скачать книгу бесплатно
Биология. Генетика. Полный теоретический и практический курс
Егор Николаевич Советников
Задачи по генетике приносят до 4 первичных баллов на ЕГЭ. Генетика – простой и интересный раздел биологии, занимающий в ЕГЭ и ОГЭ особое место. Для изучения генетики не требуется специальных знаний. Книга репетитора с многолетним стажем позволит вам освоить генетику с нуля. В данной книге используется подход step-by-step: пошаговое и поэтапное погружение в тему, начиная с самых простых заданий, заканчивая заданиями олимпиадного уровня.
Книга поможет самостоятельно изучить генетику и научиться решать задания №4 и №28.
Егор Советников
Биология. Генетика. Полный теоретический и практический курс
Введение
Задачи по генетике являются неотъемлемой частью любого варианта ЕГЭ по биологии и регулярно изучаются в школе на уроках. В структуре ЕГЭ по биологии задачам по генетике отведено два номера: задание №4 и задание №28, что суммарно дает 4 первичных балла. Это довольно много, учитывая шаблонность и алгоритмичность данных заданий.
В учебном пособии мы изучим теоретические основы генетики, необходимые для решения задания №28, а затем закрепим их с помощью решения большого числа задач. Что касается задания №4 то его выполнение не вызывает трудностей у учеников, успешно решающих задание №28, поэтому отдельная подготовка к заданию №4 не требуется.
Пособие состоит из трех разделов. Раздел 1 посвящен теоретическим основам генетики. Начинайте с него, если никогда не изучали генетику или имеете слабый уровень по генетике. Если вы умеете решать типичную задачу на дигибриное скрещивание, то можете сразу приступать к Разделу 2. Если вы отлично справляетесь с типичными задачами ЕГЭшного формата, то сразу переходите к Разделу 3, где вас ждут самые нестандартные задачи по генетике.
Учебное пособие все еще находится в стадии разработки, поэтому в нем отсутствуют некоторые разделы и пояснения, могут быть допущены ошибки фактического плана. Любые ваши замечания и пожелания я с удовольствием и благодарностью приму в письменном виде по почте egorsovetnikov@mail.ru или в социальной сети «Вконтакте» vk.com/egorsovetnikov
Я искренне желаю, чтобы каждый из читающих заинтересовался генетикой и отлично сдал предстоящие экзамены.
Успехов и удачи!
Раздел 1. Теория
Основные понятия с объяснениями
Признак – любая особенность организма, начиная от строения клетки и протекающих в ней биохимических реакций, заканчивая анатомией всего организма, вплоть до черт характера или заболеваний. В основе признаков лежат белки. За какие-то признаки отвечает один белок, за какие-то много.
Фенотип – совокупность признаков организма (не всех, а именно тех, которые рассматриваются в задаче).
Ген – единица наследственного материала. С точки зрения материи – это часть хромосомы, очень длинная последовательность нуклеотидов ДНК, с которой в дальнейшем может считаться РНК и произойти синтез белка. То есть, это «чертеж» будущего белка, который может отвечать за какой-нибудь конкретный признак. Обозначается какой-нибудь буквой, желательно попроще («A» или «а», но никак не «J» или «w», хотя этого никто не запрещает).
Генотип – совокупность генов организма (не всех, а именно тех, которые рассматриваются в задаче).
Таким образом, схему синтеза белка из цитологии:
ДНК ? РНК ? Белок
Можно преобразовать в схему проявления признака в генетике:
Ген ? Белок ? Признак
Но сам белок нас редко будет интересовать, поэтому упростим еще сильнее:
Ген ? Признак
Но в генетике есть усложнение, которого нет в цитологии – не с любой последовательности ДНК будет считываться РНК и синтезироваться белок. Поэтому схема сложнее:
«Крутые» гены ? Признак
«Некрутые гены» ? Нет признака
В чем разница между «крутыми» и «некрутыми» генами? В том, что «крутые» гены подавляют работу «некрутых».
