Биология 11 класс Урок №3 Тема Основные понятия генетики

Биология 11 класс
Урок №3
Тема Основные понятия генетики. Методы генетических исследований.
Генетика - наука о закономерностях
наследственности
и
изменчивости
организмов.
Это относительно молодая отрасль
биологии. Датой ее рождения считают
1900 год, когда три ботаники,
проводившие опыты по гибридизации
растений - голландец Ги де Фриз,
немец К. Корренс и австриец Э.
Чермак, независимо друг от друга
нашли
забытый
труд
чешского
исследователя Грегора Менделя «Опыты над растительными гибридами », изданный в 1865
году. Ученые были поражены тем, насколько последствия их опытов приближались к
полученным Г. Менделем. Впоследствии законы наследственности, установленные Г.
Менделем, восприняли ученые разных стран, а тщательные исследования доказали их
универсальный характер.
Название «генетика» предложил английский ученый У. Бэтсон в 1906 году. Новый этап в
развитии генетики связан с именем выдающегося американского генетика Т. Х. Моргана и
его учеников. Итогом их исследований стало создание хромосомной теории
наследственности, которая повлияла на дальнейшее развитие не только генетики, но и
биологии в целом.
Основные генетические понятия.
Как вам известно, элементарной единицей наследственности является ген. Ген - это участок
молекулы нуклеиновой кислоты, которая определяет наследственные признаки организмов.
Он кодирует первичную структуру молекул полипептида, белка, типа РНК или
взаимодействует с регуляторным белком. Гены, которые несут наследственную информацию
об определенных признаках (например, размеры организмов, цвет волос, глаз, форму
плодов), могут находиться в разных состояниях (аллелях). Аллельные гены - это гены,
находящиеся в разных состояниях, но занимают одно и то же место (локус) в хромосомах
одной пары (гомологичных хромосомах) и определяют разные состояния определенного
признака (высокий или низкий рост, рыжие или черные волосы, голубые или карие глаза,
овальная или шаровидная форма плода и т.д.).
Аллельные гены могут быть доминантными или рецессивными. Аллель, которая в
присутствии другой всегда проявляется в форме кодированного ею состояния признаки,
называется доминантной, а та, что не проявляется - рецессивной. Явление подавления
проявления одной алели другой аллелью называется доминированием (от лат. Доминантис господствующий). Например, у помидоров аллель, что отвечает за красную окраску плодов
доминирует над аллелью желтой; у человека аллель, определяющая карий цвет глаз
доминирует над аллелью голубого. Доминантные аллели обозначают большими латинскими
буквами (А, В, С, D и т.д.), а соответствующие им рецессивные - строчными (a, b, с, d и т.д.).
Определенный ген может быть представлен не только двумя, но и значительно большим
количеством аллелей (десятки). Но при этом следует помнить, что в диплоидных клетках
одновременно присутствуют только два аллельных гена, а в гаплоидных - один.
Совокупность генетической информации, закодированной в генах клетки или организма,
называется генотипом (от греч. Генос - род, происхождение и типос - отпечаток).
Вследствие взаимодействия генотипа с факторами внешней среды формируется фенотип (от
греч. Фаина - являю) - совокупность всех признаков и свойств организма.
Следовательно, предметом генетических исследований является явления наследственности и
изменчивости организмов. Наследственность - это свойство живых организмов передавать
свои признаки и особенности онтогенеза потомкам, обеспечивая преемственность поколений
организмов. Изменчивость - способность живых организмов приобретать новые признаки и
их состояния в процессе индивидуального развития. Наследственность и изменчивость
являются противоположными свойствами живых организмов. Благодаря наследственности
потомки подобные родителям, то есть сохраняется стабильность биологических видов.
Изменчивость обеспечивает появление новых признаков и их состояний, благодаря чему
происходят видообразования и историческое развитие биосферы в целом.
Методы генетических исследований.
В решении теоретических и практических генетических проблем в зависимости от уровня
организации живой материи (молекулярный, клеточный, организменный, популяционновидовой) ученые применяют соответствующие методы исследований.
