Молекулярные основы наследственности

Содержание
  1. Молекулярные основы наследственности
  2. Тема 10. Молекулярные основы наследственности — Электронные пособия для студентов-ветеринаров
  3. 05. Молекулярные основы наследственности
  4. Строение и синтез ДНК.
  5. Репликация ДНК.
  6. Строение, синтез и типы РНК
  7. Строение хромосом: хроматида, хромомеры, эухроматические и гетерохроматические районы хромосом.
  8. Изменения в организации морфологии хромосом в ходе митоза и мейоза. Репликация хромосом. Политения. Онтогенетическая изменчивость хромосом.Хромосомы в период митоза и мейоза
  9. Молекулярные основы наследственности. Роль ДНК в наследственности
  10. Теория: много не бывает
  11. Генетика как наука
  12. Генетические базы
  13. Имена и даты
  14. Одинаковые, но столь разные
  15. Реплика: гарант постоянства и изменений
  16. Новые данные – новые теории
  17. РНК: особенности
  18. Информация и наследственность
  19. Протеины и их генетическая роль
  20. ДНК: особенности
  21. Генетическая информация: это интересно

Молекулярные основы наследственности

Молекулярные основы наследственности

До40-х годов нашего столетия большинствоученых считали, что гены имеют белковуюприроду. Выдающийся русский иссле­довательН. К.

Кольцов высказал мысль о том, чтохромосома — этогигантская биологическая молекула,обладающая свойством самоудвоения, ичто все признаки и свойства организмаобуслов­леныстроением белка и взаимодействием егомолекул. В 1927 г. Н. К.

Кольцов подготовилбазу для понимания ауторепродукциихромосом, что составляет в настоящеевремя основу молекуляр­нойгенетики. Казалось вероятным, что именнов белках заключе­нанаследственная информация о развитиивсех признаков и свойстворганизма.

Однако проведенные впоследующем экспери­ментына микроорганизмах с применениемновейших методов исследований,рентгеноструктурного анализа, электронноймик­роскопии,меченых атомов и т. д. позволили установить,что гене­тическаяинформация сосредоточена в нуклеиновыхкислотах.

ДОКАЗАТЕЛЬСТВАРОЛИ ДНК В НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

В1928 г. Ф. Гриффит впервые получилдоказательства воз­можнойпередачи наследственных задатков отодной бактерии к другой. Ученый вводилмышам вирулентный капсульный иави-рулентный бескапсульный штаммыпневмококков. При введении вирулентногоштамма мыши заболевали пневмонией ипогибали. При введении авирулентногоштамма мыши оставались живыми.

Привведении вирулентного капсульногоштамма, убитого нагре­ванием,мыши также не погибали. В следующемопыте он ввел смесьживой культуры авирулентного бескапсульногоштамма со штаммомубитого нагреванием вирулентногокапсульного и по­лучилнеожиданный результат — мыши заболелипневмонией и погибли.

Из крови погибших животных были выделеныбакте­рии,которые обладали вирулентностью и былиспособны обра­зоватькапсулу. Следовательно, живые бактерииавирулентного бескапсульногоштамма трансформировались — приобрелисвой­стваубитых болезнетворных бактерий. Вдальнейшем другими учеными былиподтверждены результаты опытов Ф.

Гриффита в условияхпробирки. Основываясь на этих опытах, в 1944 г.

74

О.Эвери и его сотрудники Мак-Леод иМак-Карти изучили роль разныхвеществ клетки в явлениях трансформациии получили убедительныедоказательства того, что трансформирующимфак­торомявляется дезоксирибонуклеиновая кислота(ДНК).

Было установлено,что под действием дезоксирибонуклеазы— фермен­та,специфически разрушающего ДНК, активностьтрансформи­рующегофактора исчезла.

В то же время рибонуклеазаи протео-литическиеферменты не изменяли биологическойактивности трансформирующегофактора.

Следующимдоказательством генетической роли ДНКбыли экспериментыА. Херши и М. Чейза, проведенные сбактериофа­гомв 1952 г. Основные компоненты фага — ДНКи белок. ДНК фагабыла помечена радиоактивным фосфором(32Р),который включаетсятолько в ДНК.

Белок фага пометили спомощью ра­диоактивнойсеры г%), которая включается только вбелок. Послезаражения бактерий мечеными фагамибыло установлено, что в клетку бактериипроникает только молекула ДНК, а белко­ваяоболочка фага остается снаружи.

Тем неменее в клетках зараженныхбактерий образовалось множество зрелыхчастиц фага.Это говорило о том, что в ДНК заключенанаследственная информацияо всех признаках и свойствах фага. ОпытыА. Херши и М.

Чейза еще раз подтвердили,что наследственная информация заключенав молекулах ДНК и передается ими понаследству. В последующембыло установлено, что у некоторыхпрокариот на­следственнаяинформация зашифрована в молекулахРНК.

БИОЛОГИЧЕСКАЯРОЛЬ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ

Генетическаяинформация реализуется в процессебиосинтеза белков.Всеосновные свойства живых существопределяются структурой и функциейбелковых молекул. В последние 40 лет вряделабораторий разных стран мира быловыяснено, что синтез специфическихбелков предопределен генетически.Материаль­ным субстратом наследственностиявляется ДНК.

Вмолекулах ДНКзашифрована наследственная информацияо строении каждого белка.ДНКобеспечивает хранение и передачугенетической ин­формации из поколенияв поколение. Участокмолекулы ДНК, кодирующийпервичную структуру полипептида,молекулы транс­портнойили рибосомной РНК, называется геном.

Реализацияна­следственнойинформации осуществляется с участиемрибонук­леиновыхкислот (РНК).

Белки— структурная основа всех клеток,органов и тканей организма.В сочетании с другими веществами ониучаствуют в формировании различногорода клеточных структур.

Многочисленнымиисследованиями установлено, что белкиразличаютсякак у отдельных видов микроорганизмов,растений иживотных, так и в пределах одного вида.Главные структурные

75

элементыбелковых молекул — 20 аминокислот.Специфика строениябелковой молекулы определяется наличиемопределен­ныхаминокислот и порядком их расположенияв полипептидных цепях.

К настоящему времени достигнутызначительные успехи в раскрытиихимической структуры различных белкови полипеп­тидов.

Рассмотрим, как влияетсодержание аминокислот и их чередованиев полипептидных цепях гормонов гипофизаоксито-цина и вазопрессина на ихбиологическую роль. Эти гормоны включаютпо 9 аминокислотных остатков:

окситоцин:цистеил — тирозил — изолейцил—глутамил — ас-парагил — цистеил —пролил — лейцил— глицин;

вазопрессин:цистеил — тирозил — фенилаланил—глутамил — аспарагил— цистеил — пролил — аргинил—глицин.

Как видим, разницасостоит только в том, что в окситоцинена третьем месте стоитаминокислота изолейцин, на восьмомлейцин, а у вазо­прессинасоответственно фенилаланин и аргинин.

Эти неболь­шиеизменения обусловили разную биологическуюроль гормо­нов:окситоцин вызывает сокращение маткиво время родов, а вазопрессинувеличивает кровяное давление.

Обнаружено,что виды, породы и отдельные индивидуумыимеют незначительныеспецифические отличия в строенииферментов и другихбелковых молекул, выполняющих одинаковыефункции.