Все гены работают парами (иногда из этого есть исключения). Один ген достается от мамы, другой от папы (иногда и из этого есть исключения, но это не про однополые браки). Получается, каждый ген в паре получен от одного из родителей. Вот один этот ген называется аллелью, а пара генов – аллельными генами.
Аллель – форма одного и того же гена, представленная в одной хромосоме. Обозначается одной буквой (например, «А» или «а»).
Аллельные гены – парные гены, различные формы одного гена (большая буква или маленькая буква).
На материальном уровне это объясняется следующим. У тебя 46 хромосом (если больше или меньше, то у меня для тебя плохие новости). Хромосомы сидят в ядре парами. Хромосомы в паре очень похожи друг на друга по размеру и форме (прямо как ты и пирожок с картошкой в школьной столовке). Такие хромосомы называются гомологичными. В каждой гомологичной хромосоме есть локусы – одинаковые места. Вот последовательности ДНК в этих локусах в каждой из гомологичных хромосом и есть понятие аллели. А обе последовательности ДНК называются аллельными (парными) генами.
Обратите внимание, что привычное изображение хромосом в виде Х-образных структур – это их визуализация в интерфазе митоза или мейоза, где они удвоены. На самом деле хромосома состоит из одной молекулы ДНК, покрытой белками и выглядит как лопасть пропеллера.
Вернемся к «крутым» и «некрутым» генам. Теперь мы знаем, что все гены работают парами. В одной паре может быть либо два «крутых» гена, либо два «некрутых» гена, либо один «крутой» и один «некрутой» ген.
Два «крутых» гена круто работают друг с другом. Два «некрутых» гена, как ни странно, тоже. А вот если встречаются «крутой» и «некрутой» гены, то «крутой» подавляет «некрутого» и забирает у него всю работу.
Доминантный ген – это «крутой» ген, который проявляет себя всегда. Обозначается большой буквой. Например, А, В, С.
Доминантный признак – это работа хотя бы одного «крутого» гена. Проявляется всегда.
Рецессивный ген – это «некрутой» ген, который проявляет себя только когда встречается с другим «некрутым» геном в паре. Обозначается маленькой буквой. Например, а, b, с.
Рецессивный признак – это работа всегда только двух «некрутых» генов. Этот признак подавляется.
Гомозигота – особь с одинаковыми ко «крутости» генами: либо оба в паре «крутые» (доминантные, то есть, обозначаются АА или ВВ), либо оба в паре «некрутые» (рецессивные, то есть, обозначаются аа или bb). Гомозиготу по-другому называют чистой линией.
Гетерозигота – особь с разными по «крутости» генами: один «крутой», а другой «некрутой» (то есть, один доминантный, а второй рецессивный, обозначается как Аа или Bb).
Гамета – половая клетка (яйцеклетка или сперматозоид), в которую попадает только одна аллель (буква) из генотипа.
Моногибридное скрещивание – скрещивание по одному признаку. Это означает, что остальные признаки при скрещивании не учитываются, независимо от того, разные особи по ним или одинаковые.
Дигибридное скрещивание – скрещивание по двум признакам.
Анализирующее скрещивание – скрещивание с рецессивной по всем признакам гомозиготой. Применяется для обнаружения в генотипе анализируемой особи «некрутых», рецессивных генов. То есть, скрещивают организм с доминантными признаками и организм с рецессивными признаками. Если среди потомства оказались особи с рецессивным признаком – то рецессивные аллели были в анализируемой гетерозиготе с доминантными признаками.
Основные понятия (без объяснений)
Ген – единица наследственного материала, участок ДНК, несущий информацию о первичной структуре белка.
Генотип – совокупность генов организма.
Признак – любая особенность организма.
Фенотип – совокупность признаков организма.
Аллель – одна из форм гена. Обозначается одной буквой (большой или маленькой).
Аллельные гены – парные гены, различные формы одного гена.
Доминантный признак – признак, проявляющийся всегда.
