Тема: ОСНОВНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ ФУНКЦІОНУВАННЯ ГЕНІВ У ПРО- Й ЕУКАРІОТІВ

Цілі уроку: розглянути основні закономірності функ­ціонування генів у про- й еукаріотів, про­вести їх порівняльний аналіз; розвивати вміння порівнювати явища і процеси; виховувати бережливе ставлення до всіх живих організмів.

Обладнання й матеріали: таблиці або слайди презентації із зо­браженням особливостей будови генів про- й еукаріотичних організмів та схеми їх роботи, фотографії або рисунки прока ріотичних та еукаріотичних організмів схеми їх життєвих циклів.

Базові поняття й терміни: прокаріотичні організми, еукаріотичні організми, ген, структура гена, оперон екзони, інтрони, регуляція роботи гена хромосоми.

ХІД УРОКУ

I. Організаційний етап

II. Актуалізація опорних знань і мотивація навчальної діяльності учнів

Питання для бесіди

1. Що таке ген?

2. Як відбувається синтез РНК на ДНК?

3. Як багатоклітинні організми регулюють свою роботу?

III. Вивчення нового матеріалу

Розповідь учителя з елементами бесіди

Ген являє собою послідовність нуклеотидів ДНК розміром від кількох сотень до мільйона пар, у яких закодована генетична ін­формація про первинну структуру білка (число й послідовність амі­нокислот). Для регулярного правильного зчитування інформації

в гені мають бути: кодон ініціації, смислові кодони й кодон термінації. Три поспіль розташовані нуклеотиди являють собою кодон, що й визначає, яка амінокислота буде розташовуватися в певній позиції в білку. Наприклад, у молекулі ДНК послідовність ТАС є кодоном для амінокислоти метіоніну, а послідовність ТТТ кодує фенілаланін.

Для прокаріотичних організмів є характерною відносно проста структура генів. Так, структурний ген бактерії, фага або вірусу, як правило, контролює лише одну ферментативну реакцію. Специ­фічною для прокаріотів є оперонна система організації декількох генів. Гени одного оперону (ділянки генетичного матеріалу, що складається з одного, двох і більше зчеплених структурних генів, які кодують білки (ферменти), котрі здійснюють послідовні етапи біосинтезу якого-небудь метаболіту). Оперони прокаріотичних ор­ганізмів розташовані в кільцевій хромосомі бактерії поряд і конт­ролюють ферменти, що здійснюють послідовні або близькі реакції синтезу (лактозний, гістидиновий та інші оперони).

Оперон починається й закінчується регуляторними ділянка­ми — промотором на початку й терминатором у кінці. Завдяки цьому всі гени, які входять до складу оперону, можуть синтезувати свої продукти разом.

Концепція оперону була запропонована 1961 р. французьки­ми вченими Франсуа Жакобом і Жаком Моно, за що вони отрима­ли Нобелівську премію 1965 р.

Структура генів у бактеоріофагов і вірусів, в основному, схожа з бактеріями, але більш ускладнена й пов’язана з геномом госпо­дарів. Наприклад, у фагів і вірусів виявлено перекривання генів, а повна залежність вірусів еукаріотів від метаболізму клітини-господаря призвела до появи екзон-інтронів у структурі генів.

А от до оперону еукаріотичних організмів входить, як правило, лише один структурний ген та його регуляторні елементи. Еукаріотичні гени, на відміну від бактеріальних, мають переривчасту мозаїчну будову. Кодуючі послідовності (екзони) перемежовують­ся з некодуючими (інтрони). Екзон (від англ. ехоп — вираз, вираз­ність) — ділянка гена, що несе інформацію про первинну структу­ру білка. У гені екзони розділені некодуючими ділянками — інтронами. Інтрон (від лат. inter— між) — ділянка гена, що не несе інформації про первинну структуру білка й розташована між ко­дуючими ділянками — екзонами. У результаті подібної структури гени еукаріотів мають довшу нуклеотидну послідовність, ніж відповідна зріла і-РНК, послідовність нуклеотидів у якій відповідає послідовності екзонів. У процесі транскрипції інформація про ген списується з ДНК на проміжну і-РНК, що складається з екзонів та інтронів. Потім специфічні ферменти — рестриктази — розрізають цю про-і-РНК по межах екзон-інтрон, після чого екзонні ділянки ферментативно з’єднуються разом, утворюючи зрілу м-РНК (цей процес називається сплайсингом). Кількість інтронів може варію­вати в різних генах від нуля до багатьох десятків, а довжина — від кількох пар основ до декількох тисяч.

Поряд зі структурними й регуляторними генами в еукаріотич­них організмів знайдені ділянки повторюваних нуклеотидних по­слідовностей, функції яких вивчені недостатньо, а також мігруючі елементи (мобільні гени), здатні переміщатися по геному. Знайде­но також так звані псевдогени в еукаріотів, що являють собою копії відомих генів, які працюють в інших частинах геному та позбавле­ні інтронів або інактивовані мутаціями.

IV. Узагальнення, систематизація й контроль знань і вмінь учнів

Дати відповіді на питання:

1. Які особливості будови мають гени прокаріотичних організ­мів?

2. Що таке оперон?

3. Які особливості будови мають гени еукаріотичних організмів?

4. Як регулюється робота генів еукаріотичних організмів?

V. Домашнє завдання