§ 30. Цитоплазматична спадковість. Регуляція активності генів

• До змісту відповідей

БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

Чи однакову кількість генів отримує нащадок від батьківського і материнського організму? Проаналізуй причини можливих відмінностей.

Ні, нащадок отримує більшу кількість генів від материнського організму. Причиною цього є цитоплазматична спадковість: окрім ядерної ДНК, яка передається порівну від батька і матері, яйцеклітині притаманна цитоплазма з мітохондріями, що мають власну ДНК. Сперматозоїд під час запліднення передає практично тільки ядерну ДНК, тому мітохондріальні гени успадковуються виключно від матері.

ТРЕНУЙСЯ ДУМАТИ

1. Які особливості успадкування ознаки Х у родоводі (мал. 30.1)? Запропонуй можливі механізми успадкування такої ознаки.

Ознака Х передається від матері до всіх її дітей незалежно від їхньої статі. Батько з ознакою Х не передає її жодному зі своїх нащадків. Механізмом успадкування цієї ознаки є мітохондріальна спадковість, оскільки мітохондріальна ДНК передається нащадкам виключно через цитоплазму материнської яйцеклітини.

2. У багатьох дорослих людей спостерігається непереносимість лактози, що зазвичай пов’язано з нестачею ферменту лактази. Проте у дитинстві вони нормально переносили молоко. Поміркуй, чи може це бути наслідком мутацій структурного гена фермента лактази. Запропонуй різні варіанти можливих причин таких змін.

Це не є наслідком мутацій структурного гена лактази, оскільки послідовність нуклеотидів у ДНК залишається стабільною протягом життя організму. Причиною зниження синтезу лактази у дорослих є епігенетична регуляція активності генів. Основними причинами є пригнічення транскрипції гена лактази після закінчення грудного вигодовування регуляторними білками та метилювання ДНК у ділянці цього гена.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. У кого з родичів однакова мітохондріальна ДНК: а) у чоловіка і дружини; б) у матері та її синів; в) у батька та його синів; г) в онука і бабусі (матері його матері); д) в онучки і бабусі (матері її батька)?

Однакова мітохондріальна ДНК спостерігається у варіантах: б) у матері та її синів; г) в онука і бабусі (матері його матері).

2. Поміркуй, які переваги і недоліки ДНК-ідентифікації за мітохондріальною ДНК та як її використовують у криміналістиці.

Перевагою ДНК-ідентифікації за мітохондріальною ДНК є велика кількість її копій у клітині та висока стійкість до руйнування, що дозволяє досліджувати старі рештки, кістки чи волосся без цибулини. Недоліком є те, що така ДНК однакова у всіх родичів по материнській лінії, тому вона не дозволяє відрізнити конкретну людину від її брата чи матері. У криміналістиці цей метод використовують для встановлення спорідненості за материнською лінією та ідентифікації біологічних зразків із низьким умістом ядерної ДНК.

3. У рослин одного виду спостерігають два варіанти забарвлення листя: А — з білими смугами, Б — суцільне зелене. Якщо рослини А запилити пилком рослин Б, у нащадків листки мають білі смуги. Якщо рослини Б запилюють пилком А, отримують рослин із суцільним зеленим листям. Поясни механізм успадкування.

Забарвлення листя в даному випадку визначається ДНК пластид (хлоропластів), які містяться у цитоплазмі яйцеклітини. Спадкова інформація пластид передається виключно від материнської рослини, оскільки пилкове зерно батьківського організму не передає цитоплазму. Тому всі нащадки повністю повторюють фенотип материнського організму.

4. Що досліджує епігенетика? В чому відмінність між генетичними і епігенетичними змінами?

Епігенетика досліджує зміни експресії генів, які відбуваються без зміни послідовності нуклеотидів ДНК. Відмінність полягає в тому, що генетичні зміни (мутації) необоротно змінюють первинну структуру ДНК, а епігенетичні зміни (метилювання ДНК, ацетилювання гістонів) регулюють зчитування спадкової інформації та є потенційно оборотними.

5. Опрацюй інформацію про вплив харчування та способу життя на епігеном. Виконай в e-додатку завдання 30.6.

Харчування, вміст фолієвої кислоти, рівень стресу та екологічний стан довкілля безпосередньо змінюють епігенетичні мітки на ДНК. Здоровий спосіб життя та якісний раціон сприяють правильній регуляції генів, тоді як шкідливі звички й токсичні речовини можуть порушувати роботу клітин та збільшувати ризик онкологічних захворювань або прискореного старіння.

6. За малюнком 30.3 поясни, на яких етапах реалізації спадкової інформації може відбуватися регуляція активності генів.

Регуляція активності генів у клітині може відбуватися на таких п’яти етапах:

1. Транскрипція — утворення пре-мРНК на матриці ДНК в ядрі.
2. Сплайсинг — дозрівання мРНК шляхом видалення неінформативних ділянок.
3. Транспорт — переміщення зрілої мРНК з ядра в цитоплазму.
4. Трансляція — синтез поліпептидного ланцюга білка на рибосомах.
5. Посттрансляційна модифікація — дозрівання та згортання молекули білка до функціонального стану.

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

1. Назви три факти, які ти дізнався/дізналася після опанування параграфа.

• Мітохондріальна ДНК має кільцеву форму і успадковується нащадками лише від матері.
• Епігенетичні зміни регулюють активність генів без зміни самої послідовності нуклеотидів у ДНК.
• У період ембріонального розвитку працюють гени плодового гемоглобіну, які після народження поступово замінюються генами дорослого гемоглобіну.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…
Я став більш обізнаним щодо того, як спосіб життя та якість харчування можуть безпосередньо впливати на роботу генів через епігенетичні механізми.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?
Спочатку було складно зрозуміти різницю між мутаціями та епігенетичними змінами, але повторне читання тексту параграфа та аналіз малюнка 30.3 допомогли засвоїти матеріал.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?
Ці знання допоможуть мені свідомо формувати щоденний раціон харчування та уникати стресових чинників для збереження власного здоров’я.