Глава 2 молекулярные основы наследственности

2.1. Генетическая роль днк и рнк

2.1.1. Днк — носитель наследственной информации

«Значение ДНК столь велико, что никакое знание о ней не будет полным». Ф.Крик.

ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота — биологическая макромолекула, носитель генети­ческой информации во всех эукариотических и прокариотических клетках и во многих вирусах.

В 1928 г. Ф.Гриффит обнаружил у пневмо­кокков явление трансформации (преобразование свойств бактерий). Он показал, что клетки неви­рулентных штаммов бактерий (шероховатые без капсул) приобретают свойства вирулентных (глад­ких с капсулами) штаммов, убитых нагреванием. Природа трансформирующего агента была уста­новлена Эвери, Мак-Леодом и Мак-Карти в 1944 г., им оказалась ДНК. Так открытие и изучение трансформации доказало роль ДНК как материального носителя наследственной информации, (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Трансформирующий фактор — это ДНК-

Трехмерная модель пространственного строе­ния двухцепочечной ДНК была описана в апрель­ском журнале Nature в 1953 г. Дж. Уотсоном, Френсисом Криком и Морисом Уилкинсом. Эти исследования легли в основу молекулярной био­логии, изучающей основные свойства и проявле­ния жизни на молекулярном уровне.

Структура ДНК — полимер, структурной еди­ницей которого является нуклеотид (рис. 2.2).

Нуклеотид состоит из азотистого основания пу-ринового: аденин (А) или гуанин (Г) или пирими-динового: цитозин (Ц) или тимин (Т), углевода дезоксирибозы (пятиуглеродное сахарное кольцо) и остатка фосфорной кислоты (НРО~). Двойная спираль ДНК правосторонняя. 10 пар оснований составляют полный оборот 360°, следовательно, каждая пара оснований повернута на 36 граду­сов вокруг спирали относительно следующей пары. Фосфатные группировки находятся снаружи спи­ралей, а основания — внутри и расположены с интервалом 34 нм. Цепи удерживаются вместе водородными связями между основаниями и за­кручены одна вокруг другой и вокруг общей оси.

Рис. 2.2. Строение ДНК.

В разработке модели ДНК важную роль сыг­рали наблюдения Чаргаффа (1949) о том, что ко­личественные отношения гаунина всегда равны содержанию цитозина, а содержание аденина со­ответствует содержанию тимина. Это положение было названо «правило Чаргаффа»:

т.е. пропорция пуриновых и пиримидиновых осно­ваний всегда равная.

Чаргаффом для характеристики нуклеотидного состава ДНК был предложен коэффициент спе­цифичности, учитывающий долю гуанин-цитозиновых пар:

Нуклеотиды соединены в полинуклеотидную цепь связями между 5′ положения одного пентозного конца и 3′ положения следующего пентозного кольца через фосфатную группу с образованием фосфодиэфирных мостиков, т.е. сахарно-фосфатный остов ДНК состоит из 5—3′ связей. Генетическая информация записана в последовательности нуклеотидов в направлении от 5′ конца к 3′ концу — такая нить называется смысловой ДНК, здесь рас­положены гены. Вторая нить направления 3-5′ счи­тается антисмысловой, но является необходимым «эталоном» хранения генетической информации. Антисмысловая нить играет большую роль в про­цессах репликации и репарации (восстановление структуры поврежденной ДНК). Основания в анти­параллельных нитях образуют за счет водородных связей комплементарные пары: А+Т; Г+Ц. Таким образом, структура одной нити определяет после­довательность нуклеотидов другой нити. Следова­тельно, последовательности оснований в нитях ДНК всегда антипараллельны и комплементарны.

Принцип комплементарности универсален для процессов репликации и транскрипции.

В настоящее время описаны несколько модификаций молекулы ДНК.

Полиморфизм ДНК —

это способность молекулы принимать различные конфигурации. В настоящее время описано 6 форм, часть которых может существовать только in vitro (в пробирке):

В-форма — имеет стандартную структуру, прак­тически соответствующую модели ДНК, которая была предложена Уотсоном, Криком и Уилкинсом, в физиологических условиях (низкая концен­трация солей, высокая степень гидратации) явля­ется доминирующим структурным типом.

А-форма — обнаружена в более обезвожен­ных средах и при более высоком содержании ионов калия и натрия. Интересна с биологической точки зрения, т.к. ее информация близка к структуре двухцепочечных ДНК, или для ДНК-РНК дуплексов.

С-форма — имеет меньше форм оснований на виток, чем В-форма. В этих трех формах могут находиться все ДНК независимо от нуклеотидной последовательности. Следующие формы характер­ны только для молекул ДНК с определенными последовательностями в парах оснований.

D— и Е-форма — возможны крайние варианты одной и той же формы, имеют наименьшее число пар оснований на виток (8 и 7.5). Обнаружены толь­ко в молекулах ДНК, не содержащих гуанина.

Z-форма — это зигзагообразная форма, с че­редованием лево- и правоспиральности. Эта фор­ма выявляется при наличии ряда факторов: высо­кая концентрация солей и наличие специфических катионов; высокое содержание отрицательных су­первитков в молекуле ДНК и других Z-ДНК встре­чается на участках, обогащенных парами Г—Ц. Показано, что Z-форма ДНК может участвовать в регуляции экспрессии генов как близко расположенных, так и существенно удаленных от Z-учас-тков, а также играть существенную роль в про­цессах рекомбинации.