Гибридологический метод, примененный Г. Менделем, заключается в скрещивании
(гибридизации) организмов, отличающихся по определенным состояниями одного или
нескольких наследственных признаков. Потомков, полученных от такого скрещивания,
называют гибридами (от греч. Гибрида - смесь). Гибридизация составляет основу
гибридологического анализа - исследование характера наследования состояний признаков с
помощью системы скрещиваний.
Скрещивание бывает моногибридным, дигибридным и полигибридным. Моногибридное
скрещивания - это сочетание родительских форм, отличающихся различными состояниями
одного только наследственного признака (например, цветом семян); дигибридное - двух
признаков (например, цветом семян и структурой его поверхности), полигибиридное - трех
и более.
Генеалогический метод состоит в изучении родословных организмов. Это позволяет
проследить характер наследования различных состояний определенных признаков в ряду
поколений. Он широко применяется в медицинской генетике, селекции и т.д.. С его
помощью устанавливают генотип особей и вычисляют вероятность проявления того или
иного состояния признака в будущих потомков.
Родословные составляют в виде схем по определенным правилам: организм женского пола
обозначают кругом, мужской - квадратом. Обозначение особей одного поколения
располагают в строку и соединяют между собой горизонтальными линиями, а родителей и
потомков - вертикальной. Исследуя этот родословную, можно проследить наследование
такого заболевания, как гемофилия (несвертывание крови).
Популяционно-статистический метод позволяет изучать частоты встречаемости аллелей в
популяциях организмов, а также генетическую структуру популяций. Кроме генетики
популяций, его применяют и в медицинской генетике для изучения распространения
определенных аллелей среди людей (главным образом тех, которые определяют те или иные
наследственные заболевания). Для этого выборочно исследуют часть населения
определенной территории и статистически обрабатывают полученные данные.
Например, с помощью этой методики было обнаружено, что аллель, которая предопределяет
дальтонизм (нарушение восприятия цветов), встречается у 13% женщин (из них болезнь
проявляется лишь в 0,5%) и у 7% мужчин (больные все).
Цитогенетический метод основан на исследовании особенностей хромосомного набора
(кариотипа) организмов. Изучение кариотипа позволяет выявлять мутации, связанные с
изменением как количества хромосом, так и структуры отдельных из них. Кариотип
исследуют в клетках на стадии метафазы, ибо в этот период клеточного цикла структура
хромосом выражена наиболее четко.
Этот метод применяют и в систематике организмов (кариосистематика). Так, многих видовдвойников (видов, которых трудно, а иногда даже невозможно распознать с другими
особенностями) различают по хромосомным набором. Такие случаи известны среди
насекомых, земноводных, грызунов и т.п. Например, в 30-е годы XX века ученые обратили
внимание на различную частоту заболеваний малярией в расположенных рядом районах.
Исследование кариотипа малярийного комара показало, что это не один вид, как считали
ранее, а комплекс видов-двойников, одни из которых переносят возбудителей малярии, а
другие - нет.
Биохимические методы используют для диагностики наследственных заболеваний,
связанных с нарушением обмена веществ. С их помощью выявляют белки, а также
промежуточные продукты обмена, несвойственные данному организму, что свидетельствует
о наличии измененных (мутантных) генов. Известно более 500 наследственных заболеваний
человека, обусловленных такими генами (например, сахарный диабет).
Близнецовый метод состоит в изучении однояйцевых близнецов (организмов, которые
происходят из одной зиготы). Однояйцевые близнецы всегда одного пола, поскольку имеют
одинаковые генотипы. Исследуя такие организмы, можно выяснить роль факторов внешней
среды в формировании фенотипа особей: разный характер их воздействия предопределяет
различия в проявления тех или иных состояний определенных признаков.
