Розділ I. Молекулярні основи спадковості

ВСТУП

Найважливіша задача школи – надавати підростаючому поколінню глибокі та міцні біологічні знання, допомогти набути навичок і вмінь їх використання на практиці при рішенні завдань багатьох сучасних галузей виробництва, медицини,.екології. Одним із шляхів реалізації цієї мети є розв’язування генетичних задач. Роздуми при розв’язанні задач розвивають логіку мислення та кмітливість, дають можливість якісно проводити контроль і самоконтроль знань.

Основна частина задач цього посібника ґрунтується на теоретичному матеріалі, викладеному в підручниках, і відповідає розділам шкільної програми з біології. Головними завданнями посібника є: запропонувати задачі з різних тем шкільного розділу “Спадковість і мінливість організмів”; показати алгоритми розв’язання типових задач; навести правильні відповіді рішення задач у кінці збірника з метою закріплення навчального матеріалу, контролю і самоконтролю знань.

У більшості задач, представлених у збірнику, наведені результати схрещувань у ряду поколінь, на основі яких пропонується визначити генетичну основу проявлення ознаки або ознак і характер їх успадкування. Такі задачі розв’язуються на основі логіки генетичного аналізу та знання основних закономірностей успадкування. Кількість генів, за якими відбувається розщепленння, тип їх взаємодії, характер успадкування слід встановлювати на основі аналіза розщеплення. Кількість та співвідношення фенотипових класів при розщепленні визначаються кількістю та співвідношенням типів гамет, утворених батьками, їх життєздатністю та ймовірністю їх зустрічей (сполучень). Крім того, характер розщеплення залежить від типу взаємодії генів та їх локалізації у хромосомах, а також від життєздатності різних генотипів нащадків.

Після встановлення характеру успадкування кожної ознаки аналізується розщеплення за парами ознак і, нарешті, загальне розщеплення за всіма ознаками, що вивчаються. Суттєву роль у розв’язанні задач відіграє знання елементарних (стандартних) формул розщеплення та причин, що викликають відхилення в розщепленні, вміння правильно виписувати гамети, утворені особинами різних генотипів, знання формул, за якими знаходять кількість типів гамет, фено- та генотипів у розщепленні, кількість можливих сполучень, а також метода статистичної обробки даних розщеплення - метода χ².

Розв’язання задачі має включати:

1. Короткий запис умови задачі за допомогою генетичної символіки (Р, F₁, F₂, F_a, F_b, знак схрещування- ×, стать- ♀, ♂ тощо). Назви ознак можна записувати скорочено.

2. Аргументоване пропонування нульової гіпотези (Н₀) на основі відомих стандартних розщеплень. Нульова гіпотеза передбачає відповідність теоретично розрахованих і дослідних даних.

3. Визначення розщеплення у досліді на основі нульової гіпотези. Для цього величину кожного класа в досліді ділять на величину одного теоретично очікуваного (за Н₀) сполучення гамет. Наприклад, розщеплення у досліді складає: 114: 30: 9 (Σ 153). Нульова гіпотеза (Н₀) припускає розщеплення за двома генами. Теоретично очікувана величина одного класа у розщепленні дорівнює 153: 16 = 9,6 (де 16 - кількість можливих генотипів в потомстві від схрещування двох дигетерозигот). Розщеплення в досліді приблизно відповідає розщепленню: 114: 9,6 = 11,9 (~ 12); 30: 9,6 = 3,1 (~ 3); 9: 9,6 = 0,9 (~ 1). Отже, одержане співвідношення 12:3:1 доводить, що фенотипове проявлення ознак контролюється двома генами у гетерозиготному стані.

4. Перевірку відповідності результатів досліду теоретично очікуваному значенню при цій нульовій гіпотезі за методом χ².

5. Аргументоване встановлення позначень генів та визначення генотипів.

6. Відповідь на усі поставлені в задачі питання.

В інших задачах наведені дані про успадкування ознак, що вивчаються (про кількість генів, тип їх взаємодії, характер успадкування). У цих задачах необхідно визначити генотипи особин, що досліджуються. При їх рішенні коротко записують те, що відомо в умові задачі, аргументовано (з посиланням на відомості про успадкування) визначають генотипи та записують їх у генетичній символіці. Задачі, помічені символом *, відрізняються більшою складністю і можуть використовуватися під час проведення вікторин та олімпіад з біології.

Задачі тематично згруповані у підрозділи за темами. Широкий спектр біологічних об‘єктов та ознак, на прикладі яких складені задачі, дозволяє оцінити інтегральну роль генетики в системі біологічних наук. Поряд із традиційними типами в збірник включені задачі з визначення структури та функції гена, успадкування ознак у поліплоїдів, аналізу генетичних процесів у популяціях. Тому посібник може використовуватися також студентами та викладачами біологічних, медичних, педагогічних та сільськогосподарських спеціальностей університетів, академій та інститутів.

Сподіваємося, що цей посібник буде корисним вчителям біології середніх загальноосвітніх шкіл при проведенні шкільних занять, факультативів, занять біологічного гуртка, а також школярам старших класів загальноосвітніх шкіл, ліцеїв, гімназій для самостійної роботи при підготовці до вступу до вищих навчальних закладів біологічного, медичного, аграрного профілів.

Для розв’язання задач з молекулярної генетики пропонуємо користуватися наступними правилами:

Правило Чаргаффа – фундаментальне положення молекулярної генетики, за яким в будь-яких молекулах ДНК сума пуринових основ дорівнює сумі пиримідинових основ:

А + Г = Т + Ц

Дійсно, внаслідок комплементарності азотистих основ в молекулі ДНК молярна кількість аденіна дорівнює молярній кількості тиміна: А=Т або А/Т=1

Так само Ц=Г, або Ц/Г=1.

Отже, нуклеотидний склад ДНК різних видів організмів може варіювати тільки по відношенню до сум комплементарних основ.

Центральна догма молекулярної біології – встановлене в результаті фундаментальних досліджень основне положення теорії спадковості; згідно з яким потік генетичної інформації (з урахуванням зворотньої транскрипції) відбувається в напрямку:

При виконанні розрахунків слід пам`ятати такі константи:

Мr (середня) нуклеотиду = 300 або 345 (за різними даними),

Мr (середня) амінокислоти = 100

Відстань (D L) між двома сусідніми нуклеотидами = 0,34 нм; 1 нанометр (нм)= 10 ^–9 м,

Відстань (D R) між амінокислотами (АК) = 0,35 нм

Довжина (L) гена =D Lнукл.·(N нукл. – 1), де N – загальна кількість нуклеотидів

Час однієї операції трансляції = 1/5 або 1/6 сек

Швидкість елонгації (ріст ланцюгу і-РНК) - 50 нуклеотидів за секунду.

Екзони – кодуючі ділянки гена, інтрони – некодуючі ділянки.

Транскрипція (переписування інформації з гена на і-РНК) завжди йде тільки на одному (матричному) ланцюзі ДНК у напрямку від 5’ до 3’ через пентози розміщених поруч нуклеотидів.

Редуплікація (реплікація) ДНК завжди йде в напрямку від 3’ до 5’ положення цукру в дезоксирибозі.

Основними типами задач з даної теми є завдання, спрямовані на засвоення:

1) особливостей генетичного коду та закономірностей його реалізації під час трансляції;

2) екзонно-інтронної організації геному еукаріотів.

Головні етапи реалізації генетичної інформації на шляху від гена до ознаки представлені на рис.1.
Клітинні взаємодії Цитоплазма Гормони

Дата добавления: 2014-11-29