Шотландский ученый Арнотт предположил: «Было бы удивительно, если бы в живой природе никак не использовалась эта способность ДНК — менять свою форму».

Некоторые из форм могут при определенных условиях, связанных с изменениями концентрации солей и степени гидратации, переходить друг в друга, например, А <-> В; а также Z <-> В. Пред­полагают, что взаимные переходы А- и В-форм регулируют работу генов. Показательно, что в ДНК человека имеются участки, потенциально способные переходить в Z-форму, которые диспер­гированы в геноме человека.

Предполагается, что в клетках человека сущес­твуют условия, стабилизирующие Z-форму (Марри и др., 1993).

Таблица 2.1 Структурные свойства некоторых типов ДНК

Тип спирали	Число пар основа- нии на виток	Угол враще- ния одной пары, градусы	Рассто- яние между парами в А° 10″9	Диаметр спирали А° 10″9	Напра- вление спирали
А	11	+32.7	2.56	23	правая
В	10	+36.0	3.38	19	правая
С	9.3	+38.6	3.32	19	правая
Z	12	-30.0	3.71 ‘	18	правая и левая

Знание структуры и функции ДНК необходи­мо для понимания сути некоторых генетических процессов, которые являются матричными. Было ясно, что сама ДНК не может играть роль матри­цы при синтезе белков из аминокислот, т.к. почти вся она находится в хромосомах, расположенных в ядре, в то время как большинство, если не все, клеточные белки синтезируются в цитоплазме. Та­ким образом, генетическая информация, заклю- -ченная в ДНК, должна передаваться какой-то про­межуточной молекуле, которая транспортирова­лась бы в цитоплазму и участвовала в синтезе полипептидных цепей. Предположение о том, что такой промежуточной молекулой может быть РНК, стало всерьез рассматриваться сразу, как только была открыта структура двойной спирали ДНК. Во-первых, клетки, синтезирующие большое количество белка, содержали много РНК. Во-вто­рых, еще более важным казалось то, что сахарофос-фатные «скелеты» ДНК и РНК чрезвычайно сход­ны и было бы легко представить себе, как происхо­дит синтез одиночных цепей РНК на одноцепочеч-ной ДНК с образованием нестабильных гибрид­ных молекул, одна цепь которых представлена ДНК, а другая РНК. Взаимоотношения ДНК, РНК и белка в 1953 г. были представлены в виде следующей схемы:

репликация ДНК….. транскрипция — ——> РНК… трансляция……-> белок,

где одиночные цепи ДНК служат матрицами при синтезе комплементарных молекул ДНК (репли­кация). В свою очередь, молекулы РНК служат матрицами для последовательного соединения аминокислот с образованием полипептидных це­пей белков в процессе трансляции, названном так потому, что «текст», написанный на «языке» нуклеотидов, переводится (транслируется) на «язык» аминокислот. Группа нуклеотидов, кодирующая одну аминокислоту, называется кодоном.

studfiles.net

3. Задание 3 (5). Днк как носитель генетической информации

План

Введение

1.     Что такое ДНК?

2.     Характеристика ДНК как носителя генетической информации

Заключение

Вопросы по теме

Введение

Наследуемые признаки заложены в материальных единицах, генах, которые располагаются в хромосомах клеточного ядра. Химическая природа генов известна с 1944 г.: речь идет о дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК). Физическая структура была выяснена в 1953 г.  Двойная спираль этой макромолекулы объясняет механизм наследственной передачи признаков.

В конце XIX века в работах Г. Менделя были сформулированы основные законы, определившие наследственную передачу признаков из поколения в поколение. В начале ХХ века в опытах Т.Моргана было показано, что элементарные наследуемые признаки обусловлены материальными единицами (генами), локализованными в хромосомах, где они располагаются последовательно друг за другом.

В конце концов, во многом благодаря трудам Ниренберга (США), был открыт закон соответствия между ДНК и белками – генетический код.

1. Что такое днк?

Материальным носителем генетической информации (наследуемой из поколения в поколение информации о развитии, структуре и жизнедеятельности живых организмов) является ДНК (рис. 1), а в ряде случаев (например, у вирусов) – РНК. В живых клетках содержится два  типа нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). Как ДНК, так и РНК несут в себе нуклеотиды, состоящие из трех компонентов: азотистого основания, углевода, остатка фосфорной кислоты. Однако комбинация этих компонентов в ДНК и РНК несколько различны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис 1. Модель молекулы ДНК

Полинуклеидные цепи достигают гигантских размеров. Вполне понятно, что в связи с этим они так же, как и белки, определенным образом упакованы в клетке.

Модель структуры молекулы ДНК впервые создали биохимики из Кембриджского университета в Англии Д. Уотсон и Ф. Крик. Было показано, что молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных одна вокруг другой, с образованием двойной спирали.

Генетическая информация определяет последовательность аминокислот в полипептидных цепочках, а тем самым и их структуру. Генетическая информация записана в ДНК посредством 4-буквенного алфавита (А, Г, Т, Ц) и отражается в последовательности нуклеотидов, содержащих 4 типа азотистых оснований (аденин, гуанин, тимин, цитозин). Участок ДНК, кодирующий структуру молекулы одного из видов РНК, назван геном.