Отдельную группу составляют методы генетической инженерии, с помощью которых
ученые выделяют из организмов отдельные гены или синтезируют их искусственно,
перестраивают определенные гены, вводят их в геном другой клетки или организма. Геном совокупность генов гаплоидного набора хромосом организмов определенного вида. Кроме
того, ученые могут соединять гены разных видов в одной клетке, то есть сочетать в одной
особи наследственные признаки, присущие этим видам.
Выводы
Генетика - наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости.
Элементарной единицей наследственности является ген. Совокупность наследственной
информации, заложенной в генах клетки или организма, называется генотипом. Вследствие
взаимодействия генотипа и условий окружающей среды формируется фенотип особи, то есть
совокупность всех признаков и свойств организма.
Гены, кодирующие определенные признаки, могут находиться в разных состояниях
(аллелях). Они отвечают за формирование различных состояний признаки. Аллельные гены
бывают доминантными или рецессивными. Доминантная аллель всегда проявляется в
фенотипе в присутствии рецессивного, последняя же в присутствии доминантного не
проявляется.
Генетическая символика
Предлагаю ознакомиться и сделать эти записи в своей тетради.
♀ - женский организм
♂ - мужской организм
Х - знак скрещивания
P - родительские организмы
F1, F2 - дочерние организмы первого и второго поколения
А, В, С... - гены, которые кодируют доминантные признаки
а, b, с... - аллельные им гены, которые кодируют рецессивные признаки
АА, ВВ, СС...- генотипы особей, моногомозиготных по доминантному признаку
Аа, Вb, Сс... - генотипы моногетерозиготных особей
аа, bb, сс... - генотипы рецессивных особей
Терминологический словарь
Генетика — наука о закономерностях наследственности и изменчивости.
Наследственность - это свойство живых организмов передавать свои признаки и
особенности онтогенеза потомкам, обеспечивая преемственность поколений. Материальной
основой наследственности является половые клетки - гаметы. При неполового размножения
такими клетками являются соматические. Клетки несут только структурные задатки
возможных признаков - гены.
Изменчивость - способность живых организмов приобретать новые признаки и других
состояний в процессе индивидуального развития.
Ген - участок молекулы ДНК, которая определяет наследственные признаки организмов. Ген
- единица наследственности, является единицей измерения биологического явления.
Аллельные гены (аллели) - это гены, находящиеся в разных состояниях, но занимают одно
и то же место (локус) в хромосомах одной пары (гомологичных хромосомах) и определяют
разное состояние определенного признака (черные и голубые глаза, высокий или низкий
рост, гладкая или морщинистая оболочка плода и т.д.). Аллели обозначаются буквами
латинского алфавита (A и a, B и b, C и c ...).
Доминантный признак - аллель (ген), которая в присутствии другой всегда проявится в
форме кодированного ней состояния признаки. Сказывается большими буквами (A, B, C).
Рецессивный признак - то, что подавляется, проявляется только в гомозиготном состоянии.
Рецессивный ген обозначается малой буквой (a, b, c).
Генотип - совокупность всех наследственных признаков - генов организма, полученных от
родителей. Реализация признаков в организме проходит по схеме: ген → белок → признак.
Фенотип - совокупность внутренних и внешних признаков, которые реализуются в
организме при взаимодействии генотипа со средой.
Гомозигота - зигота (организм), имеющая одинаковые аллели одного гена в гомологичных
хромосомах (AA, aa).
Гетерозигота - зигота (организм), имеющая разные аллели одного гена в гомологичных
хромосомах (Aa), т.е. имеет альтернативные признаки.
Чистые линии - это генотипически однородные потомки одной особи, гомозиготные по
большинству генов и полученные в результате самоопыления.
X. Домашнее задание
1. В тексте были названы имена учених, исследования которых сыграли важную роль в
развитии генетики. Составьте краткий конспект об их научных открытиях в области
генетики.
2. Впервые законы наследственности были сформулированы Грегором Менделем. Почему
объект его исследований и условия проведения эксперимента можно считать удачными?
! Все термины и их определения, а также символы необходимо знать для дальнейшего
рассмотрения темы и решения задач по генетике.