BIOLOGICKÁ DEDIČNOSŤ: TEÓRIA A KONCEPTY, SPÔSOB ICH PRENOSU, PRÍKLADY - BIOLÓGIE - 2026

Biologický dedičnosť je proces, pri ktorom potomstvo bunky alebo organizmu dostáva genetickú dotáciu rodičov. Štúdium génov a ich prenosu z jednej generácie na druhú je štúdiom genetiky dedičnosti.

Dedičnosť možno definovať ako podobnosť medzi rodičmi a ich potomkami, ale tento výraz tiež zahŕňa rozdiely, ktoré sú vlastné genetickej variabilite, ktorá sa vyskytuje počas reprodukcie.

Labuť a jej mláďatá (Obrázok Hans Benn na www.pixabay.com)

Biologická dedičnosť je jedným z najvýznamnejších atribútov živých buniek, a teda aj mnohobunkových organizmov, pretože to znamená schopnosť prenášať vlastnosti a vlastnosti určené nasledujúcimi generáciami, spolupracovať s prispôsobivými mechanizmami a prirodzenou selekciou.

Mnoho autorov zastáva názor, že človek sa zoznámil so základnými pojmami biologickej dedičnosti už tisíce rokov, keď sa začali procesy domestikácie rastlín a živočíchov, a výberom charakteristík, ktoré považoval za najdôležitejšie, prešiel krížom získať potomkov, ktorí si tieto vlastnosti zachovajú

Naše súčasné chápanie fyzikálnych a molekulárnych základov dedičnosti je však relatívne nedávne, pretože tieto neboli objasnené až začiatkom 20. storočia, keď vedecká komunita prišla s chromozomálnou teóriou dedičnosti.

Napriek vyššie uvedenému bol princíp dedičnosti čŕt alebo postáv analyzovaný do istej hĺbky pred niekoľkými rokmi Gregorio Mendel, ktorý je v súčasnosti považovaný za „otca dedičstva“.

Je dôležité spomenúť, že pred aj po formulovaní tejto chromozomálnej teórie dedičnosti malo mnoho ďalších objavov transcendentálny význam pre naše moderné chápanie genetiky živých vecí. Medzi ne by mohla patriť izolácia a charakterizácia nukleových kyselín, objav a štúdia chromozómov.

Teória biologického dedičstva

Gregor Mendel

Základné základy dedičstva pôvodne navrhoval rakúsky mních Gregory Mendel (1822 - 1884) v roku 1856.

Mendel pochopil zo svojich experimentov s krížením hrachu, že podobnosti a rozdiely medzi rodičmi a ich potomkami možno vysvetliť mechanickým prenosom diskrétnych dedičných jednotiek, to znamená génov.

Mendelov hrášok a ich vlastnosti (Zdroj: Nefronus prostredníctvom Wikimedia Commons)

To položilo základy pochopeniu modernej genetiky, pretože bolo známe, že dôvodom dedičnosti vlastností je fyzický prenos génov na chromozómy reprodukciou (sexuálnou alebo asexuálnou).

Podľa výsledkov, ktoré získal, Mendel sformuloval „zákony dedenia“, ktoré sú dnes platné pre niektoré postavy:

- Zákon segregácie: tvrdí, že gény majú „alternatívne“ formy známe ako alely a že priamo ovplyvňujú fenotyp (viditeľné vlastnosti).

- Zákon o nezávislom dedičstve: znamená, že dedenie jedného znaku je nezávislé od dedičstva druhého, aj keď to neplatí pre mnohé charakteristické znaky.

Thomas Morgan v roku 1908, štúdiom genetiky ovocnej mušky, Drosophila melanogaster, ukázal, že dedičnosť fenotypov sa vyskytla, ako už predtým opísal Mendel. Ďalej to bol on, kto objasnil, že jednotky dedičnosti (gény) boli prenášané chromozómami.

A tak vďaka účasti mnohých ďalších vedcov dnes vieme, že biologická dedičnosť sa vyskytuje vďaka prenosu dedičných jednotiek obsiahnutých v chromozómoch, či už v autozomálnych, sexuálnych alebo plastidických chromozómoch (v eukaryotoch).

Expresia alebo vzhľad daného fenotypu závisí od charakteristík genotypu (dominancia a recesivita).