Однакоимеется много случаев, когда незначительныеизмене­нияв структуре белка приводят к серьезнымпоследствиям. Так, известно,что от 5 до 20 % коренного населения Африки,Индии иСредиземноморских стран имеют аномальныйгемоглобин S,которыйотличается от нормального гемоглобинаА только по однойаминокислоте. Ниже приведено чередованиеаминокислот наопределенном участке гемоглобина А иS:

гемоглобин А—лей-тре-про-глу-глу-лиз;

гемоглобинS—лей-тре-про-вал-глу-лиз.

Незначительныеизменения в строении гемоглобинаявляются причиной тяжелого наследственногозаболевания — серповидно-клеточнойанемии. Эритроциты больных серповидноклеточнойанемиейимеют форму серпа, а не округлую, как внорме.

ХИМИЧЕСКИЙСОСТАВ И СТРУКТУРА НУКЛЕИНОВЫХКИСЛОТ

Нуклеиновыекислоты впервые открыл И. Ф. Мишер в 1868г. Онвыделил из ядер клеток особое веществокислотной природы иназвал его нуклеином. Впоследствии емудали название «нук­леиноваякислота». Было обнаружено два типануклеиновых кис­лот.

Их назвали в зависимости от углеводногокомпонента, вхо­дящегов состав.

Нуклеиновую кислоту, в составкоторой входит углеводдезоксирибоза,назвалидезоксирибонуклеиновойкислотой (ДНК),ав состав которой входит углевод рибоза,рибонуклеино-

76

войкислотой (РНК). Впериод с 1900 по 1932 г. был определенхимическийсостав нуклеиновых кислот. Они включаютследую­щиекомпоненты:

РНК

Аденин, гуанин Цитозин, урацил Рибоза

ДНК

Аденин, гуанин Цитозин, тимин Дезоксирибоза

Пуриновые основанияПиримидиновые основания Углеводныйкомпонент

Обенуклеиновые кислоты включают остаткифосфорной кисло­ты.Различие заключается в том, что в составРНК входит азотистое основаниеурацил вместо тимина и рибоза вместодезоксирибозы.

В1936 г. на кафедре биохимии растенийМосковского уни­верситета А. Н.Белозерский с И. И. Дубровской впервыевыде­лилиДНК в чистом виде из растительногоматериала. К середи­не40-х годов было выяснено, что ДНК и РНКодновременно присутствуютв каждом живом организме.

Вконце 40-х — начале 50-х годов при изучениинуклеиновых кислот стали использоватьновые физические и химические мето­дыисследования. В 1950 г. Э. Чаргафф установилправила нукле-отидныхотношений, лежащие в основе строениявсех ДНК.

ПравилаЧаргаффа заключаютсяв том, что вДНК содержание аденинаравно содержанию тимина (А = Т), а содержаниегуанина равносодержанию цитозина (Г =И),отсюдаА+ Г/Т +Ц=1;суммапуриновых нуклеотидов равна суммепиримидиновых нуклео-тидов.Всоответствии с этим правилом нуклеотидныйсостав разныхорганизмов может варьировать толькопо величине А+Т/Г+Ц.

К1952 г. Р. Франклин и М. Уилкинс добилисьполучения высококачественныхрентгенограмм ДНК, показавших, что онаимеет форму спирали и двойственнуюструктуру.

В1953 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик, опираясь наданные рентге-ноструктурногоанализа и правила Чаргаффа, установилиструк­туруДНК.

Согласно их модели молекула ДНКимеет двойную спираль, состоящую издвух полинуклеотидных цепей с общейосью (рис. 17). Диаметр двойной спиралиДНК равен 2 нм, а расстояниемежду витками 3,4 нм.

На каждый витокспирали приходится10 пар нуклеотидов, отсюда расстояниемежду азо­тистымиоснованиями равно 0,34 нм.

Структурнымиединицами полинуклеотидных цепейявляются нуклеотиды.Всостав нуклеотида входят: одно изазотистых ос­нований— пуриновое (аденин или гуанин) илипиримидиновое (тимин или цитозин),дезоксирибоза, фосфатный остаток.

Этикомпонентысоединены друг с другом в следующемпорядке: азотистоеоснование дезоксирибоза— фосфатный остаток. Со­единениеодного из оснований с дезоксирибозойприводит к образованию нуклеозида.

Вслучае присоединения фосфатной группык углеводной части нуклеозида образуетсянуклеотид.

77

Дезоксирибоза в нуклеотидах соединяется с основаниями гли-козидной связью, а с фосфорной кислотой — эфирными связя­ми. Следовательно, по химическому составу любой нуклеотид — это фосфорный эфир нуклеозидов. В соответствии с этим нукле-отиды называются дезоксиадениловой, дезоксигуаниловой, дезокси-цитидиловой и тимидиловой кислотами.

Наряду с главными азотистыми основаниями ДНК содержит также метилированные основания, такие, как 5-метилцитозин, 5-оксиметилцитозин и др. У животных количество 5-метилцито-зина в ДНК обычно не превышает 1,5—2 %.

В каждой из цепей ДНК нуклеотиды последовательно соедине­ны друг с другом с помощью остатка фосфорной кислоты и моле­кулы дезоксирибозы. Дезоксирибоза связывается с одной молеку­лой фосфорной кислоты через углерод в положении 3', а с дру­гой — через углерод 5', образуя углеводно-фосфатный остов (рис. 18).

Обе цепи в молекуле ДНК имеют противоположную поляр­ность. Это означает, что межнуклеотидная связь в одной цепи имеет направление 5'-»3', а в другой

Азотистые основания нуклеотидов обеих цепей ДНК заключены внутри между витками спирали и соединены водородными связями.

В соответствии с правилами Чаргаффа аденин одной цепи связан только с тимином другой цепи, а гуанин только с цитозином.

Пара аденин — тимин соединена двумя водородными связями, а пара гуанин — цитозин — тремя. Такой по­рядок соответствия азотистых осно­ваний (А **Т и Г **Д) называется

комплементарностью, и, следовательно, цепи в ДНК комплементарны, они взаимно дополняют друг друга.

Углеводно-фосфатный остов по всей длине во всех молекулах ДНК имеет однотипную структуру и не может нести генетической информа­ции. В противоположность этому рас-

Рнс. 17. Схема строения молекулы ДНК из двух спирально закрученных цепей (по Д. Уотсо-ну и Ф. Крику) (Цифры указывают на расстоя-

ния ■ А между разными точками молекулы)

78

Рис. 18. Схема отрезка двухцепочной молекулы ДНК (по С. М. Гершензону)

положение пуриновых и пиримидиновых оснований нуклеотидов вдоль цепи ДНК очень изменчиво и характерно для каждого данного типа молекул ДНК. Значит, наследственная информация зашифрована различной последовательностью оснований.

Нуклеотидный состав ДНК значительно варьирует в зависи­мости от принадлежности организма к той или иной системати­ческой группе (табл. 7). Специфичность ДНК выражается соот­ношением А + Т/Г + Ц, получившим название коэффициента ви­довой специфичности.

