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.
Вам будет интересно: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.
Вам будет интересно:Что такое активность? Определение понятия, виды, формирование, уровни
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
Вам будет интересно:Формирование и развитие общеучебных умений и навыков у школьников
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.
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
Вам будет интересно:Что такое лакмус и чем он полезен
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.
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.
Вам будет интересно:Развертка усеченного конуса. Формула площади и пример решения задачи
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.