Изучение хромосом позволило установить следующие факты.

Раздел 4 Биология.

Тема 4.2. Генетика.

Наследственная информация и ее реализация.

Мутации.

Генная инженерия.

 

Наследственная информация и ее реализация.

Белки − основа видовой специфичности. Одна из самых замечательных особенностей жизни состоит в том, что все живые существа характеризуются общностью строения клеток и происходящих в них процессов. Однако они имеют и очень много различий. Даже особи одного вида различаются по некоторым свойствам и признакам: морфологическим, физиологическим, биохимическим. В конечном счете, сходство и различие организмов определяется набором белков. Каждый вид растений и животных имеет особый, только ему присущий набор белков, т.е. белки являются основой специфичности. Некоторые белки, выполняющие одинаковые функции, могут иметь одинаковое строение у разных видов. Например, инсулин − гормон поджелудочной железы, регулирующий количество сахара в крови, одинаков у собаки и человека. Однако многие, выполняя одну и ту же функцию, несколько отличаются по строению у разных представителей одного и того же вида. Примером могут служить белки групп крови у человека. Такое разнообразие белков обусловливает индивидуальную специфичность организмов.

На Земле нет двух людей, у которых все белки были бы одинаковыми. Молекулы ДНК являются матрицами для создания всех белков.

В ДНК заключена вся информация о структуре и деятельности клеток, о всех признаках каждой клетке и организма в целом. Эта информация называется генетической.

Генетическая информация хранится в виде определенной последовательности нуклеотидов ДНК, а реализуется в виде аминокислотной последовательности белков, причем посредниками, переносчиками информации выступают РНК.

Таким образом, реализация генетической информации происходит следующим образом: ДНК → РНК → белок.

Как видим, передача информации имеет одностороннюю направленность

Элементарной единицей наследственности, представляющей отрезок молекулы ДНК, является ген.

Ген − участок молекулы ДНК, содержащий информацию о первичной структуре одной полипептидной цепочки или молекулы рРНК и мРНК. Таким образом, ген определяет строение одного из белков живой клетки и тем самым участвует в формировании признака или свойства организма. Всего на длинной молекуле ДНК находится несколько тысяч генов.

Генетический код − это свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК.

Реализация генетической информации в живых клетках ( т. е. синтез белка, закодированного в ДНК) осуществляется при помощи двух матричных процессов: транскрипции (т.е. синтеза иРНК на матрице ДНК) и трансляции (синтез полипептидной цепи на матрице иРНК).

В ДН К используется четыре нуклеотида − аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т). Эти «буквы» составляют алфавит генетического кода. В РНК используются те же нуклеотиды, за исключением тимина, который заменен урацилом (У). В молекулах ДНК и РНК нуклеотиды выстраиваются в цепочки и, таким образом, получаются последовательности «букв».

В нуклеотидной последовательности ДНК имеются кодовые «слова» для каждой аминокислоты будущей молекулы белка − генетический код. Он заключается в определенной последовательности расположения нуклеотидов в молекуле ДНК

В настоящие время код ДНК полностью расшифрован, и мы можем говорить об определенных свойствах, характерных для этой уникальной биологической системы, обеспечивающей перевод информации с «языка» ДНК на «язык» белка.

Свойства генетического кода:

1. Триплетность. Три стоящих подряд нуклеотида кодируют «имя» одной аминокислоты т. е. каждая из 20 аминокислот зашифрована значащей единицей кода — сочетанием из трех нуклеотидов, называемых триплет или кодон;

2. Однозначность (дискретность). Один триплет не может кодировать две разные аминокислоты, шифрует только одну аминокислоту. Определенный кодон соответствует только одной аминокислоте;

3. Избыточность (вырожденность). Каждая аминокислота может определятся более, чем одним триплетом. Исключение — метионин и триптофан,

4. Неперекрываемость. Одно и то же основание не может одновременно входить в два соседних кодона;

5. Полярность. Некоторые триплеты не кодируют аминокислоты, а являются своеобразными «дорожными знаками», которые определяют начало и конец отдельных генов, полому мы можем говорить о полярности генетического кода;

6. Универсальность. У животных и растений, у грибов, бактерий и вирусов один и тот же триплет кодирует один и тот же тип аминокислоты, т.е. генетический код одинаков для всех живых существ.

Универсальность кода ДНК подтверждает единство происхождения всего живою на нашей планете. На использовании свойства универсальности генетического кода основаны методы генной инженерии.

Репликация ДНК.