7. Нуклеотидный состав ДНК из различных (по А. Ленинджеру, 1976)ИСТОЧНИКОВ
Нуклеотидный состав,мол. %Коэффициент
ОбъектАГЦтспецифичности А + Т/Г + Ц

30,9 19,9 19,8 29,4 1,52

Человек Животные:

28,3 1,36

29,2 1,38

27.1 1,1932,9 1,7924,9 1,00

23,6 0,93

29,321,421,0
28,820,521,5
27,322,722,8
31,318,717,1
25,025,125,0
24,726,025,7
30,821,019,0
36,914,012,8
21,029,028,9
13,437,137,1

овиа

курица

Растения, грибы, зерна пшеницы Дрожжи

Aspergillus niger Бактерии:

Е. coli

Staphylococcus ayreus

Clostridium perfinngens

Bnicella abortus

Sarcina lutea

79

ВДНК животных наблюдается избыток А + Тпо отношению кГ + Ц. У грибов и бактерий встречаютсяформы как богатые А+ Т, так и с преобладанием Г + Ц, в то жевремя есть близкие покоэффициенту специфичности к животным.Это говорит о том,что изменчивость в расположении основанийуже достаточ­надля того, чтобы обеспечить различиямежду генами этих организмов.

МолекулыДНК состоят примерно из 2-Ю3—МО8и более нуклеотидови имеют большую относительную молекулярнуюмассу.

Репликация(удвоение) ДНК. ДНКнаходится в хромосомах, и репликацияее происходит перед каждым удвоениемхромосом и деле­ниемклетки. Дж.Уотсон и Ф. Крик предложили схему удвоенияДНК, согласно которой спиралевиднаядвухцепочная ДНК снача­лараскручивается (расплетается) вдольоси.

При этом водородные связимежду азотистыми основаниями рвутся ицепи расходятся. Одновременнок нуклеотидам каждой цепи пристраиваютсяком­плементарные азотистые основаниянуклеотидов второй цепи, где противаденина встает тимин, против тимина —аденин, против гуанина— цитозин и т. д.

, которые с помощьюферментов ДНК-полимераз связываются вновые полинуклеотидные цепи. В ре­зультатеиз одной образуются две новые дочерниемолекулы ДНК. Каждаядочерняя молекула, наследуя структуруодной цепи мате­ринскоймолекулы, строго сохраняет специфичностьзаключенной в нейинформации.

Посколькуматрицей для репликации служит однаиз двух цепей молекулы, такой тип синтезаДНК носит названиеполуконсервативной ауторепродукции.

Дальнейшиеисследования показали, что репликациябактери­альных и других молекул ДНКначинается в определенной точке старта.В хромосомах эукариот обнаружено понескольку таких начальныхточек. Цепи ДНК в точке инициациирепликации разъединяютсяпод влиянием особого белка геликазы(рис. 19).

Возникаютодноцепочные участки ДНК, которыестановятся матрицамидля репликации-притяжения комплементарныхнук­леотидов.Эти одноцепочные участки связываютсяс особыми белками, которые их стабилизируют(препятствуют их компле­ментарномувзаимодействию).

Особый ферменттопоизомераза (у прокариотназьгаается ДНК-гиразой) способствуетрасщеплению спиралиДНК в области репликационной вилки.

Репликацияна материнской цепи, идущей от точкистарта в направлении5'-*3', идет в виде сплошной линии. Эта цепьполу­чиланазвание лидирующей.

Синтезна второй цепи 3'->5' идет отдельнымифрагментами в противоположном направлении(тоже 5'-»3')-Эта цепь получила название запаздывающей.

Фрагментамиявляютсянебольшие участки ДНК (у кишечной палочкиоколо 2000нуклеотидов, у эукариот около 200). Ониназываются по

80

фрагментыОкозаки

Рис.19. Синтез лидирующей (вверху) и запаздывающей(внизу) цепей ДНК в вилке репликации (поВ. Alberts,R. Sternglanz)

имениоткрывшего их японского ученого Р.Оказаки. После за­вершениясинтеза фрагменты Оказаки соединяютсяпри помощи ферменталигазы в общую полинуклеотидную цепочку.

У эукари­отрепликация ДНК и соединение различныхее репликационных участковпроисходят в фазе S-периодаинтерфазы.

Послезаверше­нияэтой фазы в каждой хромосоме имеетсядве молекулы ДНК, которыестановятся двумя идентичными хроматидами.

Структура,способная к репликации (хромосома,плазмида, вирусныйгеном), называется репликоном.

Самоудвоениемолекул ДНК — основа устойчивостигенети­ческойинформации данного вида и обеспечиваетматериальную непрерывностьнаследственного вещества клетки.

Источник: https://studfile.net/preview/5611548/page:21/

Тема 10. Молекулярные основы наследственности — Электронные пособия для студентов-ветеринаров

Молекулярные основы наследственности

Фрагмент цепи ДНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:

ГТГТТТГАГЦАТ. Определите последовательность нуклеотидов на и-РНК, антикодоны т-РНК и последовательность аминокислот во фрагменте молекулы белка, используя таблицу генетического кода.

Схема решения задачи включает:

1) последовательность на и-РНК: ЦАЦАААЦУЦГУА;

2) антикодоны молекул т-РНК: ГУГ, УУУ, ГАГ, ЦАУ;

3) последовательность аминокислот: гис-лиз-лей-вап

Фрагмент цепи и-РНК имеет следующую последовательность нуклеотидов:

ЦУАЦААГГЦУАУ.

 Определите последовательность нуклеотидов на ДНК, антикодоны соответствующих т-РНК и аминокислотную последовательность соответствующего фрагмента молекулы белка, используя таблицу генетического кода.

Схема решения задачи включает:

1) последовательность на ДНК: ГАТГТТЦЦГАТА;

2) антикодоны четырех молекул тРНК: ГАУ, ГУУ, ЦЦГ, АУА;

3) аминокислотная последовательность: лей-глн-гли-тир.

 Мутации

  •  Задача 3 (выпадение триплета)

Последовательность нуклеотидов в цепи ДНК: — ААТГЦАГГТЦАЦТЦАТГ. В результате мутации выпадает второй триплет. Запишите новую последовательность нуклеотидов в цепи ДНК. Определите по ней последовательность нуклеотидов в и РНК и последовательность аминокислот в полипептиде. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.

Схема решения задачи включает:

1. последовательность нуклеотидов в ДНК: -АТГТЦАЦТЦАТГ-;

2. последовательность нуклеотидов в иРНК: -УАЦАГУГАГУАЦ;

3. последовательность аминокислот в полипептиде: -тир-сер-глу-тир

  •  Задача 4 (замена нуклеотида)

Фрагмент исходной цепи молекулы ДНК АГЦЦТГАТТА.

Известно, что произошла мутация, в результате которой второй нуклеотид  Г – замещается на нуклеотид А. Определите новую последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, и-РНК, синтезируемой на мутантной ДНК, а также последовательность аминокислот в молекуле белка, синтезируемого на мутантной ДНК. Используйте таблицу генетического кода.

Схема решения задачи включает: 

1. Молекула мутантной ДНК: ААЦЦТГАТТААА.

2. Молекула и-РНК, синтезируемая на мутантной ДНК, УУГГАЦУААУУУ

3. Молекула мутантного белка: лей-асп—фен

  • Задача 5 (триплеты меняются местами)

Последовательность нуклеотидов в цепи ДНК: ГТТЦГТААГЦАТГГГЦТ. В результате

генной мутации второй и третий триплеты меняются местами. Определите новую

последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, и-РНК, синтезируемой на мутантной ДНК, а также последовательность аминокислот в молекуле белка, синтезируемого на мутантной ДНК. Используйте таблицу генетического кода.

Схема решения задачи включает: 

1. Молекула мутантной ДНК: ГТТААГЦГТЦАТГГГЦТ.

