Реферати українською » Биология » Структурно-функціональна організація генетичного матеріалу


Реферат Структурно-функціональна організація генетичного матеріалу

Страница 1 из 6 | Следующая страница

 

>СТРУКТУРНО-ФУНКЦИОНАЛЬНАЯОРГАНИЗАЦИЯГЕНЕТИЧЕСКОГОМАТЕРИАЛА


Зміст

1. Спадкоємність і мінливість - фундаментальні властивості живого

2. Історія формування уявлень про організацію матеріального субстрату спадкоємності та мінливості

3. Загальні властивості генетичного матеріалу рівні організації генетичного апарату

4.Генний рівень організації генетичного апарату

4.1 Хімічна організація гена

4.1.1 Структура ДНК. Модель Дж. Вотсона і Ф. Кріка

4.1.2 Спосіб записи генетичної інформацією молекулі ДНК. Біологічний код та її властивості

4.2 Властивості ДНК як речовини спадкоємності та мінливості

4.2.1Самовоспроизведение спадкового матеріалу.Репликация ДНК

4.2.2 Механізми збереженнянуклеогидной послідовності ДНК. Хімічна стабільність.Репликация.Репарация

4.2.3 Зміни нуклеотидних послідовностей ДНК.

4.2.4 Елементарні одиниці мінливості генетичного матеріалу.Мутон.Рекон

4.2.5 Функціональна класифікація генних мутацій

4.2.6 Механізми, які знижуватимуть несприятливий ефект генних мутацій

4.3 Використання генетичної інформацією процесах життєдіяльності

4.3.1 Роль РНК у реалізації спадкової інформації

4.3.2 Особливості організації та експресії генетичної інформації в про - іеукариот


1. Спадкоємність і мінливість - фундаментальні властивості живого

Життя як особливе явище характеризується тривалістю існування у часі (Землі вона більш 3,5 млрд. років тому я), що забезпечується наступністю поколінь живих систем. Відбувається зміна поколінь клітин на організмі, зміна поколінь організмів у популяціях, зміна видів у системі біоценозу, зміна біоценозів, їхнім виокремленням біосферу. У основі безперервного існування життя в часу лежить здатність живих систем до самовідтворення. Збереження життя жінок у мінливих умовах виявляється можливим еволюції живих форм, у процесі якого з'являються зміни, щоб забезпечити пристосування до новому природному середовищі проживання.Непреривность існування й історичне розвиток живої природи обумовлені двома фундаментальними властивостями життя: спадковістю і мінливістю.

У навчальних курсах властивості спадкоємності та мінливості традиційно розглядають щодо клітини, і організму. Насправді вони виявляються інадорганизменних рівнях. На клітинному та організменному (>онтогенетическом) рівнях організації живого під спадковістю розуміють властивість клітин чи організмів у процесі самовідтворення передавати нового покоління спроможність до певному типу обміну речовин і індивідуального розвитку, під час якої в них формуються загальні ознаки й поліпшуючи властивості такого типу клітин та виду організмів, і навіть деякі індивідуальні особливості батьків. На популяційно-видовому рівні організації життя спадковість проявляється у підтримці постійного співвідношення різних генетичних форм у низці поколінь організмів даної популяції (виду). Набиоценотическом рівні тривале існування біоценозу забезпечується збереженням певних співвідношень видів організмів, їхнім виокремленням цей біоценоз.

У результаті виникнення та розвитку життя Землі спадковість грала на вирішальній ролі, оскільки закріплювала у низці поколінь біологічно корисні еволюційні придбання, забезпечуючи певний консерватизм організації живих систем. Спадкоємність одна із головних чинників еволюції.

Тривале існуванні жвавої природи в часу і натомість мінливих умов було неможливе, якби живі системи не мали здатність до придбання і збереженню деяких змін, корисних за умов середовища. Властивість живих систем набувати зміни і існувати у різних варіантах називається мінливістю.

В окремих клітин та організмів жодного виду мінливість, чіпаючи їх індивідуальне розвиток, проявляється у виникненні різниці між ними. На популяційно-видовому рівні організації життя це властивість проявляється у наявності генетичних різниці між окремими популяціями виду, що де лежить основу освіти нових видів. Поява нових видів вносить зміни у міжвидові відносини у біоценозах. Мерехтливість у сенсі відбиває динамічність організації живих систем поряд із спадковістю є головним чинником еволюції. Попри те що що у своїм результатам спадковість і мінливістьразнонаправлени, на живу природі ці дві фундаментальних властивості утворюють нерозривне єдність, ніж досягається одночасно збереження у процесі еволюції наявних біологічно доцільних якостей і нових, роблять можливим існування життя жінок у різноманітних умовах.