Образование связей в молекуле ДНК – процесс строго закономерный. Адениловый нуклеотид  может образовывать связи лишь с тимиловым, а гуаниловый только с цитозиловым. Эта закономерность получила название принципа комплиментарности, то есть дополнительности. В самом деле, такая строгая последовательность  в выборе пары наводит на мысль, что в двойной молекуле ДНК аденин как бы дополняет тимин и наоборот, а гуанин соответственно – цитозин, как две половинки разбитого зеркала.

Принцип комплиментарности позволяет понять механизм уникального свойства молекул ДНК – их способность самовоспроизводиться. ДНК – это единственное вещество в живых клетках, обладающее подобным свойством. Процесс самовоспроизведения молекул ДНК происходит при активном участии ферментов. Особые расплетающие белки последовательно как бы проходят вдоль системы водородных связей, соединяющих азотистые основания обеих полинуклеотидных цепей, и разрывают их. Образовавшиеся в результате одиночные полинуклеотидные цепи ДНК достраиваются согласно принципу комплиментарности с помощью фермента за счет свободных нуклеотидов, всегда находящихся в цитоплазме и ядре. Напротив гуанилового нуклеотида  становится свободный цитозиловый нуклеотид, а напротив цитозилового, в свою очередь, гуаниловый и так далее. Во вновь образовавшейся цепи возникают углеводно-фосфатные и водородные связи. Таким образом, в ходе самовоспроизведения ДНК из одной молекулы синтезируются две новые.

studfiles.net

3. Молекула днк – носитель наследственной информации.

Передача наследственных признаков. Передача наследственных признаков от одного поколения к другому обеспечивается ДНК. Гены – это те участки молекулы ДНК, которые определяют функциональную единицу наследственности.

Функции ядра в хранении и передаче наследственной информации. В ядре содержится генетическая информация в виде молекулы ДНК. В ядре локализовано более 90% клеточной ДНК.

Строение ядра клетки. Ядро состоит из ядерной оболочки, нуклеоплазмы или ядерного сока и одного или нескольких ядрышек. В ядерном соке (нуклеоплазме) располагается хроматин.

Хромосома и ее структура. Перед делением клетки ДНК плотно скручиваются, образуя хромосомы. Хромосомы, в которых сосредоточена бо́льшая часть наследственной информации, выглядят удлинёнными палочковидными тельцами, состоящими из двух плеч, разделенных центромерой. Нити хроматин скручены, так как только в таком состоянии могут функционировать гены, участки молекулы ДНК которых ответственны за синтез нужного белка.

Кариотип человека. Кариотип – это набор хромосом, содержащийся в клетках тела, характерный для какого-либо вида живых существ.

Положение гена на хромосоме. Внутри клеток ДНК находится в составе хроматина, который в свою очередь образует хромосомы. Положение гена на хромосоме называется локусом.

Аллели. Различные формы гена, расположенные в одинаковых локусах гомологичных хромосом и определяющие различные проявления признаков, называются аллелями.

Транскрипция и трансляция в биосинтезе белка. Транскрипция — процесс копирования генетической информации с ДНК на РНК. Трансляция — процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК, осуществляемый рибосомой.

Демонстрации:

Строение клетки.

Фототрофы и хемотрофы.

Функции клетки.

Выделение энергии клеткой.

Клетки тела человека.

Контрольные вопросы:

1. Дайте определение клетки.

2. Раскройте основные этапы открытия клетки.

3. Назовите научный предмет цитологии.

4. Раскройте понятие «Клеточная биология».

5. Дайте биологическое (цитологическое) определение вирусам.

6. Раскройте основные этапы развития науки о клетке.

7. Назовите наиболее известные открытия в науке изучения клетки.

8. Сформулируйте основные положения клеточной теории Теодора Шванна.

9. Сформулируйте значение исследований митоза растений И. Д. Чистяковым.

10. Раскройте понятия: «Прокариотические клетки» и «Эукариотические клетки».

11. Раскройте понятие пенициллина.

12. Раскройте структурные особенности строения клетки.

13. Сформулируйте особенности обмена веществ и превращения энергии в клетке.

14. Раскройте структурные особенности строения прокариотической клетки.

15. Раскройте структурные особенности строения эукариотической клетки.

16. Раскройте понятия фототрофов и хемотрофов.

17. Раскройте понятие клеточных органоидов.

18. Назовите три основных компонента структуры клетки.

19. Назовите функции клеточного ядра.

20. Назовите функции межклеточного вещества.

21. Раскройте структурные особенности обмена веществ и превращения энергии в клетке.

22. Раскройте понятие гомеостаза и докажите его зависимость от клетки.

23. Назовите биохимические процессы, протекающие в клетке.

24. Раскройте особенности и функции пластического обмена и биосинтеза белка.

25. Раскройте понятие молекулы АТФ (Аденозинтрифосфата) и ее основные функции.

26. Раскройте понятие диссимиляции (катаболизма).

27. Раскройте понятие ассимиляции и диссимиляции.

28. Назовите функции молекулы ДНК в передаче наследственных признаков.

29. Назовите функции ядра в хранении и передаче наследственной информации.

30. Раскройте особенности строения ядра клетки.

31. Дайте понятие хромосомы и раскройте ее структуру.