2. Молекула и-РНК, синтезируемая на мутантной ДНК, ЦААУУЦГЦАГУАЦЦЦГА

3. Молекула мутантного белка: глн – фен-ала-вал-про

  • Задача 6 (выпадение нуклеотида)

Фрагмент исходной цепи молекулы ДНК АГЦЦТГАТТА.

Известно, что произошла мутация, в результате которой второй нуклеотид потерян.

Определите новую последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, и-РНК,

синтезируемой на мутантной ДНК, а также последовательность аминокислот в молекуле белка, синтезируемого на мутантной ДНК. Используйте таблицу генетического кода.

Схема решения задачи включает: 

4. Молекула мутантной ДНК: АЦЦТГАТТА

5. Молекула и-РНК, синтезируемая на мутантной ДНК, УГГАЦУААУ

6. Молекула мутантного белка: три-тре-асн.

  • Задача 7 (выпадение нуклеотидов)

Последовательность нуклеотидов в цепи ДНК: ГТТЦГТААГЦАТГГГЦТ. В результате

мутации одновременно выпадают третий и шестой нуклеотиды. Запишите новую

последовательность нуклеотидов и цепи ДНК. Определите, но ней последовательность нуклеотидов в и-РНК и последовательность аминокислот в полипептиде. Дли выполнения задания используйте таблицу генетического кода.

Схема решения задачи включает: 

1) последовательность нуклеотидов в ДНК: — ГТЦГААГЦАТГГГЦТ; 

2) последовательность нуклеотидов в и РНК: -ЦАГ ЦУУЦГУАЦЦЦГА-; 

3) последовательность аминокислот в полипептиде: -гли-лей-арг-тре-арг.

  • Задача 8 (выпадение нуклеотидов)

Последовательность нуклеотидов в цепи ДНК: — ААТГЦАГГТЦАЦТЦАТГ. В результате мутации одновременно выпадают второй и пятый нуклеотиды. Запишите новую последовательность нуклеотидов в цепи ДНК. Определите по ней последовательность нуклеотидов в и РНК и последовательность аминокислот в полипептиде. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.

Схема решения задачи включает:

1) последовательность нуклеотидов в ДНК: -АТГАГГТЦАЦТЦАТГ-;

2) последовательность нуклеотидов в иРНК: -УАЦУЦЦАГУГАГУАЦ;3) последовательность аминокислот в полипептиде: -тир-сер-сер-глу-тир

  • Задача 9 (нуклеотиды меняются местами)

Последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК: ЦААГЦАТТЦГТАЦЦЦГ. В результате генной мутации третий и четвертый  нуклеотиды меняются местами.

Запишите новую последовательность нуклеотидов в цепи ДНК. Определите по ней последовательность нуклеотидов в и РНК и последовательность аминокислот в полипептиде. Для выполнения задания используйте таблицу генетического кода.

Схема решения задачи включает:

1.последовательность нуклеотидов в ДНК: ЦАГАЦАТТЦГТАЦЦЦГ.

2.последовательность нуклеотидов в и-РНК: ГУЦУГУААГЦАУГГГЦ

3. последовательность аминокислот в полипептиде: вал-цис-лиз-гис-гли

Количественный расчет аминокислот (АМК)

В процессе трансляции участвовало 15 молекул т-РНК. Определите число аминокислот, входящих в состав синтезируемого белка, а также число триплетов и нуклеотидов в гене, который кодирует этот белок

Схема решения задачи включает:

1. Одна т-РНК присоединяет одну АМК, значит,  АМК в данном процессе трансляции участвовало – 15.

2. Один триплет кодирует одну АМК – всего 15 АМК, значит и триплетов 15.

3. Каждый триплет содержит 3 нуклеотида, 15*3=45 нуклеотидов.

 Процентное содержание нуклеотидов

В ДНК зародыша пшеницы 15% нуклеотидов с тимином. Определите содержание (в %) нуклеотидов с аденином, гуанином и цитозином и молекуле ДНK. 

Схема решения задачи включает:

1) нуклеотиды е тимином (Т) комплементарны нуклеотидам с аденином (А),

следовательно, Г=А=15%;

2) сумма нуклеотидов А+Т=30%, следовательно сумма нуклеотидов Г+Ц=70%;

3) нуклеотиды с гуанином (Г) комплементарны нуклеотидам с цитозином (Ц), поэтому Г=Ц=35%.

Фрагмент молекулы и-РНК содержит 12 нуклеотидов. Определите, сколько триплетов входит с состав матричной цепи ДНК. Установите, какой процент в молекуле ДНК составляют цитозиновые, адениновые и гуаниновые нуклеотиды, если извесно, что тимина – 31%

Схема решения задачи включает: 

1. Триплеты ДНК – 4.

2. Тимин комплементарен – 31%

3. Цитозин и гуанин составляют по 19%

В синтезе белка принимают участие 6 видов т-РНК. Определите, сколько нуклеотидов содержит матричная цепь молекулы ДНК. Установите, какой процент в молекуле ДНК составляют тиминовые, цитозиновые и гуаниновые нуклеотиды, если адениена – 17%.

Схема решения задачи включает: 

1. Цепь ДНК содержит 18 нуклеотидов.

2. Тимин комплементарен аденину – 17%

3. Цитозин и гуанин составляют по 33%

Источник: https://www.sites.google.com/site/nevidimova/genetika/molekularnaa

05. Молекулярные основы наследственности

Молекулярные основы наследственности

После того как было установлено, что гены находятся в хромосомах и расположены там в определенном порядке, возник вопрос об их химический природе. Ученым было известно, что в состав хромосом высших организмов входят ДНК и несколько типов гистоновых и негистоновых белков.

До 40-х годов нашего столетия большинство ученых считали, что гены имеют белковую природу. Русский ученый Н. К. Кольцов высказал мысль, что хромосома это гигантская биологическая молекула, обладающая свойством самоудвоения, и что все свойства и признаки организма обусловлены строением белка и взаимодействием его молекул.

Казалось вероятным, что именно в 6елках заключена наследственная информация о развитии всех признаков и свойств организма. Однако проведенные в последующем эксперименты на микроорганизмах с применением новейших методов исследований позволили установить, что генетическая информация сосредоточена в нуклеиновых кислотах.

В 1944 году американский микробиолог Эвери из бактерий штамма S выделил ДНК и внес ее в питательную среду, на которой размножались бактерии авирулентного штамма R. Значительная часть авирулентных бескапсульных бактерий штамма R  трансформировалась в капсульные вирулентные бактерии S -штамма.

Это явление дало Эвери основание утверждать о ведущей роли ДНК в переносе наследственной информации от одного штамма бактерий к другому.

Другой эксперимент, подтверждающий роль ДНК в наследственности, провели американские ученые И. Чейз и Херши. Они размножали ДНК-содержащий вирус-бактериофаг на среде, содержащей радиоактивные фосфор и серу Р35 и S33. Радиоактивная сера включилась в серусодержащие белки оболочки фага, а радиоактивный фосфор — в ДНК.

Далее мечеными радиоактивными изотопами фагами заражали бактерии. С помощью электронного микроскопа было установлено, что радиоактивная сера не проникала в клетку бактерии, внутри клетки был обнаружен только радиоактивный фосфор. Это свидетельствовало о том, что при заражении бактерии фагом внутрь клетки проникает только ДНК.

В зараженной клетке образовалось множество вирионов фага. Следовательно, генетическая информация, необходимая для синтеза ДНК фагов, содержится в ДНК проникших в клетку вирусов.