2. Історія формування уявлень про організацію матеріального субстрату спадкоємності та мінливості

Спадкоємність і мінливість як найважливіші властивості будь-якій живій системи забезпечуються функціонуванням особливого матеріального субстрату. У результаті історичного поступу біологічної науки ставлення до його властивості, організації та хімічної природі постійно розширюються і ускладнюються.

У 60-х рр. ХІХ ст. основоположник генетики (науки про спадковість і мінливості) Р. Мендель (1865) висловив перші припущення про організацію спадкового матеріалу. З результатів своїх експериментів на гороху дійшла до висновку, що спадковий матеріал дискретний, тобто. представлений окремими спадковими задатками, відповідають за розвиток певних ознак організмів. За твердженням Менделя, в спадковому матеріалі організмів, розмножуються статевим шляхом, розвиток окремого ознаки забезпечується пароюаллельних задатків, що зі статевими клітинами від обох батьків. При освіті гамет до кожної зі них потрапляє лише з париаллельних задатків, тому гамети завжди "чисті". У 1909г.В.Иогансен назвав "спадкові задатки" Менделя генами.

80-ті рр. ХІХ ст. ознаменувалися важливими досягненнями у сфері цитології: були описанімитоз імейоз - розподіл відповідно соматичних і статевих клітин, у ході закономірно між дочірніми клітинами розподіляються ядерні структури - хромосоми (У.Вольдейер, 1888).

Дані про характер розподілу хромосом у процесі клітинного розподілу дали змоги початку XXв.Т.Бовери (1902-1907) і У.Сетгону (1902-1903) дійти невтішного висновку у тому, що наступність властивостей у низці поколінь клітин та організмів визначається наступністю їх хромосом.Хромосоми розглянула як матеріальні носії спадкової програми.

Подальша розробка хромосомної теорії спадковості, об'єднуючою ставлення до спадковихзадатках і хромосомах, було здійснено на початку XX в. Т.Морганом і його працівниками. Досліди, виконаних на дрозофілі, було підтверджено раніше висловлене припущення щодо ролі хромосом у забезпеченні спадковості. Встановлено, що гени розміщуються в хромосомах, розташовуючись у яких в лінійному порядку. Гени кожної хромосоми утворюють групу зчеплення, кількість яких визначається кількістю хромосом в статевих клітинах. Гени однієї групи зчеплення успадковуються, зазвичай, спільно. Однак у деяких випадках відбувається їх перекомбінація у зв'язку зкроссинговером, частота якої від відстані між генами.

Отже, в хромосомної теорії відбилася одне з найважливіших принципів генетики - єдність дискретності і безперервності спадкового матеріалу.

Слід зазначити, що й у початку XX в. знайшли факти, які доводили його присутність серед клітинахвнехромосомного спадкового матеріалу,располагающегося у різнихцитоплазматических структурах і визначального особливуцитоплазматическую спадковість (До.Корренс, 1908).

Приблизно тоді водночас X. деФризом (1901) було закладено основи вчення про мутаційної мінливості, що з раптово виникаючими змінами у спадковихзадатках чи хромосомах, що зумовлює змін тих чи інших ознак організму. У наступні роки було знайдено мутагенна дія на хромосоми і гени рентгенівських променів, радіаційного випромінювання, певних хімічних речовин і біологічних агентів.

У цих досліджень стала очевидною, що спадковість і мінливість обумовлені функціонуванням однієї й тієї ж матеріального субстрату.

У перші десятиліття XX в. отримано дані, що свідчать на користь залежності стану ознак від характеру взаємодії генів, що виходило далеко за межі відносин домінантності ірецессивности, описаних ще Менделем. Звідси з'явилося уявлення про генетичному апараті як і справу системі взаємодіючих генів - генотипі, який зосереджений в хромосомному наборі -кариотипе.

Вивчення хімічного складу хромосом виявило дві основні виду сполук, їхнім виокремленням ці структури, - білки, й нуклеїнові кислоти. У першій половині XX в. дослідниками вирішується питання про хімічної природі субстрату спадкоємності та мінливості. Спочатку висловлювалися припущення на користь білків. У 1928г.Ф.Гриффитом поставили досвід напневмококках, у якому спостерігалося зміна (трансформація) деяких спадкових властивостей одного бактеріального штами під впливом матеріалу, отриманих з убитих клітин іншого штами. Хімічна природа речовини,трансформирующего спадкові властивості бактерій, було встановлено лише 1944г.О. Ейвері, які довели його належність донуклеиновим кислотам (ДНК).