32. Раскройте понятие кариотипа человека.

33. Определите особенности положения гена на хромосоме.

34. Раскройте понятие аллелей в структуре хромосом.

35. Раскройте особенности транскрипции и трансляции в биосинтезе белка.

Литература:

1. Ахмедова Т.И., Мосягина О.В. Естествознание: Учебное пособие / Т.И. Ахмедова, О.В. Мосягина. – М.: РАП, 2012. – С. 321-355.

studfiles.net

хранение и передача. Генетический код. Цепочка ДНК

После открытия принципа молекулярной организации такого вещества, как ДНК в 1953 году, начала развиваться молекулярная биология. Далее в процессе исследований ученые выяснили как рекомбенируется ДНК, ее состав и как устроен наш человеческий геном.

Каждый день на молекулярном уровне происходят сложнейшие процессы. Как устроена молекула ДНК, из чего она состоит? И какую роль играют в клетке молекулы ДНК? Расскажем подробно обо всех процессах, происходящих внутри двойной цепи.

Что такое наследственная информация?

Итак, с чего все начиналось? Еще в 1868 нашли нуклеиновые кислоты в ядрах бактерий. А в 1928 г. Н. Кольцов выдвинул теорию о том, что именно в ДНК зашифрована вся генетическая информация о живом организме. Затем Дж. Уотсон и Ф. Крик нашли модель всем теперь известной спирали ДНК в 1953 году, за что заслужено получили признание и награду — Нобелевскую премию.

Что такое вообще ДНК? Это вещество состоит из 2 объединенных нитей, точнее спиралей. Участок такой цепочки с определенной информацией называется геном.

В ДНК хранится вся информация о том, что за белки будут формироваться и в каком порядке. Макромолекула ДНК — это материальный носитель невероятно объемной информации, которая записана строгой последовательностью отдельных кирпичиков — нуклеотидов. Всего нуклеотидов 4, они дополняют друг друга химически и геометрически. Этот принцип дополнения, или комплементарности, в науке будет описан позже. Это правило играет ключевую роль в кодировке и декодировании генетической информации.

Так как нить ДНК невероятно длинная, повторений в этой последовательности не бывает. У каждого живого существа собственная уникальная цепочка ДНК.

Функции ДНК

К функциям дезоксирибонуклеиновой кислоты относятся хранение наследственной информации и ее передача потомству. Без этой функции геном вида не мог бы сохраняться и развиваться на протяжении тысячелетий. Организмы, которые претерпели серьезные мутации генов, чаще не выживают или теряют способность производить потомство. Так происходит природная защита от вырождения вида.

Еще одна существенно важная функция — реализация хранимой информации. Клетка не может создать ни одного жизненно важного белка без тех инструкций, которые хранятся в двойной цепочке.

Состав нуклеиновых кислот

Сейчас уже достоверно известно, из чего состоят сами нуклеотиды — кирпичики ДНК. В их состав входят 3 вещества:

• Ортофосфорная кислота.
• Азотистое основание. Пиримидиновые основания — которые имеют только одно кольцо. К ним относят тимин и цитозин. Пуриновые основания, в составе которых присутствуют 2 кольца. Это гуанин и аденин.
• Сахароза. В составе ДНК — дезоксирибоза, В РНК — рибоза.

Число нуклеотидов всегда равно числу азотистых оснований. В специальных лабораториях расщепляют нуклеотид и выделяют из него азотистое основание. Так изучают отдельные свойства этих нуклеотидов и возможные мутации в них.

Уровни организации наследственной информации

Разделяют 3 уровня организации: генный, хромосомный и геномный. Вся информация, нужная для синтеза нового белка, содержится на небольшом участке цепочки — гене. То есть ген считается низший и самый простой уровень кодировки информации.

Гены, в свою очередь, собраны в хромосомы. Благодаря такой организации носителя наследственного материала группы признаков по определенным законам чередуются и передаются от одного поколения к другому. Надо заметить, генов в организме невероятно много, но информация не теряется, даже когда много раз рекомбенируется.

Разделяют несколько видов генов:

• по функциональному назначению выделяют 2 типа: структурные и регуляторные последовательности;
• по влиянию на процессы, протекающие в клетке, различают: супервитальные, летальные, условно летальные гены, а также гены мутаторы и антимутаторы.

Располагаются гены вдоль хромосомы в линейном порядке. В хромосомах информация сфокусирована не вразброс, существует определенный порядок. Существует даже карта, в которой отображены позиции, или локусы генов. Например, известно, что в хромосоме № 18 зашифрованы данные о цвете глаз ребенка.

А что же такое геном? Так называют всю совокупность нуклеотидных последовательностей в клетке организма. Геном характеризует целый вид, а не отдельную особь.

Каков генетический код человека?

Дело в том, что весь огромнейший потенциал человеческого развития заложен уже в период зачатия. Вся наследственная информация, которая необходима для развития зиготы и роста ребенка уже после рождения, зашифрована в генах. Участки ДНК и есть самые основные носители наследственной информации.

У человека 46 хромосом, или 22 соматические пары плюс по одной определяющей пол хромосоме от каждого родителя. Этот диплоидный набор хромосом кодирует весь физический облик человека, его умственные и физические способности и предрасположенность к заболеваниям. Соматические хромосомы внешне неразличимы, но несут они разную информацию, так как одна из них от отца, другая — от матери.

Мужской код отличается от женского последней парой хромосом — ХУ. Женский диплоидный набор — это последняя пара, ХХ. Мужчинам достается одна Х-хромосома от биологической матери, и затем она передается дочерям. Половая У-хромосома передается сыновьям.

Хромосомы человека значительно разнятся по размеру. Например, самая маленькая пара хромосом — №17. А самая большая пара — 1 и 3.

Диаметр двойной спирали у человека — всего 2 нм. ДНК настолько плотно закручена, что вмещается в маленьком ядре клетки, хотя ее длина будет достигать 2 метров, если ее раскрутить. Длина спирали — это сотни миллионов нуклеотидов.

Как передается генетический код?

Итак, какую роль играют в клетке молекулы ДНК при делении? Гены — носители наследственной информации — находятся внутри каждой клетки организма. Чтобы передать свой код дочернему организму, многие существа делят свое ДНК на 2 одинаковые спирали. Это называется репликацией. В процессе репликации ДНК расплетается и специальные «машины» дополняют каждую цепочку. После того как раздвоится генетическая спираль, начинает делиться ядро и все органеллы, а затем и вся клетка.

Но у человека другой процесс передачи генов — половой. Признаки отца и матери перемешиваются, в новом генетическом коде содержится информация от обоих родителей.

Хранение и передача наследственной информации возможны благодаря сложной организации спирали ДНК. Ведь как мы говорили, структура белков зашифрована именно в генах. Раз создавшись во время зачатия, этот код на протяжении всей жизни будет копировать сам себя. Кариотип (личный набор хромосом) не изменяется во время обновления клеток органов. Передача же информации осуществляется с помощью половых гамет — мужских и женских.

Передавать свою информацию потомству не способны только вирусы, содержащие одну цепочку РНК. Поэтому, чтобы воспроизводиться, им нужны клетки человека или животного.

Реализация наследственной информации

В ядре клетки постоянно происходят важные процессы. Вся информация, записанная в хромосомах, используется для построения белков из аминокислот. Но цепочка ДНК никогда не покидает ядро, поэтому здесь нужна помощь другого важного соединения = РНК. Как раз РНК способно проникнуть через мембрану ядра и взаимодействовать с цепочкой ДНК.

Посредством взаимодействия ДНК и 3 видов РНК происходит реализация всей закодированной информации. На каком уровне происходит реализация наследственной информации? Все взаимодействия происходят на уровне нуклеотидов. Информационная РНК копирует участок цепи ДНК и приносит эту копию в рибосому. Здесь начинается синтез из нуклеотидов новой молекулы.

Для того чтобы иРНК могла скопировать необходимую часть цепи, спираль разворачивается, а затем, по завершении процесса перекодировки, снова восстанавливается. Причем этот процесс может происходить одновременно на 2 сторонах 1 хромосомы.

Принцип комплементарности

Спирали ДНК состоят из 4 нуклеотидов — это аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T). Соединены они водородными связями по правилу комплементарности. Работы Э. Чаргаффа помогли установить это правило, так как ученый заметил некоторые закономерности в поведении этих веществ. Э. Чаргафф открыл, что молярное отношение аденина к тимину равно единице. И точно так же отношение гуанина к цитозину всегда равно единице.

На основе его работ генетики сформировали правило взаимодействия нуклеотидов. Правило комплементарности гласит, что аденин соединяется только с тимином, а гуанин — с цитозином. Во время декодирования спирали и синтеза нового белка в рибосоме такое правило чередования помогает быстро найти необходимую аминокислоту, которая прикреплена к транспортной РНК.

РНК и его виды

Что такое наследственная информация? Это последовательность нуклеотидов в двойной цепи ДНК. А что такое РНК? В чем заключается ее работа? РНК, или рибонуклеиновая кислота, помогает извлекать информацию из ДНК, декодировать ее и на основе принципа комплементарности создавать необходимые клеткам белки.

Всего выделяют 3 вида РНК. Каждая из них выполняет строго свою функцию.

1. Информационная (иРНК), или еще ее называют матричная. Она заходит прямо в центр клетки, в ядро. Находит в одной из хромосом необходимый генетический материал для постройки белка и копирует одну из сторон двойной цепи. Копирование происходит снова по принципу комплементарности.
2. Транспортная — это небольшая молекула, у которой на одной стороне декодеры-нуклеотиды, а на другой стороне соответствующие основному коду аминокислоты. Задача тРНК — доставить в «цех», то есть в рибосому, где синтезирует необходимую аминокислоту.
3. рРНК — рибосомная. Она контролирует количество белка, который продуцируется. Состоит из 2 частей — аминокислотного и пептидного участка.

Единственное отличие при декодировании — у РНК нет тимина. Вместо тимина тут присутствует урацил. Но потом, в процессе синтеза белка, при ТРНК все равно правильно устанавливает все аминокислоты. Если же происходят какие-то сбои в декодировании информации, то возникает мутация.

Репарация поврежденной молекулы ДНК

Процесс восстановления поврежденной двойной цепочки называется репарацией. В процессе репарации поврежденные гены удаляются.

Затем необходимая последовательность элементов в точности воспроизводиться и врезается обратно в то же место на цепи, откуда было извлечено. Все это происходит благодаря специальным химическим веществам — ферментам.