Доказательством ведущей роли ДНК в наследственности является и то, что она локализована главным образом в хромасомах, поэтому молекулярная генетика не противоречит хромосомной теории наследственности и законам классической генетики.

Строение и синтез ДНК.

В период с 1900 по 1932 год был выяснен химический состав ДНК. Было установлено, что в ее состав входят:

  • остатки фосфорной кислоты,
  • углеводный компонент,
  • дезоксирибоза,
  • четыре типа азотистых оснований, два производных пурина (аденин и гуанин) и два производных пиримидина (тимин и цитозин).

Э. Чаргафф установил,  что в ДНК содержание аденина равно содержанию тимина (А=Т),  а содержание гуанина равно содержанию цитозина (А=Ц).  Отсюда: (А+Г) :  (Т+Ц) = 1, т. е. сумма пуриновых нуклеотидов равна сумме пиримидиновых.

  Такая закономерность указывают на комплементарное соединение пуриновых и пиримидиновых оснований в молекуле ДНК. Приоритет в расшифровке структуры молекулы ДНК принадлежит Д. Уотсону и Ф. Крику.

Согласно их модели, молекула ДНК имеет двойную спираль, состоящую из двух нуклеотидных цепей с общей осью. Диаметр двойной спирали ДНК равен 2 нм, а расстояние между витками 3,4 нм.

На каждый виток спирали приходится 10 пар нуклеотидов, отсюда расстояние между азотистыми основаниями равно 0,34 нм. Каждая из цепей ДНК является полинуклеотидом и состоит из 4 типов нуклеотидов.

В состав нуклеотида входят:

  • дезоксирибоза (Д),
  • остаток фосфорной кислоты (Ф) ,
  • одно из четырех азотистых оснований (А,Г,Ц и Т).

Соединение пуриновых и пиримидиновых оснований с дезоксирибозой приводит к образованию нуклеозида. При присоединении фосфорного остатка к углеводной части нуклеозида образуется нуклеотид. Дезоксирибоза в нуклеотидах соединяется с основаниями гликозидной связью, а с остатками фосфорной кислоты — эфирными связями.

Азотистые основания нуклеотидов обоих цепей заключены внутри между витками спирали и соединены водородными связями. Причем аденин одной цепи всегда связан только с тимином другой цепи, а гуанин — только с цитозином. Пара А — Т соединена двумя водородными связями, а пара Г-Ц — тремя. Такой порядок азотистых оснований называется комплементарностью.

Коэффициентом видовой  специфичности  называют отношение (А+Т): (Г+Ц).

Репликация ДНК.

ДНК является веществом, количество которого строго постоянно во всех клетках организма. ДНК находится в хромосомах, и репликация ее происходит перед каждым удвоением хромосом и делением клетки. На отдельных участках молекулы ДНК образуются так называемые вилки репликации.

В этих местах водородные связи между азотистыми основаниями под действием ферментов разрываются, комплементарные нити разъединяются и каждая из них становится матрицей, на которой происходит синтез дочерних нитей. Такой тип  репликации ДНК получил название полуконсервативного.

Процесс синтеза протекает при участии комплекса ферментов,  главнейшим из которых является ДНК-полимераза. Участок ДНК в том месте, где начали расплетаться комплементарные нити, называется вилкой репликации. Она образуется у прокариот в одной определенной, генетически фиксированной точке.

В молекуле ДНК эукариот таких «стартовых точек» бывает несколько. Синтез новых комплементарных цепей при репликации ДНК происходит по частям. Эти отрезки, состоящие из 1000-2000 нуклеотидов, называют фрагментами Оказаки.

Структура, способная к репликации (хромосома, плазмида, вирусный геном), называется репликоном. Репликация обеспечивает материальную непрерывность наследственного вещества клетки.

Строение, синтез и типы РНК

Молекулы рибонуклеиновой кислоты имеют одну полинуклеотидную цепь. В состав молекулы РНК входят четыре типа азотистых оснований  (аденин, гуанин, цитозин  и урацил),  сахар рибоза и остатки фосфорной кислоты.

По составу от ДНК она отличается тем,  что вместо дезоксирибозы содержит рибозу и вместо пуринового основания тимина — урацил.

Схему строения молекулы РНК можно представить следующим образом? У где, А,Г,Ц,У — азотистые основания,  Р — рибоза и Ф — остатки фосфорной кислоты. Синтез молекулы РНК происходит на одной из цепей молекулы ДНК.

Этот процесс протекает с участием большого числа ферментов и называется транскрипцией. Причем двойная цепь ДНК раскручивается и на одной из ее цепей, которая называется смысловой синтезируется РНК. В организме существуют три основных типа РНК:

  • информационная (и-РНК), или матричная (м-РНК),
  • рибосомальная (р-РНК),
  • транспортная (т-РНК).

Эти типы РНК различаются по величине молекул и функциям.

Информационная РНК. Роль информационной РНК заключается в том, что она переписывает информацию с молекулы ДНК и переносит ее к месту синтеза белка. В рибосомах и-РНК выполняет роль матрицы в процессе биосинтеза белка.

Транспортные РНК выполняют функцию переноса аминокислот к месту синтеза белка. Молекула т-РНК напоминает форму клеверного листа. На конце одной цепи находится акцепторный участок — триплет ЦЦА, к которому прикрепляется аминокислота.

В центре средней петли находится антикодон — триплет, состоящий из трех нуклеотидов комплементарных генетическому коду и — РНК. Рибосомальная РНК синтезируется в ядрышках, затем поступает в цитоплазму.

Объединяясь с особыми белками, она образует рибосомы, в которых осуществляется биосинтез белков. Количество рибосомальной РНК составляет около 80 процентов.

Генетический код является триплетным.  Кроме того, к свойствам генетического кода относят:

  • триплетность
  • вырожденность,
  • неперекрываемость,
  • универсальность.

Вырожденность генетического кода заключается в том,  что,  как правило,  одну аминокислоту кодируют не один,  а несколько триплетов.  В генетическом коде есть аминокислоты,  кодируемые одним,  двумя,  тремя,  четырьмя и шестью триплетами.

Неперекрываемость генетического кода связана с тем, что каждый из нуклеотидов входит только в один из кодонов и считывание идет в одном направлении — триплет за триплетом. Генетический код универсален.

Это значит, что у животных, растений, бактерий и вирусов одну и ту же аминокислоту кодируют одинаковые сочетания. Процесс реализации наследственной информации в биосинтезе белка осуществляется при участии трех видов РНК, ферментов, АТФ и других компонентов.

Передачу наследственной информации с ДНК на белок можно представить следующим образом: ДНК → и-РНК → белок. Процесс биосинтеза сложный и включает ряд этапов:

  • транскрипцию,
  • сплайсинг,
  • трансляцию.

Первый этап называется транскрипцией. Он происходит в ядре клетки. В результате транскрипции наследственная информация с ДНК переписывается на и-РНК. Этот процесс осуществляется при участии ряда ферментов, главным из которых является РНК-полимераза.

Исследования показали, что в результате транскрипции синтезируется проматричная РНК, которая значительно больше по размеру и содержит фрагменты не несущие наследственной информации. Они получили название интронов в отличие от кодирующих фрагментов, которые называются экзонами.

Интроны считываются с молекулы ДНК одновременно с экзонами, поэтому про-м-РНК значительно длиннее, чем зрелая м-РНК. В дальнейшем интроны «вырезаются» из молекулы РНК, а фрагменты экзонов «сращиваются» между собой в строгом порядке. Этот процесс называется сплайсингом.