Доминантный ген – ген, отвечающий за доминантный признак. Обозначается большой буквой: А или В.
Рецессивный признак – признак, который подавляется доминантным признаком. Проявляется только при наличии обоих рецессивных генов в генотипе.
Рецессивный ген – ген, отвечающий за рецессивный признак. Обозначается маленькой буквой: а или b.
Гомозигота – особь с одним типом аллелей (либо доминантные, либо рецессивные) по одному или нескольким генам. Обозначается одинаковыми буквами: АА или аа. Другое название – чистая линия.
Гетерозигота – особь с различными типами аллелей (доминантная + рецессивная). Обозначается разными буквами: Аа.
Гамета – половая клетка, несущая одну аллель гена.
Моногибридное скрещивание – скрещивание по одному признаку.
Дигибридное скрещивание – скрещивание по двум признакам.
Анализирующее скрещивание – скрещивание с рецессивной гомозиготой для поиска рецессивных аллелей в анализируемой особи.
Обозначения в генетике
P – parenta (parents) – родители
F – fillii (family) – потомки, семья, гибриды
F
– гибриды первого поколения
F
– гибриды второго поколения
G – gametes – гаметы
? – женский пол
? – мужской пол
? – скрещивание
Иногда в генетике применяются особые обозначения хромосом, аллелей или иных ситуаций:
i
, I
, I
– аллели для обозначения генов агглютиногенов при решении задач на группы крови по системе АВ0.
R, r – аллели для обозначения генов положительного и отрицательного резус-фактора соответственно при решении задач на резус-фактор.
X, Y – обозначения половых хромосом для особей с гетерогаметным мужским полом.
Z, W – обозначения половых хромосом для особей с гетерогаметным женским полом.
?а – обозначение в виде черточки над доминантной аллелью означает неполное доминирование.
AB // ab – так могут обозначаться гены в одной хромосоме при решении задач на сцепление генов и нарушение сцепления генов (AB в одной хромосоме, ab в другой гомологичной хромосоме).
Основные законы генетики
К основным законам генетики относят гипотезу чистоты гамет, первый, второй и третий законы Менделя, закон сцепленного наследования признаков.
Гипотеза чистоты гамет
«В каждую гамету с равной вероятностью попадает лишь одна аллель каждого гена, независимо от остальных генов».
Схема гипотезы для моногибридного скрещивания:
Схема гипотезы для дигибридного скрещивания:
Суть гипотезы:
Все хромосомы в нашем организме расположены парами. В каждой хромосоме есть одна из двух аллелей гена. Получается, каждый ген зашифрован двумя аллелями в двух парных хромосомах. При образовании гамет (мейоз) одна хромосома уйдет в одну гамету, другая хромосома – в другую гамету. В итоге в каждую гамету может попасть лишь один аллель гена.
Поскольку у многих школьников на начальном этапе возникают трудности с написанием гамет для конкретных генотипов, то я привожу таблицу для задач, базирующихся на дигибридном скрещивании (собственно задачи на дигибридное скрещивание, на летальность, на неполное доминирование, на нарушение сцепления генов). Данная таблица подойдет и для задач на сцепление генов, но с некоторыми условиями, которые мы разберем конкретно в той модели задач. Подобные таблицы мы нарисуем и для наследования признаков в половых хромосомах, и для кодоминирования (задач на группы крови).
Первый закон Менделя = закон единообразия гибридов первого поколения = закон доминирования
«При моногибридном скрещивании двух гомозиготных особей гибриды первого поколения фенотипически единообразны».
Схема закона:
Суть закона:
При скрещивании двух особей, одна из которых является гомозиготой по доминантному признаку, а другая гомозиготой по рецессивному признаку, мы получаем одинаковое потомство с доминантным признаком (либо при наличии неполного доминирования – с усредненным признаком между доминантным и рецессивным).
Второй закон Менделя = закон расщепления
«При моногибридном скрещивании во втором поколении гибридов наблюдается расщепление признаков по фенотипу 3:1».
Схема закона:
