Усе про гени: класифікація, характеристики, спадковість

Чи цікавилися ви, як в нашому організмі зберігається інформація про зріст, колір очей, шкіри та волосся, розвиток, схильність до певних хвороб і навіть частково про риси характеру? Саме гени відповідають за цей процес, керують життям клітин і передають спадкові ознаки від батьків до дітей. Розуміння того, як працюють гени, буде корисним не лише для навчання та роботи у відповідній сфері, а й навіть для нашого повсякденного життя. Тож нумо розбиратися!

Що таке ген?

Ген — це ділянка молекули ДНК, яка містить інформацію для синтезу певного білка або регуляції процесів у клітині. Іншими словами, це «інструкція» або ж «рецепт», за яким клітина створює необхідні молекули.

У людини налічується приблизно 20-25 тисяч генів, і кожен з них відповідає за свою функцію. Одні регулюють колір волосся, інші впливають на роботу серця чи нервової системи. Разом вони формують унікальний набір ознак, що відрізняє одну людину від іншої.

Яка інформація міститься в генах?

У генах закодована спадкова інформація, яка передається від покоління до покоління. Основна роль цієї інформації — «інструкція» для побудови білків.

Білки — це «робочі молекули» організму, які виконують безліч функцій: будують тканини, транспортують кисень, запускають хімічні реакції, захищають від інфекцій тощо.

Крім того, гени можуть визначати, коли саме потрібно вмикати чи вимикати виробництво певних білків. Така «програма» забезпечує розвиток організму від однієї клітини до цілої складної системи, якою є людина.

З чого побудована молекула ДНК?

ДНК (дезоксирибонуклеїнова кислота) — це носій генетичної інформації. Вона побудована з двох довгих ланцюгів, які закручуються у відому всім подвійну спіраль. Кожен ланцюг цієї спіралі складається з повторюваних елементів — нуклеотидів.

Нуклеотиди мають три частини:

• цукор (дезоксирибозу),

• фосфатну групу,

• одну з чотирьох азотистих основ (аденін (А), тимін (Т), гуанін (G) або цитозин (C)).

Пари основ завжди з’єднуються у певний спосіб: А з Т, а G з C. Саме ця закономірність створює «код», у якому записані всі генетичні інструкції. Унікальна послідовність нуклеотидів визначає індивідуальні риси кожного організму: від найменших бактерій до людини.

Класифікація генів

Кожен з генів виконує власну специфічну функцію. Тому, щоб краще зрозуміти їхнє призначення, у науці існує кілька підходів до класифікації. Одними з ключових є поділ за функціональним значенням і поділ відповідно до місця розташування. Розгляньмо їх.

Гени: за функціональним значенням

За своєю роллю у клітині гени поділяються на дві великі групи — структурні та регуляторні. Разом вони утворюють складну систему, яка не лише «створює» білки, а й керує процесами їх виробництва.

Структурні гени

Структурні гени містять інформацію про синтез білків або РНК, які безпосередньо беруть участь у життєдіяльності організму. Вони є «рецептами» для побудови молекул, що формують тканини, органи та забезпечують їхню роботу.

Наприклад, один структурний ген може кодувати білок гемоглобін, що транспортує кисень у крові, а інший — фермент, який прискорює певну хімічну реакцію.

Регуляторні гени

Регуляторні гени не кодують білки напряму, а контролюють роботу інших генів. Вони виконують роль «вимикачів» і «перемикачів», визначаючи, у який момент і з якою інтенсивністю мають працювати структурні гени.

Це особливо важливо під час розвитку організму: саме завдяки регуляторним генам клітини знають, коли їм перетворитися на м’язові, нервові чи епітеліальні. Вони також відповідають за адаптацію клітин до змін у довкіллі та підтримку балансу всіх процесів.

