Цитоплазматические гены и ДНК

В цитоплазме эукариот содержится небольшое количество ДНК (менее 1% всей ДНК клетки). Она получила название цитоплазматической и отличается от ядерной ДНК по нуклеотидному составу и молекулярной массе. Заключенная в ней генетическая информация обусловливает цитоплазматическую наследственность. Цитоплазматические гены находятся в митохондриях и хлоропластах.

Наиболее полно изучена митохондриальная ДНК (мтДНК). В клетках животных она представлена двухцепочечными, обычно кольцевыми молекулами, длиной по окружности от 5 до 30 мкм. Молекулярная масса мтДНК у дрожжей, грибов, простейших (3-4)*10⁷, у высших животных до 10⁷. В одной митохондрии может содержаться от 2 до 10 молекул ДНК, обычно они находятся в матриксе.

Все гены в мтДНК млекопитающих расположены исключительно компактно, почти без промежуточных нуклеотидных последовательностей, в то же время в дрожжевой мтДНК между генами находятся повторяющиеся некодирующие участки. МтДНК кодирует две рРНК митохондриальных рибосом, полный набор тРНК, необходимых для синтеза белка, и ограниченное число полипептидов, синтезируемых на полисомах в митохондриях. Полипептиды представляют собой субъединицы ферментативных комплексов внутренней мембраны митохондрий. Например, митохондриальную природу имеют в зависимости от объекта одна, две, а у дрожжей – три субъединицы АТФ-синтетазного комплекса, три субъединицы цитохромоксидазы и апофермент цитохрома b. Остальные субъединицы этих комплексов кодируются ядерными генами и синтезируются в цитоплазме.

ДНК хлоропластов имеет молекулярную массу около 10⁸, т.е. она приблизительно в 10 раз больше, чем мтДНК животных. ДНК хлоропластов детерминирует синтез рРНК хлоропластов, рибосомных белков большой субчастицы рибосом хлоропластов, фермента рибулозо-1,5-бисфосфат-карбоксилазы и других белков.

Проанализируем генетические задачи, иллюстрирующие роль ядерных и цитоплазматических генов в наследственности организмов и выделить критерии позволяющие отличить внеядерную наследственность от хромосомной. Учащиеся могут выделить следующие критерии цитоплазматической наследственности:

Отсутствие типичного количественного менделеевского расщепления признаков в потомстве;

Невозможность картирования и выявления групп сцепления для цитоплазматических генов;

Различия в результатах реципрокных скрещиваний.

Понятие об изменчивости. Наследственная (мутационная и рекомбинантная) и ненаследственная (фенотипическая) изменчивость. Принципиальные различия модификаций и мутаций. Норма реакции. Примеры.

Изменчивость - это свойство, противоположное наследственности. Оно проявляется в несходстве потомков с предыдущими поколениями, в несходстве особей одного и того же поколения и даже среди родственных организмов.

Изменчивость подразделяется на наследственную, когда появление новых свойств передается потомству, и ненаследственную, возникающую в одном поколении, но не сохраняющуюся в последующих. Причины той и другой изменчивости разные. Наследственная изменчивость вызывается воздействиями сильнодействующих внешних факторов (химические, облучение и др.) на ядерные структуры клеток (телесных и половых), которые являются носителями наследственности. К таким структурам относятся нуклеиновые кислоты (дезоксирибонуклеиновая кислота - ДНК) и хромосомы ядра, в состав которых входит ДНК. Участок молекулы ДНК, определяющий тот или иной признак, называется геном.

Наследственная изменчивость обусловлена возникновением разных типов мутаций и их комбинаций в последующих скрещиваниях.

В каждой достаточно длительно существующей совокупности особей спонтанно и ненаправленно возникают различные мутации, которые в дальнейшем комбинируются более или менее случайно с разными уже имеющимися в совокупности наследственными свойствами.

Изменчивость, обусловленную возникновением мутаций, называют мутационной, а обусловленную дальнейшим перекомбинированием генов в результате скрещивания — комбинационной.