Základné pojmy

Aby sme pochopili, ako fungujú mechanizmy biologického dedičstva, je potrebné pochopiť niektoré základné pojmy.

Aj keď nie všetky zdedené vlastnosti sú spôsobené sekvenciou nukleotidov, ktoré tvoria DNA každého organizmu, keď hovoríme o biologickej dedičnosti, všeobecne hovoríme o prenose informácií obsiahnutých v génoch.

Gen

Gén je potom definovaný ako základná fyzická jednotka dedičnosti a je to definovaná sekvencia DNA, ktorá obsahuje všetky informácie potrebné na expresiu niektorých vlastností alebo vlastností v živej bytosti.

alely

Gény môžu mať viac ako jednu formu, produkt malých variácií v sekvencii, ktorá ich charakterizuje; alternatívne formy toho istého génu sú známe ako alely.

Alely sú obvykle definované podľa fenotypových charakteristík, ktoré udeľujú, a v populácii je bežné nájsť viac aliel pre rovnaký gén.

DNA, gény a chromozómy (Zdroj: Thomas Splettstoesser prostredníctvom Wikimedia Commons)

Cicavec napríklad dedí dve alely každého génu od svojich rodičov, jedného od svojej matky a jedného od svojho otca. Táto alela genotypu, ktorá sa vždy prejavuje vo fenotype, sa nazýva dominantná alela, zatiaľ čo ten, ktorý zostáva „tichý“ (z ktorého nie sú pozorované žiadne fenotypické vlastnosti), sa nazýva recesívna alela.

V niektorých prípadoch sa môže stať, že sú exprimované obidve alely, čo vedie k vzhľadu intermediárneho fenotypu, čo je dôvod, prečo sa tieto alelíny nazývajú spolu alel.

Homozygozita a heterozygozita

Keď jednotlivec zdedí po rodičoch dve rovnaké alely, či už sú dominantné alebo recesívne, je to geneticky povedané známe ako homozygotné pre tieto alely. Ak na druhej strane jednotlivec zdedil po svojich rodičoch dve rôzne alely, jednu dominantnú a druhú recesívnu, nazýva sa to pre tieto alely heterozygotné.

chromozómy

Gény prokaryotických a eukaryotických organizmov sa nachádzajú na štruktúrach známych ako chromozómy. V prokaryotoch, bunkách, ktoré nemajú jadro, je normálne iba jeden chromozóm; Pozostáva z DNA asociovanej s niektorými proteínmi, má kruhový tvar a je vysoko zvinutý.

Eukaryoty, bunky, ktoré majú jadro, majú v závislosti od druhu jeden alebo viac chromozómov, ktoré sú vyrobené z materiálu nazývaného chromatín. Chromatín každého chromozómu pozostáva z molekuly DNA úzko spojenej so štyrmi typmi proteínov nazývaných históny, ktoré uľahčujú jej zhutnenie v jadre.

V eukaryotoch je viac ako jeden typ chromozómu. Existujú jadrové, mitochondriálne a chloroplastidy (obmedzené na fotosyntetické organizmy). Jadrové chromozómy sú autozomálne a sexuálne (tie, ktoré špecifikujú pohlavie).

ploidii

Ploidy je celý počet chromozómových „sád“, ktoré má bunka. Ľudské bytosti, napríklad ako všetky cicavce a mnoho zvierat, majú dve sady chromozómov, jednu od otca a druhú od matky, preto sa o ich bunkách hovorí, že sú diploidné.

Haploidy a polyploidy

Jednotlivci a / alebo bunky, ktoré majú iba jednu sadu chromozómov, sú známe ako haploidy, zatiaľ čo organizmy, ktoré majú viac ako dve sady chromozómov, sú kolektívne polyploidy (triploidy, tetraploidy, hexaploidy atď.).

gaméty

V organizmoch so sexuálnou reprodukciou sa to deje fúziou dvoch špecializovaných buniek, ktoré produkujú dvaja rôzni jedinci: „muž“ a „žena“. Tieto bunky sú gaméty; samce produkujú spermie (zvieratá) alebo mikropóry (rastliny) a samice produkujú vajíčka alebo vajíčka.