Гени: відповідно до місця розташування

Гени можна класифікувати і за тим, де саме вони знаходяться. У клітині вся спадкова інформація зосереджена в ядрі, але частина генів може бути й поза ним:

• Ядерні гени розташовані в хромосомах у ядрі клітини. Вони становлять основну частину геному й контролюють більшість процесів у організмі.

• Мітохондріальні гени містяться у мітохондріях — «енергетичних станціях» клітини. Вони кодують білки та РНК, необхідні для виробництва енергії. Цікаво, що мітохондріальна ДНК передається майже виключно від матері, тому вона допомагає вивчати материнську лінію походження людини.

• У рослин додатково існують пластидні гени, які розташовані в хлоропластах і відповідають за фотосинтез та інші процеси.

Таким чином, розташування генів у клітині визначає їхню спеціалізацію й роль у загальній роботі організму.

Алельні гени

Алельні гени — це варіанти одного й того самого гена, які займають однакове місце (локус) на парних хромосомах. Вони визначають різні варіанти однієї ознаки.

Наприклад, ген кольору очей може мати алель «карі очі» та алель «блакитні очі». Те, яка ознака проявиться, залежить від поєднання алелів, адже один може бути домінантним (переважаючим), а інший — рецесивним (пригніченим).

Неалельні гени

Неалельні гени займають різні ділянки хромосом і контролюють різні ознаки. Вони не є варіантами одного й того самого гена, проте можуть взаємодіяти між собою.

Наприклад, один ген може відповідати за форму волосся, а інший — за його колір. Вони розташовані в різних локусах і незалежно впливають на зовнішність, але їхня взаємодія іноді створює нові комбінації ознак.

Отже:

• Алельні гени — карі очі, зелені очі, блакитні очі.

• Неалельні гени — пряме волосся, світле волосся, тонке волосся.

Характеристики генів

Кожен ген має свої особливості, які визначають його роботу:

1. Специфічність — кожен ген відповідає за конкретний продукт (білок або РНК).

2. Активність — гени можуть бути «увімкненими» або «вимкненими» залежно від потреб клітини.

3. Домінантність і рецесивність — прояв ознаки залежить від того, чи переважає один алель над іншим.

4. Плейотропність — один ген може впливати одразу на кілька різних ознак.

5. Змінність — у процесі мутацій гени можуть змінюватися, створюючи нові варіанти ознак.

Саме завдяки цим характеристикам гени формують унікальність кожного живого організму.

Чиї гени успадковують діти?

Дитина отримує половину генів від матері й половину — від батька. У результаті формується унікальний набір спадкової інформації, який ніколи повністю не повторюється. Саме тому діти можуть бути схожими на батьків, бабусь чи дідусів, але водночас залишатися неповторними.

Як передаються гени від бабусі та матері?

Коли дитині передаються материнські гени, у спадок також може дістатися й частина генетичного матеріалу від бабусі. Адже половину своїх генів жінка отримала від власних батьків.

Крім того, від матері завжди успадковується мітохондріальна ДНК, яка передається по материнській лінії. Це означає, що енергетичні особливості клітин походять саме від матері й її жіночих пращурів.

Як передаються гени від дідуся та батька?

Від батька дитина отримує не тільки половину ядерної ДНК, а й стать. Саме батьківська статева хромосома (Х або Y) визначає, чи народиться хлопчик, чи дівчинка. Генетичний матеріал від дідуся передається через батька так само, як від бабусі через матір, — у вигляді частини спільного набору генів.

Однак у нащадків чоловічої статі особливо важливим є Y-хромосома, яка завжди передається від батька до сина без змін. Саме тому вона може служити «генетичним маркером» чоловічої лінії.

Отже, гени — це універсальні носії спадкової інформації, що визначають наші ознаки та унікальність. Вони передаються від покоління до покоління, зберігаючи риси пращурів, але щоразу створюючи нову комбінацію.

Якщо ви бажаєте розібратися в генетиці ще глибше — вам може допомогти репетитор з біології. А цілеспрямована підготовка до НМТ з біології зробить ваше навчання структурованим, продуктивним та цікавим.