Іншими доказами участі ДНК у забезпеченні спадкоємності та мінливості є:

1) сталість змісту ДНК переважають у всіх типах соматичних клітин організму;

2) відповідність змісту ДНК плоїдності клітин (в соматичних клітинах її ще більше, ніж у статевих, вполиплоидних клітинах він відповідає кількості наборів хромосом);

3) явище генетичної рекомбінації у бактерій за її кон'югації, у якої здійснюється проникнення частини ДНК з однієї клітини до іншої й зміна властивостей останньої;

4) зміна спадкових властивостей бактеріальних клітин шляхом перенесення ДНК від однієї штами до іншого з допомогоюДНК-фага - явище трансдукції;

5)инфицирующая активність ізольованій нуклеїнової кислоти вірусів.

Важливим результатом цілеспрямованого вивчення нуклеїнових кислот було визнано створення Дж. Вотсоном і Ф. Кріком (1953) просторової моделі молекули ДНК.

У другій половині XX в. зусилля учених спрямовані на вивчення властивостей нуклеїнових кислот, що є основою їх генетичних функцій, способів запису і зчитування спадкової інформації, характеру і структури генетичного коду, механізмів регуляції активності генів у процесі формування окремих ознак і фенотипу загалом. У 60-х рр. роботами М.Ниренберга, З.Очоа, X.Корани та інших було зроблено повне розшифрування генетичного коду, встановлено відповідністьтриплетов нуклеотидів в молекулі нуклеїнових кислот певнимаминокислотам. У 1970-х рр. стали активно розроблятися методи генної інженерії, дозволяють цілеспрямовано змінювати спадкові властивості живих організмів.

Наприкінці ХХ століття, завдяки новим молекулярно-генетичним технологіям, з'явилася можливість визначати послідовності нуклеотидів в молекулах ДНК геномів різних організмів (прочитанняДНК-текстов).ДНК-тексти геному людини, представлені у цілому 3 млрд. пар нуклеотидів, переважно прочитані до 2001 року.Научно-практическое напрям молекулярної біології, має метою визначення нуклеотидних послідовностей молекул ДНК, одержало назву геноміки.


3. Загальні властивості генетичного матеріалу рівні організації генетичного апарату

З наведених вище визначень спадкоємності та мінливості можна припустити, яким вимогам повинен відповідати матеріальний субстрат цих двох властивостей життя.

По-перше, генетичний матеріал повинен мати здатність до самовідтворення, щоб у. процесі розмноження передавати спадкову інформацію, з урахуванням якої здійснюватися формування нової генерації. По-друге, задля забезпечення стійкості характеристик у низці поколінь спадковий матеріал повинен зберігати постійної своєї організації. По-третє, матеріал спадкоємності та мінливості повинен мати здатністю набувати зміни і відтворювати їх, забезпечуючи можливість історичного поступу живої матерії в мінливих умовах. Тільки тоді відповідності зазначеним вимогам матеріальний субстрат спадкоємності та мінливості може забезпечити тривалість і безперервність існування живої природи й її еволюцію.

Сучасні ставлення до природі генетичного апарату дозволяють виділити рівні осередку: генний, хромосомний ігеномний. На кожному їх виявляються основні властивості матеріалу спадкоємності та мінливості і певні закономірності передачі і функціонування.


4.Генний рівень організації генетичного апарату

Елементарного функціональної одиницею генетичного апарату, визначальною можливість розвиватися окремого ознаки клітини чи організму цього виду, є ген (спадковий задаток, по Р.Менделю).Передачей генів у ряду поколінь клітин чи організмів досягається матеріальна наступність - успадкування нащадками ознак батьків.

Під ознакою розуміють одиницю морфологічній, фізіологічної, біохімічної, імунологічної, клінічної будь-який інший дискретності організмів (клітин), тобто. окреме якість чи властивість, відповідно до якої відрізняються одна від друга.