В процессе сплайсинга образуется зрелая м-РНК, которая содержит только ту информацию, которая необходима для синтеза белков.

Следующий этап биосинтеза — трансляция. Этот процесс происходит на рибосомах при участии т-РНК. Молекула и-РНК после сплайсинга через поры ядра выходит в цитоплазму и прикрепляется к рибосоме. Трансляция начинается с так называемого стартового кодона — АУТ. Активированные аминокислоты прикрепляются к т-РНК и переносятся к рибосомам.

Здесь они в соответствии с генетическим кодом соединяются в полипептидную цепь. Молекула и-РНК обычно работает на нескольких рибосомах (5-20), соединенных в полисомы. Начало синтеза полипептидной цепи называется инициацией. Последовательность аминокислот в молекуле белка определяется последовательностью кодонов в и-РНК.

Синтез полипептидной цепи прекращается, когда, на и-РНК появляется один из кодонов -терминаторов (УАА, УАГ или УГА).

Строение хромосом: хроматида, хромомеры, эухроматические и гетерохроматические районы хромосом.

Хромосомы состоят из двух хроматид, объединенных первичной перетяжкой. По положению центромеры хромосомы делятся на:

  • метацентрические (равноплечие),
  • субметацентрические (неравноплечие),
  • акроцентрические (центромера лежит у одного из концов хромосомы, последняя представляет собой палочку с очень коротким или даже незаметным вторым плечом),
  • телоцентрические — палочковидные хромосомы с центромерой, расположенной на проксимальном конце.

Хромомеры, по мнению одних исследователей, представляют собой плотно спирализованные участки, по мнению других — уплотнения нуклеопротеидного материала. Промежутки между хромомерами называются межхромомерными нитями.

Политения — редупликация хромонем в хромосомах, приводящая к увеличению числа хромонем без увеличения числа хромосом и без реорганизации ядра. Этот процесс, протекающий внутри хромосом, приводит к полиплоидизации количества.

Эухроматин, активный хроматин, участки хроматина (вещества хромосом), сохраняющие деспирализованное состояние элементарных дезоксирибонуклеопротеидных нитей (ДНП) в покоящемся ядре, т. е. в интерфазе. Эухроматин отличается от гетерохроматина также способностью к интенсивному синтезу рибонуклеиновой кислоты (РНК) и большим содержанием негистоновых белков.

Гетерохроматин, участки хромосом, остающиеся в промежутке между делениями клетки, т. е. в интерфазе, уплотненными (в отличие от др. участков — эухроматина). Гетерохроматин иногда тесно связан с ядрышком, образуя вокруг него подобие кольца или оболочки. Во время митоза Гетерохроматин окрашивается сильнее или слабее, чем эухроматин (явление положительного или отрицательного гетеропикноза).

Изменения в организации морфологии хромосом в ходе митоза и мейоза. Репликация хромосом. Политения. Онтогенетическая изменчивость хромосом. Хромосомы в период митоза и мейоза

При переходе клетки к делению синтез ДНК и РНК в хромосомах прекращается, хромосомы приобретают всё более плотную упаковку (например, в одной хромосоме человека цепочка ДНК длиной 160 мм укладывается в объёме всего 0,5´10 мкм), ядерная мембрана разрушается и хромосомы выстраиваются на экваторе клетки.

Основная структурная единица метафазныххромасом, так же как и интерфазных, — нить ДНП диаметром 100—200, уложенная в плотную спираль. Каждая метафазная хромасома состоит из хроматид, образовавшихся в результате репликации исходной интерфазной хромосомы.

Использование меченых и модифицированных предшественников ДНК позволило четко различать в хромосоме, находящейся в метафазе митоза, дифференциально окрашенные хроматиды, благодаря чему было установлено, что при репликации хромосом нередко происходит обмен участками между сестринскими хроматидами (кроссинговер).

Современные цитологи рассматривают матрикс метафазных хромосом, как остаточный материал разрушающегося ядрышка; часто он вовсе не обнаруживается.

Политения — редупликация хромонем в хромосомах, приводящая к увеличению числа хромонем без увеличения числа хромосом и без реорганизации ядра. Этот процесс, протекающий внутри хромосом, приводит к полиплоидизации количества.

Хроматин — основной компонент клеточного ядра; его достаточно легко получить из выделенных интерфазных ядер и из выделенных митотических хромосом. Фракции хроматина, полученные из разных объектов, обладают довольно однообразным набором компонентов.

Было найдено, что по суммарному химическому составу хроматин из интерфазных ядер мало отличается от хроматина из митотических хромосом. Главными компонентами хроматина являются ДНК и белки, среди которых основную массу составляют гистоны и негистоновые белки.

В среднем в хроматине около 40% приходится на ДНК и около 60% — на белки, среди которых специфические ядерные белки-гистоны составляют от 40 до 80% от всех белков, входящих в состав выделенного хроматина. Кроме того, в состав хроматиновой фракциям входят мембранные компоненты, РНК, углеводы, липиды, гликопротеиды.

В структурном отношении хроматин представляет собой нитчатые комплексные молекулы дезоксирибонуклеопротеида (ДНП), которые состоят из ДНК, ассоциированной с гистонами.

Различают четыре уровня организации ядерного хроматина. Первый — уровень нуклеосомной фибриллы. В нуклеосоме различают сердцевинную часть и линкерную область. Сердцевинная часть соответствует «бусинам», а линкерная — связывающему «бусины» участку базовой ДНК. Сердцевинная и линкерная области образуют полную нуклеосому.

Размеры полной нуклеосомы могут варьироваться у разных видов. Второй уровень пространственной структуры хроматина — соленоид позволяет «сложить» ДНК с ее спутниками — белками еще более компактно.

Соленоидная структура образуется в результате свертывания (на манер спирали) нуклеосомной нити и в одних местах носит более-менее регулярный характер, в других — неравномерный — здесь наблюдается как бы «сгущение» витков.

Третий уровень организации (компактизации) ДНК в хроматине определяется укладкой соленоидной структуры в петли, опирающиеся, как полагают, на скелетные осевые образования хромосом. Длина петли — до 90 тысяч пар нуклеотидов. Материалом для скелетных нитей (для ядерного скелета) служат белки. Эти нити получили название «нуклеонемы».

Четвертый уровень организации хроматина представлен хромосомами. Механизм формирования этих органелл еще не ясен. Но несомненно, что активация генов подразумевает глубокие изменения пространственных структур хромосом: налицо связь организации хроматина и регуляции работы генов. Кольцевые ДНК могут образовывать особую пространственную структуру — суперспираль. Суперспирализация опять же зависит от биохимии плазмы клетки.

Источник: https://vseobiology.ru/konspekty-k-gosam/14-genetika-gos/83-molekulyarnye-osnovy-nasledstvennosti

Молекулярные основы наследственности. Роль ДНК в наследственности

Молекулярные основы наследственности

Законы наследственности привлекают внимание человека с тех времен, когда впервые стало понятно, что генетика – это нечто более материальное, нежели некие высшие силы.

Современный человек знает, что организмам присуща способность воспроизводить похожих на себя, при этом потомство получает специфические особенности и признаки, присущие родителям.

Воспроизведение реализовано за счет способности передавать между поколениями генетические сведения.

