ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГЕНЕТИКИ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГЕНЕТИКИ
Генетика - наука о закономерностях наследственности
и
изменчивости.
Понятие
о
гене.
Реализация
генетической
информации. Генотип. Фенотип.
Прошло немало времени, прежде чем люди заметили,
"подобное рождает подобное" и способность воспроизводить
подобных - одна из главных особенностей всех живых организмов.
что
себе
Способность живых организмов походить на своих родителей
называют НАСЛЕДСТВЕННОСТЬЮ.
Хотя сходство между родителями и потомками велико, оно
обычно не абсолютно, так как потомки определенных родителей по
многим признакам и по степени выраженности того или иного признака
отличаются друг от друга и от своих родителей. Способность живых
организмов одного вида отличаться друг от
друга
называют
ИЗМЕНЧИВОСТЬЮ.
Ветвь биологии, изучающая закономерности наследственности и
изменчивости, называется ГЕНЕТИКОЙ.
Эта глава является напоминанием и обобщением изученного ранее,
что бы перейти непосредственно к изучению генетики.
В настоящее время известно, что на биохимическом уровне
различие между организмами определяется главным образом набором
белков и нуклеиновых кислот. Одновременно известно, что нуклеиновые
кислоты определяют биосинтез белков.
Каким образом молекула ДНК контролирует деятельность клетки и
обеспечивает сходство в поколениях? Как зафиксирована в молекулах
ДНК наследственная информация? Прежде чем ответить на эти вопросы
повторите строение и функции нуклеиновых кислот (ДНК, РНК).
Как известно, синтез белка происходит в рибосомах, расположенных
в цитоплазме, а молекулы ДНК расположены, главным образом, в ядре
клетки. Следовательно, молекулы ДНК непосредственного участия в
синтезе белка принимать не могут.
В ДНК СОДЕРЖИТСЯ И ХРАНИТСЯ ИНФОРМАЦИЯ О
СТРУКТУРЕ БЕЛКОВ, ПРИЧЕМ ПОРЯДОК РАСПОЛОЖЕНИЯ
НУКЛЕОТИДОВ
В
ДНК
ОПРЕДЕЛЯЕТ
ПОРЯДОК
РАСПОЛОЖЕНИЯ АМИНОКИСЛОТ В МОЛЕКУЛЕ БЕЛКА
(ПЕРВИЧНУЮ СТРУКТУРУ).
Исследования показали, что четыре вида нуклеотидов и порядок их
сочетаний в молекуле ДНК представляет собой код, который определяет
биосинтез специфических белков и лежит в основе всего многообразия
живых органических форм. КОД - ЭТО СИСТЕМА СИМВОЛОВ
(ЗНАКОВ), НЕОБХОДИМАЯ ДЛЯ ПЕРЕВОДА ОДНОЙ ФОРМЫ
ИНФОРМАЦИИ В ДРУГУЮ. Примером может служить азбука Морзе,
содержащая всего два знака (точка и тире), с помощью которых можно
передать информацию на любом языке. Знаками в генетическом коде
служат нуклеотиды. Если предположить, что один нуклеотид определяет
одну аминокислоту, то получится, что молекула ДНК может содержать
информацию всего о четырех аминокислотах, а их более 20. Сочетания из
двух нуклеотидов могут закодировать информацию о 16 аминокислотах
(комбинация двух нуклеотидов из четырех возможных приводит к тому,
что все возможные варианты определяются по формуле 2 в 4 степени).
В действительности, каждую аминокислоту в молекуле
белка
определяют три нуклеотида ДНК или ТРИПЛЕТ. УЧАСТОК
МОЛЕКУЛЫ
ДНК ОТВЕТСТВЕННЫЙ ЗА СИНТЕЗ ОДНОЙ
МОЛЕКУЛЫ БЕЛКА, НАЗЫВАЕТСЯ ГЕНОМ.
Посмотрите в учебнике таблицу генетического кода. Отдельные
триплеты не кодируют ни какой аминокислоты, а играют роль знаков
препинания, то есть отделяют один ген от другого. Информацию, которую
содержит молекула ДНК, называют ГЕНЕТИЧЕСКОЙ.
Синтез жиров, углеводов происходит при участии специфических
белков-ферментов. Появление ферментов определяется действием
соответствующих генов. Таким образом биосинтез всех веществ в клетке
оказывается под контролем генов. В ЦЕЛОМ КОМПЛЕКС ГЕНОВ
СОСТАВЛЯЕТ ГЕНЕТИЧЕСКУЮ ИЛИ НАСЛЕДСТВЕННУЮ
ПРОГРАММУ
ОРГАНИЗМА, КОТОРАЯ ЧЕРЕЗ РАБОТУ
МОЛЕКУЛ ДНК
УПРАВЛЯЕТ
ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ
ВСЕЙ
КЛЕТКИ.