Більшість перелічених вище особливостей організмів чи клітин належить до категорії складних ознак, формування яких вимагає і синтезу багатьох речовин, насамперед білків зі специфічними властивостями - ферментів,иммунопротеинов, структурних, скорочувальних, транспортних та інших білків. Властивості білкової молекули визначаються амінокислотною послідовністю їїполипептидной ланцюга, яка прямо задається послідовністю нуклеотидів в ДНК відповідного гена і є елементарним, чи простою, ознакою.

Основні властивості гена як функціональної одиниці генетичного апарату визначаються її хімічної організацією,

 

4.1 Хімічна організація гена

Дослідження, створені задля з'ясування хімічної природи спадкового матеріалу, незаперечно довели, що матеріальним субстратом спадкоємності та мінливості є нуклеїнові кислоти, виявлені Ф.Мишером (1868) в ядрах клітин гною.Нуклеиновие кислоти ємакромолекулами, тобто. вирізняються великою молекулярної масою. Це полімери, які з мономерів - нуклеотидів, які включають три компонента: цукор (>пентозу), фосфат і азотисте підставу (пурин чипиримидин). До першого атома вуглецю в молекулі пентозиС-1' приєднується азотисте підставу (аденін, гуанін,цитозин,тимин чиурацил), а до п'ятому атома вуглецю С-5' з допомогою ефірної зв'язку - фосфат; у третього атома вуглецю С-3' завжди єгидроксильная група - ВІН (мал.1).

Поєднання нуклеотидів вмакромолекулу нуклеїнової кислоти відбувається шляхом взаємодії фосфату одногонуклеотида згидроксилом іншого отже з-поміж них встановлюєтьсяфосфодиефирная зв'язок (мал.2). У результаті виходитьполинуклеотидная ланцюг.Остов ланцюга складається з які чергуються молекул фосфату й цукру. До молекулам пентози вагітноюС-1' долучено одна з перелічених вище азотистих підстав (рис.3).

Мал.1. Схема будівлінуклеотида

Пояснення див. з тексту; позначення компонентівнуклеотида, використані у тому малюнку, зберігаються в усіх подальших схемах нуклеїнових кислот

Складанняполинуклеотидной ланцюга здійснюється за участі ферментуполимерази, що забезпечує приєднанняфосфатной групи наступногонуклеотида догидроксильной групі, що стоїть вагітною 3', попередньогонуклеотида (рис. 3.3). Завдяки позначеної специфіці дії названого ферменту нарощуванняполинуклеотидной ланцюга відбувається з одного боку: там, де знаходиться вільнийгидроксил вагітною 3'. Початок ланцюга завжди несефосфатную групу вагітною 5'. Це дає можливість окреслити у ній 5' і трьох '-кінці.

Серед нуклеїнових кислот розрізняють два виду сполук:дезоксирибонуклеиновую (ДНК) ірибонуклеиновую (РНК) кислоти. Вивчення складу основних носіїв спадкового матеріалу - хромосом - виявило, що й найбільш хімічно стійким компонентом є ДНК, що дає субстрат спадкоємності та мінливості.

Рис.2. Схема сполуки нуклеотидів вполинуклеотидную ланцюг

>Рис.3. Схемаполинуклеотидной ланцюга (стрілкою зазначено напрям зростання ланцюга)

Приєднання черговогонуклеотида супроводжується освітою ефірної зв'язок міжОН-группой на3'-концеполинуклеотидной кайдани й посадили фосфатом вільногонуклеотида, інші пояснення див. з тексту

 

4.1.1 Структура ДНК. Модель Дж. Вотсона і Ф. Кріка

ДНК складається з нуклеотидів, до складу яких входять цукор -дезоксирибоза, фосфат і з азотистих підстав - пурин (аденін чи гуанін) абопиримидин (>тимин чицитозин). Особливістю структурної організації ДНК і те, що її молекули включають двіполинуклеотидние ланцюга, пов'язані між собою належним чином. Відповідно до тривимірної моделлю ДНК, запропонованої в 1953 р. американським біофізиком Дж. Вотсоном англійською біофізиком і генетиком Ф. Кріком, ці ланцюга з'єднуються друг з одним водневими зв'язками поміж їхніми азотистими підставами за принципом комплементарності.Аденин ланцюжка з'єднується двома водневими зв'язками з тиміном інший ланцюга, а міжгуанином і цитозином різних ланцюгів утворюються три водневі зв'язку. Таке з'єднання азотистих підстав забезпечує міцну зв'язок двох ланцюгів і збереження рівного відстані

Страница 1 из 6 | Следующая страница

Схожі реферати:

Навігація