Почему происходят мутации?

Почему некоторые гены начинают мутировать и перестают выполнять свою функцию — хранение жизненно необходимой наследственной информации? Это происходит из-за ошибки при декодировании. Например, если аденин случайно заменен на тимин.

Существуют также хромосомные и геномные мутации. Хромосомные мутации случаются, если участки наследственной информации выпадают, удваиваются либо вообще переносятся и встраиваются в другую хромосому.

Геномные мутации наиболее серьезны. Их причина — это изменение числа хромосом. То есть когда вместо пары — диплоидного набора присутствует в кариотипе триплоидный набор.

Наиболее известный пример триплоидной мутации — это синдром Дауна, при котором личный набор хромосом 47. У таких детей образуется 3 хромосомы на месте 21-й пары.

Известна также такая мутация, как полиплодия. Но полиплодия встречается только у растений.

fb.ru

2. Характеристика днк как носителя генетической информации

Можно отметить две основные характеристики ДНК как носителя генетической информации:

1) последовательность составляющих ДНК элементов (нуклеотидов) имеет индивидуальные особенности у каждого отдельного животного или растения, кроме идентичных (однояйцовых) близнецов или клонированных организмов;

 2) у каждой особи ДНК всех соматических клеток (клеток тела) совершенно одинакова.

 

Заключение

В молекулах ДНК клеток человека запрограммирована генетическая информация, контролирующая каждый миг нашей жизни. Это касается здоровья, нормального развития, продолжительности жизни, наследственных болезней, сердечно-сосудистых заболеваний, злокачественных опухолей, предрасположенности к тем или иным инфекционным заболеваниям, старости и даже смерти.

Правильно и образно сказал об этом в свое время в романе «Лезвие бритвы» писатель Иван Ефремов: «Наследственная память человеческого организма – результат жизненного опыта неисчислимых поколений, от рыбьих наших предков до человека, от палеозойской эры до наших дней. Эта инстинктивная память клеток и организма в целом есть тот автопилот, который автоматически ведет нас через все проявления жизни, борясь с болезнями, заставляя действовать сложнейшие автоматические системы нервной, химической, электрической и невесть какой еще регулировки.  Чем больше мы узнаем биологию человека, тем более сложные системы мы в ней открываем».

Вопросы по теме

1. Какие два типа нуклеиновых кислот содержатся в живых клетках?

2. Кто является материальным носителем генетической информации у вирусов?

3. Как выглядит модель структуры молекулы ДНК?

4. Что такое ген?

5. Что участвует в процессе самовоспроизведения молекул ДНК происходит?

6. Какие основные характеристики ДНК как носителя генетической информации можно отметить?

 

 

 

4.Задание 4 (5). Самоорганизация в неживой природе

Введение

1.     Феномен самоорганизации

2.     Синергетическая концепция самоорганизации

3.     Основные примеры самоорганизации неживой природы

Заключение

Вопросы по теме

Введение

Процессы самоорганизации в неживой природе в должной мере рассматриваются научной дисциплиной, именуемой синергетикой. Ее основоположниками считаются Г. Хакен и И. Пригожин. Закономерности явлений самоорганизации, открываемые синергетикой, не ограничиваются областью неживой природы: они распространяются на все материальные системы. Как отмечает Г. Хакен, принципы самоорганизации, изучаемые этой наукой, распространяются «от морфогенеза в биологии, некоторых аспектов функционирования мозга до флаттера крыла самолета, от молекулярной физики до космических масштабов эволюции звезд, от мышечного сокращения до вспучивания конструкций» («Синергетика». М., 1980. С. 16).

1. Феномен самоорганизации

Свое понимание феномена самоорганизации И. Пригожин связывает с понятием диссипативной структуры — структуры спонтанно возникающей в открытых неравновесных системах. Классическими примерами таких структур являются такие явления, как образование сотовой структуры в подогреваемой снизу жидкости (т.н. ячейки Бенара), «химические часы» (реакция Белоусова — Жаботинского), турбулентное движение и т.д.

В книге И. Пригожина и И.Стенгерс «Порядок из хаоса» процесс возникновения диссипативных структур объясняется следующим образом. Пока система находится в состоянии термодинамического равновесия, ее элементы (например: молекулы газа) ведут себя независимо друг от друга, как бы в состоянии гипнотического сна, и авторы работы условно называют их генами. В силу такой независимости к образованию упорядоченных структур такие элементы неспособны. Но если эта система под воздействием энергетических взаимодействий с окружающей средой переходит в неравновесное «возбужденное» состояние, ситуация меняется. Элементы такой системы «просыпаются от сна» и начинают действовать согласованно. Между ними возникают корреляции, когерентное взаимодействие. В результате и возникает то, что И. Пригожин называет диссипативной структурой. После своего возникновения такая структура не теряет резонансного возбуждения, которое ее и порождает, и одним из самых удивительных свойств такой структуры является ее повышенная «чувствительность» к внешним воздействиям. Изменения во внешней среде оказываются фактором генерации и фактором отбора различных структурных конфигураций. Материальная система такого типа включается в процесс структурогенеза или самоорганизации. Если предполагается, что именно неравновесность является естественным состоянием всех процессов действительности, то естественным оказывается и стремление к самоорганизации как имманентное свойство неравновесных процессов. Схематическое описание возникновения диссипативных структур и связанного с ними процесса структурогенеза объясняет и название дисциплины. Термин «синергетика» образован от греческого «синергиа», которое означает содействие, сотрудничество. Именно «совместное действие» или когерентное поведение элементов диссипативных структур и является тем феноменом, который характеризует процессы самоорганизации.