Механизм реализации генетической информации ДНК и синтез
белков примерно одинаков у всех живых существ. Его можно разде- лить
на несколько этапов:
1. Перенос генетической информации с участка молекулы ДНК
(гена) на информационную РНК (и-РНК), которая синтезируется на нити
ДНК по принципу комплементарности. Молекулы и-РНК строго
индивидуальны и несут информацию только одного гена. ПРОЦЕСС
СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ С ДНК НА РНК НАЗЫВАЮТ
ТРАНСКРИПЦИЕЙ.
2. Списав информацию о первичной структуре белковой молекулы,
и-РНК из ядра переносится в цитоплазму и направляется к рибосомам,
где осуществляется расшифровка генетической информации. ПРОЦЕСС
ПЕРЕВОДА ИНФОРМАЦИИ С НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ В
БЕЛКОВУЮ МОЛЕКУЛУ НАЗЫВАЕТСЯ ТРАНСЛЯЦИЕЙ.
Обычно процесс считывания информации происходит не одной, а
несколькими (чаще 5) рибосомами, которые образуют ПОЛИСОМУ. Это
обеспечивает одновременный синтез достаточно большого количества
одинаковых молекул белка.
3. Аминокислоты доставляются к рибосомам с помощью
транспортных РНК (т-РНК). Транспортные РНК представляют собой
молекулу состоящую из одной цепочки, имеющую вторичную структуру в
виде кленового листа. С одной стороны "листа" крепятся аминокислота, а
с другой стороны находится триплет, который соответствует кодону
данной аминокислоты,то есть т-РНК может транспортировать только
свою аминокислоту. На рибосоме против соответствующих триплетов иРНК располагаются триплеты-антикодоны т-РНК (строго соблюдает ся
принцип комплементарности). При участии ферментов т-РНК отдает свою
аминокислоту и покидает рибосому. Рибосома делает следующий шаг на
следующий триплет и-РНК. И следующие т-РНК подходят и отдают
свою аминокислоту. Аминокислоты соединяются пептидными связями и
белковая цепочка растет по мере продвижения рибосомы по и-РНК.
4. Молекулы готового белка сходят с рибосом и поступают в
каналы эндоплазматической сети для транспортировки к местам
назначения. Все процессы происходят при участии специфических
ферментов и на всех этапах биосинтеза расходуется энергия АТФ.
ДЛЯ ПОНИМАНИЯ ЕДИНСТВА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИВЫХ
ОРГАНИЗМОВ
ВАЖНЫМ
ФАКТОРОМ
ЯВЛЯЕТСЯ
УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА, Т.Е. У РАЗНЫХ
ОРГАНИЗМОВ ОДНИ И ТЕ ЖЕ ТРИПЛЕТЫ КОДИРУЮТ ОДНИ И
ТЕ ЖЕ АМИНОКИСЛОТЫ. ИЛИ, НАОБОРОТ, ОДИНАКОВЫЕ
ТРИПЛЕТЫ КОДИРУЮТ ОДИНАКОВЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ У
САМЫХ РАЗНЫХ ОРГАНИЗМОВ (ОТ ЧЕЛОВЕКА ДО ВИРУСА).
Связь между поколениями осуществляется через половые клетки
(гаметы), в которых содержится генетическая информация. Потомки
получают от родителей хромосомы, содержащие тысячи генов,
определяющих структуру белков, время и место их синтеза. НАБОР
ГЕНОВ
ОРГАНИЗМА,
ПОЛУЧАЕМЫЙ
ОТ
РОДИТЕЛЕЙ,
НАЗЫВАЮТ ГЕНОТИПОМ.
СОВОКУПНОСТЬ ВНЕШНИХ И ВНУТРЕННИХ ПРИЗНАКОВ
И СВОЙСТВ ОРГАНИЗМА, ВОЗНИКАЮЩИХ В РЕЗУЛЬТАТЕ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГЕНОТИПА СО ВНЕШНЕЙ СРЕДОЙ,
НАЗЫВАЮТ ФЕНОТИПОМ.
В упрощенном
следующей схемы:
виде
этот процесс
можно представить в виде
Эта схема получила в свое время название "центральной догмы
биологии". На этой схеме видно, что ген реализуется в признак через
синтез белка. На этот процесс реализации гена оказывает влияние
внешняя среда.
Вопросы и задания для самоконтроля
1. Что изучает наука генетика?
2. Что такое наследственность и изменчивость?
3. Что является носителем генетической информации?
4. Почему важна преемственность белков в поколениях?
5. Что такое генетический код? Перечислите его основные свойства.
6. Что лежит в основе синтеза и-РНК?
7. Расскажите о транскрипции как об одном из этапов биосинтеза белка.
8. Что такое трансляция и ее место в биосинтезе белка?
9. Какова роль т-РНК в биосинтезе белка?
10. Каково участие рибосом и полисом в синтезе белка?
11. Какие клеточные структуры участвуют в биосинтезе белка?
12. Почему считается, что биосинтез всех веществ в клетке находится под
контролем генов?
13. Что такое генотип? Фенотип?