Удвоение ДНК. Молекулы ДНК обладают поразительным свойством, не присущим ни одной другой из известных молекул, — способностью к удвоению. Двойная спираль ДНК построена по принципу копмлементарности. Этот же принцип лежит в основе удвоения молекул ДНК. С помощью специальных ферментов водородные связи, скрепляющие нити ДНК разрываются, нити расходятся и к каждому нуклеотиду каждой из этих нитей последовательно пристраиваются комплементарные нуклеотиды. Разошедшиеся нити исходной (материнской) молекулы ДНК являются матричными — они задают порядок расположения нуклеотидов во вновь синтезируемой цепи. В результате действия сложного набора ферментов происходит соединение нуклеотидов друг с другом. При этом образуются новые нити ДНК, комплементарные каждой из разошедшихся цепей. Таким образом, в результате удвоения создаются две двойные спирали ДНК (дочерние молекулы), каждая из них имеет одну нить, полученную от материнской молекулы, и одну нить, синтезированную вновь.

Дочерние молекулы ДНК ничем не отличаются друг от друга и от материнской молекулы. При делении клетки дочерние молекулы ДНК расходятся по двум образующимся клеткам, каждая из которых вследствие этого будет иметь ту же информацию, которая содержалась в материнской клетке. Так как гены это участки молекул ДНК, то две дочерние клетки, образующиеся при делении, имеют одинаковые гены.

Процесс матричного синтеза ДНК, осуществляемый ферментами ДНК-полимеразами, называют репликацией

Хромосомы, их строение.

В соматических клетках число хромосом в 2 раза больше чем в зрелых половых клетках, так как при оплодотворении половина хромосом поступает из материнского организма (в яйцеклетке) и половина из отцовского (в сперматозоиде). Таким образом, в ядре соматической клетки все хромосомы парные. Причем каждая пара отличается от других пар. Такие парные, равные по форме и размеру хромосомы, несущие одинаковые гены, называют гомологичными.

Хромосомный набор соматической клетки, в котором каждая хромосома имеет себе пару, носит название двойного или диплоидного и обозначается 2n. Количество ДНК, соответствующее диплоидному набору хромосом, обозначают 2с.

Из каждой пары гомологичных хромосом в половые клетки попадает только одна, и поэтому хромосомный набор гамет называют одинарным или гаплоидным Кариотип таких клеток обозначается 1n1c.

Изучение хромосом позволило установить следующие факты.

1) во всех соматических клетках любого растительного или животного организма число хромосом одинаково;

2) половые клетки всегда содержат вдвое меньше хромосом, чем соматические клетки данного вида организма;

3) у всех организмов, относящихся к одному виду, число хромосом в клетках одинаково.

Число хромосом не зависит от уровня организации и не всегда указывает на родство: одно и то же число их может быть у очень далеких друг от друга систематических групп и может сильно отличаться у близких по происхождению видов.

Таким образом, само по себе число хромосом не является видоспецифическим признаком. Однако характеристика хромосомного набора в целом видоспецифична, т.е. свойственна только одному какому-то виду организмов растений или животных

Совокупность количественных (число, размер) и качественных (форма) признаков хромосомного набора соматической клетки называют кариотипом.

Число хромосом в кариотипе большинства видов живых организмов четное. Это объясняется тем, что в соматических клетка находятся две одинаковые по форме и размеру хромосомы — одна из отцовского организма, вторая — из материнского.

Кариотип человека состоит из 46 хромосом (23 пар) определенного размера и формы, несущих более 30 тыс. генов. Эти гены определяют строение десятков тысяч типов белков, РНК и других веществ организма.

Изменения структуры или количества хромосом приводят к изменению или потере части информации и к нарушению нормального функционирования клетки.

У далеких видов количество хромосом может быть одинаковым, а у родственных видов значительно различаться. В делящихся клетках все хромосомы спирализуются, укорачиваются и приобретают компактные размеры и форму.

После завершения деления клетки хромосомы деспирализуются, и в ядрах образовавшихся дочерних клеток снова становятся видимыми только сеточка и гранулы хроматина.

Мутации.

Мутации— это качественные или количественные изменения ДНК организмов, приводящие к изменениям их генотипа.

С одной стороны, мутации могут происходить самопроизвольно вследствие ошибок в ходе репликации  ДНК. С другой стороны — они могут быть вызваны внешними причинами — мутагенами. Мутагены — факторы внешней окружающей среды, вызывающие мутацию.

Мутагены могут быть вызваны:

1.   действием физических факторов: ионизирующая радиация, гамма-лучи, рентгеновские лучи и ультрафиолетовые лучи;

2.   действием химических соединений, используемых:

— в сельском хозяйстве (гербициды и пестициды),

— медицине в качестве лекарств и антисептиков (формалин),

— производстве (афоксид - импрегнатор текстильных тканей, бисульфит натрия - консервант продуктов, тяжелые металлы: свинец, ртуть, медь и др.);

3.   проникновением в организм биологических объектов (вирусов, бактерий, простейших), способных вызвать нарушение структуры ДНК.

Зачастую мутагены одновременно являются и канцерогенами — факторами вызывающими развитие злокачественных опухолей.