studfiles.net

ДНК — носитель наследственной информации

    ДНК — ОСНОВНОЙ НОСИТЕЛЬ НАСЛЕДСТВЕННОЙ ИНФОРМАЦИИ [c.162]

    Во-первых, биохимики выяснили состав и строение основных химических компонентов организмов. Например, открытие нуклеиновых кислот произвело настоящий переворот в представлениях о сущности жизни, о наследственной организации растений, животных и человека. В результате проведенных в течение последних 100 лет исследований были выяснены особенности строения молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), которая играет роль главного носителя наследственной информации в живых организмах. [c.18]

    Современное естествознание расширило и конкретизировало определение сущности жизни, данное Ф. Энгельсом. Былп выяснено, что развитие любых организмов тесно связано не только с белками, но и с нуклеиновыми кислотами ДНК и РНК—-носителями наследственной информации об организме. Основными молекулами живых систем (организмов) являются биополимеры белки (полипептиды) и ДНК и РНК (полинуклеп-тилы), а основной признак лсизни — самовоспроизведение г ь [c.17]

    Нуклеиновые кислоты, прежде всего ДНК, являются материальными носителями наследственной информации и определяют видовую специфичность организма, сложившуюся в ходе биологической эволюции. Важно уяснить, что носителями наследственной (генетической) информации являются именно пуриновые и пиримидиновые основания, подобно тому, как боковые заместители аминокислот определяют пространственное строение и функциональные свойства белков. Сочетания трех рядом стоящих нуклеотидов в цепи ДНК называются триплетами оснований, или кодонами. Сумма всех кодонов ДНК составляет генетический код (см. главу 12). Молекула ДНК организована в клетке в структурные единицы — гены. Гены, в свою очередь, локализованы в хромосомах, которые находятся в ядре животных или растительных клеток. Именно ген содержит информацию, определяющую фенотипический признак орга- [c.285]

    У большой группы вирусов носителем наследственной информации является [c.112]

    Хромосомы — основной материальный носитель наследственной информации. Самовоспроизводящиеся структуры, представляющие комплекс ДНК и белков в ядрах эукариотических клеток (клеток высших организмов, имеющих клеточное ядро). В каждой хромосоме содержится по одной молекуле ДНК. Количество хромосом для каждого вида высших организмов является строго определенной постоянной величиной и, как правило, выражено четным числом. Во время деления ядра и клетки поведение хромосом подчиняется определенным закономерностям. [c.114]

    Строение синтезируемого белка (т. е. последовательность входящих в его состав аминокислот) предопределяется строением соответствующей (содержащей несколько тысяч оснований) молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), где каждой аминокислоте соответствует определенная последовательность трех соседних нуклеиновых оснований. Иными словами эту основную мысль выражают, говоря, что строение белка закодировано в молекуле ДНК, являющейся основным носителем наследственной информации. При синтезе новой молекулы белка протекает несколько процессов. На молекуле ДНК хромосом, как на матрице, синтезируется особая, более короткая (содержащая несколько сотен оснований) молекула рибонуклеиновой кислоты (РНК), называемая информационной РНК (иногда говорят РНК-посредяик или матричная РНК). JB отличие ог молекулы ДН] нредставляющей со- [c.131]

    За исследования строения индивидуальных белков Ф. Сенгеру в 1958 г. была присуждена Нобелевская премия. Однако после этого он переключился на разработку методов определения строения индивидуальных нуклеиновых кислот. Фактически это были поиски путей к определению строения генов-носителей наследственной информации в организмах живых существ. В конц 70-х годов эти работы увенчались успехом, в 1980 г. Ф. Сенгеру была вновь присуждена Нобелевская премия по химии — беспрецедентный случай в истории химии. До него Нобелевскую премию дважды получала М. Кюри, но один раз по химии, а второй раз по физике. Двумя Нобелевскими премиями по физике был отмечен Д. Бардин, и две Нобелевские премии получил Л. Полинг, но одну по химии, а другую за деятельность в защиту мира. [c.185]

    В каждой живой клетке содержатся нуклеопротеиды — вещества, -состоящие из белков, соединенных с природными полимерами иного тила — нуклеиновыми кислотами. Вероятно, во всей химии не найдется столь же интересных для изучения веществ, как нуклеиновые кислоты, ибо они являются носителями наследственной информации. Рассмотрим кратко структуру нуклеиновых кислот для того, чтобы в следующем разделе познакомиться с тем, как связана их структура с той жизненно важной (в буквальном смысле этого слова) ролью, которую они играют в наследственности. [c.1062]

    В то же время следует помнить, что все перечисленные свойства генетического материала существуют в диалектическом единстве. Их нельзя отрывать друг от друга и изучать изолированно. Так, например, свойства дискретности и непрерывности составляют некую об цую характеристику носителей наследственной информации. Дискретные единицы — гены — составляют единое целое в виде группы сцепления — хромосомы — и входят в обилую систему более высокого порядка — систему генома, систему функционирующих генов различных клеток многоклеточного организма и т. л. [c.259]