Chromozomálna záťaž pohlavných buniek (gamét) je obyčajne haploidná, to znamená, že tieto bunky sú produkované delením buniek, ktoré zahŕňa zníženie počtu chromozómov.

genotyp

V živom organizme genotyp opisuje skupinu génov (s ich príslušnými alelami), ktoré kódujú niektoré špecifické vlastnosti alebo vlastnosti a ktoré sa od ostatných odlišujú určitou funkciou alebo sekvenciou. Genotyp teda predstavuje alelickú konštitúciu jednotlivca.

Aj keď sa všeobecne hovorí, že genotyp vedie k fenotypu, je potrebné mať na pamäti, že existuje mnoho environmentálnych a epigenetických faktorov, ktoré môžu podmieniť výskyt fenotypu.

fenotyp

Fenotyp doslovne znamená „zobrazenú formu“. Mnoho textov ho definuje ako súbor viditeľných charakteristík organizmu, ktorý je výsledkom expresie jeho génov (genotypu) a interakcie s prostredím, ktoré ho obklopuje.

Väčšina fenotypov je výsledkom spoločného pôsobenia viac ako jedného génu a ten istý gén sa môže podieľať na vytvorení viac ako jedného špecifického fenotypu.

Ako sa prenáša genetická dedičnosť?

K prenosu génov z rodičov na ich potomkov dochádza v bunkovom cykle prostredníctvom mitózy a meiózy.

V prokaryotoch, kde k rozmnožovaniu dochádza hlavne bipartíciou alebo binárnym štiepením, sa gény prenášajú z jednej bunky na svojich potomkov prostredníctvom presnej kópie svojho chromozómu, ktorý sa pred rozdelením vylučuje do dcérskej bunky.

Mnohobunkové eukaryoty, ktoré sa všeobecne vyznačujú tým, že majú dva typy buniek (somatické a sexuálne), majú dva mechanizmy prenosu alebo dedičnosti génov.

Somatické bunky, ako aj jednoduchšie jednobunkové organizmy, keď sa delia, robia to mitózou, čo znamená, že duplikujú svoj chromozomálny obsah a vylučujú kópie smerom k svojim dcérskym bunkám. Tieto kópie sú vo všeobecnosti presné, takže vlastnosti nových buniek sú rovnocenné s vlastnosťami „progenitorov“.

Sexuálne bunky hrajú zásadnú úlohu pri sexuálnej reprodukcii mnohobunkových organizmov. Tieto bunky, tiež známe ako gaméty, sú produkované meiózou, ktorá zahŕňa delenie buniek so súčasným znížením chromozomálnej záťaže (sú to haploidné bunky).

Sexuálnou reprodukciou dvaja jednotlivci odovzdávajú svoje gény z jednej generácie na ďalšiu fúziou svojich haploidných gametických buniek a formovaním nového diploidného jedinca, ktorý zdieľa charakteristiky oboch rodičov.

Príklady dedičstva

Klasické príklady biologickej dedičnosti používané pri výučbe textov na vysvetlenie tohto procesu sú založené na rôznych „modelových“ organizmoch.

Napríklad ovocná muška (D. melanogaster), jeden zo študijných modelov pre zvieratá, ktoré používa Thomas Morgan, má často červené oči. Počas svojich experimentov však Morgan našiel muža s bielymi očami a prekrížil ho s ryšavými očami.

Ovocná muška. Drosophila melanogaster. Prevzaté a upravené: Sanjay Acharya

Vzhľadom na to, že fenotyp „červených očí“ je u tohto druhu dominantný, bol výsledok prvej generácie tohto kríža tvorený jedincami s červenými očami. Následné kríženia medzi jedincami prvej generácie (Fl) viedli k generácii F2, v ktorej sa objavili oba fenotypy.

Pretože biele oči sa objavili v F2 iba u asi 50% mužov, Morgan predpokladal, že to bola „dedičnosť spojená s pohlavnými chromozómami“.

Referencie

1. Gardner, JE, Simmons, JE a Snustad, DP (1991). Riaditeľ genetiky. Vydanie 8 ''. John Wiley a synovia.
2. Henderson, M. (2009). 50 genetických nápadov, ktoré skutočne potrebujete vedieť. Knihy Quercus.
3. Solomon, EP, Berg, LR a Martin, DW (2011). Biológia (9. vydanie). Brooks / Cole, Cengage Learning: USA.
4. Suzuki, DT, a Griffiths, AJ (1976). Úvod do genetickej analýzy. WH Freeman and Company.
5. Watson, JD (2004). Molekulárna biológia génu. Pearson Education India