Теория: много не бывает

Законы наследственности начали активно исследоваться лишь сравнительно недавно. Внушительный шаг вперед в этом вопросе сделали в прошлом столетии, когда Саттон и Бовери вынесли на суд общественности новую гипотезу. Именно тогда высказали предположение: хромосомы, вероятно, переносят данные генетического характера.

Несколько позднее технологии допустили химическое исследование хромосомного состава. Оно выявило наличие специфических нуклеиновых соединений протеинов. Белкам оказалось присуще огромное разнообразие структур и специфики химического состава.

Длительное время ученые считали, что именно протеины – основной аспект, обеспечивающий передачу между поколениями генетических данных.

Армавирская государственная педагогическая академия — традиции и инновации

Несколько десятилетий исследований, посвященных этому вопросу, дали новое представление о значимости ДНК клеток. Как выявили ученые, лишь такие молекулы – материальный переносчик полезных сведений. Молекулы представляют собой элемент хромосомы.

Сегодня практически любой наш соотечественник, получивший общее образование, а также жители многих других стран хорошо знают, насколько значимы молекулы ДНК для человека, нормального развития человеческого организма.

Многие представляют значимость этих молекул в аспектах наследственности.

Генетика как наука

Занимающаяся исследование ДНК клеток молекулярная генетика имеет альтернативное наименование – биохимическая. Эта сфера науки сформировалась на стыке биохимии, генетики.

Комбинированное научное направление – продуктивная сфера человеческого исследования, обеспечившая научное сообщество большим объемом полезных сведений, недоступных лицам, занимающимся лишь биохимией либо генетикой.

Эксперименты, проводимые профессионалами в указанной области, предполагают работу с многочисленными формами жизни и организмами самых разных типов и категорий.

Наиболее значимые итоги, получаемые научным сообществом – это результат исследования человеческих генов, а также разнообразных микроорганизмов. Среди последних к числу максимально важных принадлежат эйшерии коли, лямбда-фаги этих микробов, грибы нейроспора красса и сахаромицес церевизия.

Генетические базы

Канал ДНЕВНИК ПРОГРАММИСТА Жизнь программиста и интересные обзоры всего. , чтобы не пропустить новые видео.

Уже давно у ученых не вызывает сомнения важность хромосомы в процессах передачи наследственной информации между поколениями.

Как показали специализированные испытания, хромосомы сформированы кислотами, протеинами. Если провести эксперимент с окрашиванием, белок выделится из молекулы, но НК останутся на месте.

Ученые имеют большей объем доказательной информации, позволяющей говорить о накоплении генетических сведений в НК. Именно через них данные передаются между поколениями. Организмы, сформированные клетками, вирусы, имеющие ДНК, получают сведения от предыдущего поколения через ДНК.

Некоторые вирусы содержат РНК. Именно эта кислота отвечает за передачу сведений. РНК, ДНК – это НК, которым свойственны определенные структурные сходства, но есть и отличия.

Что такое активность? Определение понятия, виды, формирование, уровни

Изучая роль ДНК в наследственности, ученые установили, что молекулы такой кислоты имеют в своем составе четыре разновидности азотных соединений и дезоксирибозу. За счет этих элементов и передается генетическая информация.

В молекуле присутствуют пуриновые вещества аденин, гуанин, пиримидиновые комбинации тимин, цитозин. Химический молекулярный костяк – сахарные остатки в чередовании с фосфорнокислотными. У каждого остатка есть связь с углеродной формулой через сахара.

Азотистые основания крепятся по бокам к сахарным остаткам.

Имена и даты

Ученые, исследуя биохимические и молекулярные основы наследственности, смогли выявить структурные особенности ДНК лишь в 53-ем. Авторство научной информации закреплено за Криком, Уотсоном. Они доказали, что всякая ДНК учитывает биологические специфические качества наследственности.

При построении модели нужно помнить об удвоении частей и способности накапливать, передавать наследственные сведения. Потенциально молекула способна мутировать. Химические компоненты, их сочетание вкупе с подходами рентгеноструктурного исследования позволили определить молекулярную структуру ДНК как удвоенную спираль.

Она сформирована половинами спиралей антипараллельного типа. Сахарофосфатные скелеты укреплены связями с водородом.

В изучении молекулярных основ наследственности и изменчивости особенную значимость имеют труды Чаргаффа. Ученый посвятил себя исследованиям нуклеотидов, присутствующих в структуре нуклеиновой кислоты.

Как удалось выявить, каждый такой элемент сформирован основаниями азота, остатками фосфора, сахаром. Выявили соответствие молярного содержания тимина, аденина, установили сходство этого параметра для цитозина и гуанина.

Предположили, что всякий тиминовый остаток имеет парный адениновый, а для гуанинового есть цитозиновый.

Одинаковые, но столь разные

Изучая в качестве основы наследственности нуклеиновые кислоты, ученые определили принадлежность ДНК к категории полинуклеотидов, сформированных многочисленными нуклеотидами. Возможны самые непредсказуемые последовательности элементов в цепочке. Теоретически разнообразие последовательной не имеет никаких ограничений.

ДНК имеют специфические качества, связанные с парными последовательностями компонентов, но спаривание оснований происходит в соответствии с биологическими и химическими законами. Это позволяет предопределить последовательности разных цепочек. Такое качество назвали комплементарностью.

Оно объясняет способность молекулы к идеально точному воспроизведению собственной структуры.

Формирование и развитие общеучебных умений и навыков у школьников

При изучении наследственности и изменчивости через ДНК учеными обнаружено: нити, формирующие ДНК, являются матрицами формирования комплементарных блоков. Чтобы реакция произошла, молекула раскручивается. Процесс сопровождается разрушением водородных связей.

Основания вступают во взаимодействие с комплементарными компонентами, что приводит к генерированию специфических связей. После закрепления нуклеотидов происходит сшивание молекулы, приводящее к появлению нового полинуклеотидного образования, последовательность частей которого заранее определена исходным материалом.

Так появляются две одинаковые молекулы, насыщенные идентичными сведениями.

Реплика: гарант постоянства и изменений

Описанное выше дает представление о реализации наследственности и изменчивости через ДНК. Репликационный механизм объясняет, отчего ДНК присутствует в каждой органической клетке, хромосома же – уникальный органоид, репродуцирующийся с исключительной точностью количественно, качественно.

Эта методика вещественного распределения была неосуществима, пока не установили факт двойного спирального комплементарного строения молекулы.

Крик, Уотсон, предварительно предположив, какова молекулярная структура, оказались полностью правы, хотя со временем ученые начали сомневаться в корректности их видения репликационного процесса. Первое время считалось, что спирали из одной цепочки появляются одномоментно.

Ферменты, катализирующие в лабораторных условиях молекулярный синтез, как стало известно, работают лишь в одном направлении, то есть сперва появляется одна цепь, затем уже вторая.

Современные методы изучения наследственности человека позволили смоделировать прерывистое генерирование ДНК. Модель появилась в 68-ом. Основанием для ее предложения выступили экспериментальные работы с применением эйшерии коли.

Авторство научного труда закреплено за Орзаки. Современные специалисты располагают точными данными о нюансах синтеза применительно к эукариотам, прокариотам.

От генетической молекулярной вилки развитие происходит генерированием фрагментов, скрепляемых лигазой ДНК.

Предполагают, что процессы синтезирования непрерывны. Репликативная реакция задействует многочисленные белки. Расплетение молекулы происходит за счет фермента, сохранение такого состояния гарантировано дестабилизирующим протеином, а синтез протекает посредством полимеразы.