    До того как были расшифрованы загадки строения и функционирования нуклеиновых кислот, проблемы воспроизведения живых организмов и передачи наследственных признаков в живых организмах биологическая наука связывала с понятиями хромосома и ген . Термин хромосома означал такую структурную единицу в ядре клетки, которая являлась носителем наследственной информации. Под термином ген понимали часть хромосомы , которая контролирует передачу отдельных характерных наследственных признаков цвет глаз, цвет волос и т. д. [c.533]

    Носитель наследственной информации (ДНК) отделен от метаболических пространств ядерной оболочкой. [c.522]

    В 1953 г. американский химик Дж. Уотсон (род. 1928) и английский физик Ф. Крик (род. 1916), обобщив работы многих ученых, описали вторичную структуру дезоксирибонуклеиново кислоты, представив ее в виде двойной спирали. Эта модель сыграла важную роль в развитии генетики. В 1958 г. за исследование строения индивидуальных белков, а в 1980 г. за определение строения генов-носителей наследственной информации в организмах дважды был удостоен Нобелевской премии Ф. Сенгер (род. 1918). [c.8]

    Глава 11 посвящена обмену нуклеиновых кислот — главных носителей наследственной информации и метаболической индивидуальности живых организмов. [c.310]

    К концу XIX столетия биологи обнаружили, что хромосомы (которы

www.chem21.info

ДНК – носитель наследственной информации. Генетический код

Разделы: Биология

---

Цель урока:

Сформировать знания об основном процессе метаболизма – биосинтезе белка как сложнейшем многоступенчатом процессе, в котором реализуются функции многих веществ и органоидов клетки; закрепить знания о генетическом коде.

Сформировать умения и навыки самостоятельной работы с учебником, выделять главное, формировать выводы (слайд 1, 2).

Оборудование: таблица “Строение животной клетки”, “Белки”, модель ДНК, мультимедийная установка.

Программное обеспечение: презентация в Power Point.

Ход урока

I. Организационный момент (Приложение 1)

II. Актуализация знаний учащихся по теме “Белки”, “Нуклеиновые кислоты”

1. Что такое белки?
2. Что является мономерами всех природных белков? (20 аминокислот).
3. Вспомните, какие функции выполняют белки? (Слайд 3)
4. Назовите особенности строения НК. (Слайд 4)
5. Вспомните, где содержатся молекулы ДНК в клетках растений и животных? (Слайд 5)
6. Что такое комплементарность? (Слайд 6)
7. Назовите виды РНК (Слайд 7)

III. Изучение нового материала

Все свойства любого организма определяются его белковым составом. Причем структура каждого белка определяется последовательностью аминокислотных остатков. Следовательно, в итоге наследственная информация, которая передается из поколения в поколение, должна содержать сведения о первичной структуре белков.

Генетическая информация – это информация о строении всех белков организма заключенная в молекулах ДНК (запись термина в тетрадь) (слайд 8).

Вспомните, что такое ген?

Ген – это участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру одной полипептидной цепи (слайд 9). В ДНК заложена информация о первичной структуре белка.

Генетический код – набор сочетаний трех нуклеотидов, кодирующих 20 типов аминокислот, входящих в состав белков.

Свойства генетического кода:

1. Код триплетен. Каждой АК соответствует участок цепи ДНК, и соответственно, и-РНК из трех рядом стоящих нуклеотидов (рассмотреть пример в учебнике на стр. 75 рис. 37). В настоящее время генетический код полностью расшифрован и составлена карта, то есть известно, какие триплеты соответствуют той или иной аминокислоте из 20, входящих в состав белков.
2. Код однозначен. Каждый кодон шифрует только одну АК.
3. Код избыточен (специфичен). Это означает, что каждая АК шифруется более чем одним кодоном (за исключением метионина и триптофана). ДНК состоит из 4 разных видов нуклеотидов, а наименьшей структурной единицей гена является триплет нуклеотидов. Поэтому число возможных комбинаций равно 4³ = 64. Разных же аминокислот только 20. Таким образом, различных триплетов нуклеотидов с избытком хватает для кодирования всех аминокислот.
4. Код не перекрывается. Любой нуклеотид может входить в состав только одного триплета.
5. Между генами имеются “знаки препинания”. Из 64 триплетов –У-А-А, У-А-Г, У-Г-А не кодируют АК (рассмотреть в учебнике таблицу генетического кода). Эти триплеты – сигналы окончания синтеза полипептидной цепи. Необходимость в наличии данных триплетов объясняется тем, что в ряде случаев на и-РНК осуществляется синтез нескольких полипептидных цепей, и для отделения их друг от друга используются эти триплеты.
6. Код универсален. Генетический код един для всех живущих на Земле живых организмов (слайд 10,11).

VI. Закрепление материала

1. Пользуясь таблицей генетического кода ДНК, определите, какие АК кодируются триплетами: ЦАТ, ТТТ, ГАТ
2. Используя таблицу генетического кода, нарисуйте участок ДНК, в котором закодирована информация о следующей последовательности аминокислот в белке: – аланин – аргинин – валин – глицин – лизин (слайд 12).

V. Домашнее задание. § 2.10 с. 73–75, конспект урока.

18.05.2010

Поделиться страницей:

urok.1sept.ru