Н. Д. М.: Мнемозина, 2012.
Биология. 6 класс. Ловягин С. Н., Вахрушев А. А., Раутиан А. С. М.: Баласс, 2013.

Теоретический материал для самостоятельного изучения

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.

Клетки организмов, относящихся к разным царствам живой природы, имеют свои особенности. Клетки растений содержат в цитоплазме пластиды (например, хлорофилл). Клетки бактерий, грибов и растений кроме мембраны имеют, как правило, ещё и клеточную стенку (оболочку). Она является наружным скелетом клетки и определяет её форму. В клетках растений, животных и грибов генетических аппарат окружён мембраной и называется ядром. В ядре расположены носители наследственной информации о клетке и организме в целом (хромосомы). В ядре может находиться одно или несколько ядрышек. У бактерий ядра нет и ядерное вещество расположено непосредственно в цитоплазме.

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:

Каждая клетка тела живого существа эукариота имеет внутри ядра полимерную цепь ДНК, которая является основной "программой" жизни. ДНК человека - тот генетический материал, на котором записана вся родовая память, заболевания, к которым предрасположен индивид, и все таланты личности. Набор из 23 парных генов - основа генетического аппарата человека

Чтобы понять, как важна ДНК, нужно знать ее устройство и функции. ДНК - это не просто код, это основная матрица, по которой клетка выстраивает белки из аминокислот и готовит новые клетки, которые заменят ее со временем. Так обеспечивается жизнь организма.

Генетика человека. Основные термины

Хромосомы, или хроматидные нити, являются центром ядра и обеспечивают жизнь отдельной клетки и всего организма. Хромосомы состоят из генов. Ген - это единица, несущая биологическую память предков. Набор генов человека называется геномом.

Генетический аппарат включает в себя ядро, и содержащееся внутри него ДНК. ДНК не может существовать без помощников - матричной РНК и транспортной - тРНК. Об РНК вспомним позже. Сейчас объясним, что же такое ДНК.

Полимер ДНК содержится в хромосомах. Соединены две переплетающиеся цепи по принципу комплиментарности.

ДНК - дезоксирибонуклеиновая кислота - это полимерная молекула, состоящая из кирпичиков нуклеотидов. Код ДНК - это определенная, данная конкретному индивиду, последовательность 4 нуклеотидов: аденин, тимин, гуанин и цитозин.

Что же такое хромосома? Хромосома - это более объемная единица организации генетического материала в клетке. В ней содержится несколько тысяч генов, "запакованных" в определенные структуры. Каждая хромосома состоит из центромеры и двух теломер.

Нуклеотидной последовательностью в хромосоме зашифрована информация о строении белков организма. И когда приходит сигнал, что организму нужен новый белок, ДНК раздваивается, копируется, и снова собирается в нужном порядке.

Характеристики генетического аппарата

Наш хромосомный набор имеет несколько фундаментальных характеристик. Что же удалось исследовать ученым, какие свойства несет ген? Известны 3 основные характеристики человеческих генов.

Самосохранение.
Самовоспроизведение.
Мутабельность.

Термин "ген" введен в науку В. Иогансеном в 1909 году. Какие функции выполняет эта единица наследственности?

Ген передает информацию следующим поколениям.
Обеспечивает рекомбинацию информации.

Генетический аппарат клетки человека создан природой очень разумно и сложно. Более мелкие единицы наследственного аппарата - гены - составляют более крупные и компактно расположенные хроматиновые нити. Две такие нити соединены между собой благодаря особым белкам и центромере.

Как зашифрована в ДНК продолжительность жизни?

Старость в буквальном смысле, видна в микроскопе, и определить изношенность можно по состоянию теломер хромосомы.

Хромосомные нити, состоящие из последовательности генов, постепенно укорачиваются после каждого деления. Чем меньше становятся теломеры после многократного деления клетки, тем больше жизненного материала истрачено. И, значит, неизбежно приближается старость и смерть организма.

Диплоидный и гаплоидный наборы хромосом

В клетках некоторых организмов присутствует гаплоидный набор хромосом, у других - диплоидный. В чем разница? У тех животных, которые размножаются половым путем, присутствует в ядре двойной набор хромосом - диплоидный. У человека всегда имеется диплоидный набор.

Все другие, менее развитые живые существа, имеют в своих клетках единичный набор - то есть они относятся к гаплоидным.

Функции ДНК

Весь механизм клеточного ядра работает в едином "режиме", не допуская сбоев, чтобы клетка могла качественно выполнять свои функции.

Когда клетка должна создать новый белок, структура которого зашифрована в ДНК, "фабрике" белков нужно скопировать эту информацию и прочитать ее. Для этого необходимы тРНК и мРНК.

Другая важная роль генетического аппарата - сохранить свой код, передать всю имеющуюся информацию о развитии предыдущих поколений новорожденным детям.