Существуют три вида классификации мутаций по степени изменения генетического материала:

1) генные мутации — изменяют структуру отдельных генов. Наименьший участок молекулы ДНК, способный к мутации, — мутон. Участки генов могут выпадать, встраивать дополнительные пары нуклеотидов ДНК или меняться своими местами. Генные мутации составляют основную долю всех мутаций;

2) хромосомные мутации — изменяют структуру отдельных хромосом (хромосомные перестройки, или аберрации) в результате разрывов и воссоединений:

Делеция  — утрата хромосомой какого-либо участка (у кукурузы отсутствие хлорофилла у проростков).

Дупликация  — удвоение какого-либо участка хромосомы (у дрозофилы полосковидные глаза вместо круглых)

    Инверсия  — переворот какого-либо участка хромосомы на 180°.

    Транслокация — перемещение участка одной хромосомы на другую негомологичную хромосому.

Транспозиция  — вставка фрагмента с несколькими генами в участок другой хромосомы.

3) геномные мутации — изменяют число хромосом в хромосомных наборах организмов:

анеуплоидия заключается в утрате и добавлении к гаплоидному или диплоидному набору отдельных хромосом — (трисомия — или синдром Дауна у человека, моносомия ХО — синдром Шерешевского — Тернера и др.);

полиплоидия заключается в увеличении числа хромосом, кратному гаплоидному;

автополплодия приводит к кратному увеличению числа хромосом в основном у культурных растений;

аллополиплодия приводит к кратному увеличению числа хромосом в основном у бесплодных межвидовых гибридов.

Значение мутации :

• снижают жизнеспособность организмов и часто приводят к смерти, нарушая процессы развития;

• увеличивают гетерозиготность популяции и являются исходным материалом для действия естественного отбора;

• поставляют материал для действия искусственного отбора, осуществляемого в селекции человеком:

• загрязнение окружающей среды факторами-мутагенами создает угрозу наследственности человека и других организмов.

Генная инженерия.

Биотехнология — использование живых организмов и биологических процессов в промышленности и сельском хозяйстве; производство необходимых для человека веществ с использованием достижении микробиологии и биохимии.

Особенностью биотехнологии является то, что она сочетает в себе самые передовые достижения научно-технического прогресса с накопленным опытом прошлого, выражаюшимся в использовании природных источников для создания полезных для человека продуктов. Любой биотехнолигический процесс включает ряд этапов:

• подготовку объекта;

• его культивирование;

• выделение;

• модификацию;

• использование полученных продуктов.

Задачи биотехнологии:

• синтез кормовых белков, витаминов, лекарственных препаратов;

• решение экологических проблем. Борьба с загрязнением окружающей среды;

• решение энергетической проблемы (использование биогаза);

• получение сырья для пищевой, химической и текстильной промышленности;

• получение технических белковых добавок (наполнителей, загустителей, эмульгаторов, стабилизаторов);

• расширенное производство вакцин, анатоксинов, бактериифаюв;

• получение средств защиты морей и океанов от нефтяных и ртутных загрязнений;

• тесты на различные полезные ископаемые.

Направления современной биотехнологии:

1) микробиологическое производство;

2) клеточная инженерия;

3) генная инженерия.

Генная  инженерия − это особый раздел молекулярной генетики, связанный с целена­правленным исследованием по созданию новых комби­наций генетического материала, способного размножаться в клетке-хозяине и синтезировать конечные продукты обмена.

Рождением генной инженерии считается 1972 г., когда в лаборатории американского биохимика П. Берга была получена первая гибридная (рекомби­нантная) ДНК (рекДНК), в которой были соединены фрагменты кольцевой мо­лекулы ДНК фага лямбда и кишечной палочки с кольцевой ДНК обезьяньего ви­руса-40. За это достижение учёный был удостоен Нобелевской премии в 1980 г. В итоге интенсивного развития методов генной инженерии получены клоны многих генов рибосомальной и транспортной РНК, гистонов, инсули­на и интерферона человека, пептидных гормонов и др. На основе генной ин­женерии возникла целая отрасль фармацевтической промышленности, на­званная «индустрией ДНК», представляющая собой одну из современных областей биотехнологии.

Развитие генетической и клеточной инженерии позволило целенаправ­ленно получать важные для людей лечебные препараты (инсулин, интерферон, гормоны роста), создавать пищевые добавки (например, трансгенные белки), выводить новые сорта культурных растений с использованием гибридных ДНК.

 

Д. З.

1. Изучить текст лекции.

Естествознание. Саенко О.Е., Трушина Т.П., Арутюнян О.В. М. 2014 Стр. 268 - 278

Самостоятельно

 1. Наследственность и изменчивость свойства организма. Стр. 280.

2. Закономерности наследования установленные Менделем и Морганом. Стр. 282.

3. Хромосомная теория наследственности. Стр. 285.

4. Наследственная и ненаследственная изменчивость. Стр. 285.

---

Дата добавления: 2021-01-20; просмотров: 171; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!