Новые данные – новые теории

Применяя современные методы изучения наследственности человека, специалисты выявили, откуда появляются ошибки репликации. Объяснение стало возможным, когда появились точные сведения о механизмах копирования молекул и специфических особенностях молекулярной структуры.

Репликационная схема предполагает расхождение родительских молекул, при этом каждая половина выступает матрицей для новой цепочки. Синтез реализован за счет водородных связей оснований, а также мононуклеотидными элементами фонда обменных процессов. Чтобы сгенерировались связи тиамина, аденина либо цитозина, гуанина, требуется переход веществ в таутомерную форму.

В водной среде каждое из указанных соединений присутствует в нескольких формах; все они относятся к категории таутомерных.

Есть более вероятные и реже встречающиеся варианты. Отличительная особенность – положение водородного атома в молекулярной структуре.

Если реакция протекает с редким вариантом таутомерной формы, ее результатом становится формирование связей с ошибочным основанием. Нить ДНК получает некорректный нуклеотид, последовательность элементов стабильно меняется, имеет место мутация.

Мутационный механизм впервые объяснен Криком, Уотсоном. На их выводах базируется современное представление мутационного процесса.

РНК: особенности

Изучая молекулярные основы наследственности, ученые не могли обойти вниманием не менее важную, нежели ДНК, нуклеиновую кислоту – РНК. Она относится к числу полинуклеотидных и имеет структурные сходства с описанной ранее.

Ключевое отличие – использование рибозы в качестве остатков, выступающих фундаментом углеродного костяка. В ДНК, напомним, эту роль играет дезоксирибоза. Второе отличие: тимин заменен урацилом.

Это вещество тоже принадлежит классу пиримидинов.

Изучая генетическую роль ДНК и РНК, ученые сперва определили сравнительно малозначимые отличия химических структур элементов, но дальнейшие изучения темы показали, что они играют колоссальную роль. Эти отличия корректируют биологическое значение каждой из молекул, поэтому упомянутые полинуклеотиды не заменяют друг друга для живых организмов.

Преимущественно РНК сформированы одной нитью, отличаются друг от друга габаритами, но большинство из них меньше ДНК.

Вирусы, содержащие РНК, имеют в своей структуре такие молекулы, созданные двумя нитями – их строение максимально близко к ДНК. В РНК накапливаются генетические данные, передаются между поколениями.

Прочие РНК делятся на функциональные типы. Они генерируются на матрицах ДНК. Катализаторами процесса выступают полимеразы РНК.

Информация и наследственность

Современная наука, изучая молекулярные и цитологические основы наследственности, определила нуклеиновые кислоты как основной объект накопления генетических сведений – это в равной степени распространяется на все живые организмы. У большинства форм жизни ключевую роль играет ДНК.

Данные, накопленные молекулой, стабилизированы нуклеотидными последовательностями, воспроизводимыми при делении клеток по неизменному механизму.

Молекулярный синтез протекает с участием ферментных компонентов, при этом матрицей всегда является предшествующая нуклеотидная цепочка, между клетками передающаяся материально.

Что такое лакмус и чем он полезен

Иногда ученикам в рамках биологии и микробиологии для наглядной демонстрации зависимостей дается решение задач по генетике. Молекулярные основы наследственности в таких задачах рассматриваются как относительно ДНК, так и РНК.

Необходимо помнить, что в случае молекулы, генетика которой записана РНК из одной спирали, репродуктивные процессы протекают по сходному с описанным ранее методу. В качестве матрицы выступает РНК в форме, допустимой для репликации. Такая появляется в клеточной структуре из-за инфекционной инвазии.

Понимание этого процесса позволило ученым уточнить явление гена и расширить базу знаний о нем. Классическая наука понимает ген как единицу информации, передаваемую между поколениями и выявляемую в экспериментальных работах. Ген способен к мутациям, комбинируется с иными единицами того же уровня.

Фенотип, которым обладает организм, объясняется именно геном – такова его основная функция.

В науке ген как функциональная основа наследственности рассматривался первоначально также в качестве единицы, ответственной за рекомбинацию, мутацию.

В настоящее время достоверно известно, что эти два качества – область ответственности нуклеотидной пары, включенной в ДНК.

А вот функция обеспечивается нуклеотидной последовательностью из сотен и даже тысяч единиц, детерминирующих аминокислотные белковые цепочки.

Протеины и их генетическая роль

В современной науке, изучающей классификацию генов, молекулярные основы наследственности рассматриваются с точки зрения значимости белковых структур. Любая живая материя частично сформирована протеинами.

Они считаются одним из самых значимых компонентов. Протеин – уникальная аминокислотная последовательность, локально трансформирующаяся при наличии к тому факторов.

Часто встречается два десятка типов аминокислот, прочие генерируются под влиянием ферментов из основных двадцати.

Разнообразие белковых качеств зависит от первичной молекулярной структуры, аминокислотной полипептидной последовательности, формирующей протеин. Проведенные эксперименты наглядно показали, что аминокислоте присуща строго определенная локализация в цепи нуклеотидов ДНК. Ученые назвали это параллелям протеиновых элементов и нуклеиновых кислот. Явление именуют колинеарностью.

ДНК: особенности

Биохимия и генетика, изучающие молекулярные основы наследственности, являются науками, в которых особенное внимание уделено ДНК. Эта молекула классифицируется как линейный полимер. Как показали исследования, единственная трансформация, доступная структуре – нуклеотидная последовательность. Она ответственна за шифрование последовательности аминокислот в протеине.

У эукариотов ДНК расположена в клеточном ядре, а белковое генерирование протекает в цитоплазме. ДНК не играет роли матрицы процесса белкового генерирования, а значит, необходим промежуточный элемент, ответственный за транспортировку генетических сведений. Исследования показали, что роль возложена на РНК матрицы.

Как показали посвященные молекулярным основам наследственности научные работы, от ДНК сведения передаются РНК. РНК может переносить данные белку и ДНК. Белок получает данные от РНК и отправляет их этой же структуре. Напрямую между ДНК и протеинами связей нет.

Генетическая информация: это интересно

Как показали научные работы, посвященные молекулярным основам наследственности, генетические данные – инертные сведения, реализующиеся лишь при наличии внешнего энергетического источника и строительного материала. ДНК – молекула, не имеющая таких ресурсов. Клетка получает необходимое ей извне через протеины, далее начинаются реакции трансформации.

Есть три информационных пути, обеспечивающих жизнедеятельность. Они имеют связи между собой, но независимы. Генетические данные передаются наследственно ДНК-репликацией. Данные закодированы геномом – этот поток считают вторым.

Третий, заключительный – питательные соединения, постоянно проникающие извне в клеточную структуру, обеспечивая ее энергией и строительными ингредиентами.

Чем организм более высокоструктурированный, тем многочисленные элементы генома. Многообразный генный набор реализует зашифрованные в нем сведения посредством согласованных механизмов. Клетка, насыщенная данными, определяет, как реализовывать отдельные информационные блоки.

За счет этого качества повышается способность адаптироваться к внешним условиям. Разнообразные содержащиеся в ДНК генетические сведения – фундамент протеинового синтеза. Генетическое управление синтезированием – теория, сформулированная Моно и Жакобом в 61-м году.

Тогда же появилась модель оперона.

Источник

Источник: https://1Ku.ru/obrazovanie/44930-molekuljarnye-osnovy-nasledstvennosti-rol-dnk-v-nasledstvennosti/

Refy-free
Добавить комментарий