Общие сведения о ДНК человека

Что представляет собой цепь дезоксирибонуклеиновой кислоты? Цепь ДНК двойная. Она плотно упакована в хромосомы так, чтобы вся эта информация могла поместиться в ядро, не превышающее в диаметре 5 * 10 -4 . Тогда как суммарная длина развернутой цепочки ДНК человека почти 2 м.

У человека присутствует в клетке "стандартный" набор из 23 пар хромосом - одна пара от матери, другая от отца; и 2 половые хромосомы - ХХ либо ХУ.

Впервые открыли миру объемное строение спиралевидной ДНК Дж. Уотсон и Ф. Крик. Кстати, Дж. Уотсон был первым человеком, код ДНК которого расшифровали и опубликовали в журнале.

Полинуклиотидная цепь образуется в результате сложной реакции конденсации нуклеиновых кислот - пуринов и пиримидинов. Состоят такие кислоты всегда из 3 химических веществ - пентозы, определенного азотистого основания и частицы фосфорной кислоты.

Последствия мутаций хромосом

Генетический аппарат - не только материальное "хранилище" важной информации, но и вполне живая субстанция. Хромосомы двигаются в ядре, делятся, когда надо.

Структура хромосом после каждого деления остается прежней. Если бы произошла хоть одна ошибка, в организме бы уже начались сбои. Ведь что определяет ДНК? Она скрывает биологические свойства кариотипа - особенности формы и цвета субъекта, специфику всей его внутренней и внешней организации. Все органы работают по схеме, которая записана в полинуклеотидной цепи каждой его клетки. Можно отметить, что в ДНК содержится также "план работы" соматической клетки.

Именно поэтому любая мутация в хромосомах новорожденного иногда приводит к аномалиям, или хуже того, инвалидности.

Роль РНК

Рибонуклеиновая кислота, или РНК - также нуклеотид, способный проникнуть в ядро, "прочитать" информацию ДНК и скопировать нужный для синтеза белка фрагмент. Матричная РНК считывает определенным способом информацию о строении белка, который нужен, и спокойно выходит из ядра.

Затем на его основе подбираются имеющиеся в организме наготове нуклеотиды по принципу комплементарности - их "подвозят" к месту сборки тРНК - и создается новый белок. РНК и ДНК работают совместно. Ни одна из них не может существовать без другой.

Хранение генетической информации осуществляют следующие структуры клетки:

- ядерная ДНК – 46 линейных молекул ДНК, упакованных в форме хроматина или хромосом в ядре;

○ 50% материнского и 50% отцовского происхождения;

○ содержит около 30 000 пар кодирующих белки генов, локализованных в 23 парах молекул ДНК (что составляет 25% ядерного генома);

○ 22 пары аутосом (одинаковых у мужчин и женщин) и пара половых хромосом, отличающихся у мужчин и женщин (XY и XX);

○ соматические клетки имеют идентичный генетический материал;

- митохондриальная ДНК – от одной до нескольких сотен кольцевых молекул ДНК;

○ 100% материнского происхождения;

○ содержит 13 структурных генов;

○ соматические клетки отличаются по количественному (в зависимости от интенсивности клеточного метаболизма) и качественному (вследствие мутаций на уровне митохондриальной ДНК) составу.

Ядерный генетический материал можно наблюдать в интерфазе (в виде хроматина), когда он является активным и транскрибируется, и во время деления (в виде хромосом), когда он неактивен, так как не может быть транскрибирован. Хромосомы могут быть однохроматидными (до репликации) и двухроматидными (от момента репликации до расщепления центромеры анафазе митоза).

Передачагенетической информации от клетки к клетке осуществляется во время митоза. В аппарат передачи генетической информации входят следующие компоненты:

- реплиосома – комплекс белков, обеспечивающих репликацию;

- белковые факторы, необходимые для репарации;

- центриоли, участвующие в образовании веретена деления и ответственные. Таким образом, за точное и равное распределение хромосом в митозе;

Реализациягенетической информации, закодированной в структурных генах, протекает в несколько этапов с участием:

- аппарата транскрипции – белковых факторов, распознающих ген-мишень и обеспечивающих синтез mРНК;

- аппарата трансляции – рибосом, являющихся местом трансляции и синтеза полипептида;

- молекул mРНК – переводчиков генетического кода;

- белковых факторов – регуляторов трансляции и созревания белков.

Реализация генетической информации:

- на молекулярном уровне проявляется синтезом определенного белка,

- на клеточном уровне – функциями данного белка в клетке, образованием определенной клеточной структуры/метаболической цепи/сигнального пути,

- на уровне организма – наличием определенного фенотипического

Совокупность компонентов клетки человека, обеспечивающих хранение, передачу и реализацию генетической информации, составляет ее генетический аппарат.