Эволюционная биология развития (Evolutionary developmental biology) Эволюции потребовалось около четырех миллиардов лет, чтобы создать человека из появившегося в первобытном бульоне одноклеточного организма. Чтобы создать взрослого человека из оплодотворенного яйца (тоже одноклеточного организма) требуется 20 лет. По этой шкале онтогенез происходит в 200 миллионов раз быстрее, чем эволюция. Однако, несмотря на разницу в масштабах времени, эти два процесса неразрывно связаны между собой. Характер этой взаимосвязи и составляет объект изучения эволюционной биологии развития (Evolutionary developmental biology, сокращенно evo-devo). Evo-devo Для изучения этой дисциплины необходимы знания в 3-х областях: 1. Генетика (изучает основы наследственности и закономерности наследования); 2. Биология развития (изучает онтогенез многоклеточных животных, растений и грибов; нас интересует онтогенез животных); 3. Теория эволюции (изучает основные закономерности эволюционных процессов) Генетика Носителями генетической информации являются молекулы нуклеиновых кислот. Это низший уровень организации наследственного материала. Всего уровней 3: 1. Молекулярный; 2. Генный; 3. Хромосомный. Нуклеиновые кислоты • Это низший, молекулярный уровень организации наследственного материала; • Молекула нуклеиновой кислоты – биополимер, она состоит из мономеров – нуклеотидов, которые могут складываться в цепочку и затем – в петли или двойную спираль; • В настоящее время известно два типа нуклеиновых кислот: рибонуклеиновая (РНК) и дезоксирибонуклеиновая (ДНК); • Мономеры этих кислот отличаются на один атом кислорода (окси и дезокси = «есть кислород» и «нет кислорода»). Типы нуклеиновых кислот • • • ДНК (хранение информации; огромные по размерам молекулы, находятся в ядре клетки, организованы в хромосомы палочного типа); РНК (перенос информации, катализ, регуляция и др.; некрупные молекулы, обычно имеют форму, сходную с глобулой белка, синтезируются в ядре, затем могут выходить в цитоплазму); Отдельные нуклеотиды (запасание энергии, источники мономеров, БАВ; мелкие молекулы, встречающиеся во всей цитоплазме и кариоплазме клетки). Строение молекулы Нуклеиновые кислоты состоят из трех компонентов, образующих полимерную нить: • Углевод (рибоза или дезоксирибоза в циклической форме); • Остаток фосфорной кислоты; • Азотистое основание. Все три компонента сшиваются в цепь с помощью ковалентных связей. Азотистые основания соседних цепей (или соседних участков цепи) соединяются в двойную спираль (или петли) за счет водородных связей. • В одной эукариотической ДНК может содержаться 1000-100 000 генов; Строение хромосомы • Место прикрепления нитей веретена деления на центромере – кинетохор; Разнообразие типов ДНК Разнообразие типов РНК • м-РНК • т-РНК • р-РНК • Прочие (малые РНК, рибозимы и т.п.) Структура РНК Отличия от ДНК: • Более короткие • Одинарная цепь • Нет единой для всех регулярной структуры • Химически менее стойкие • Другой химический состав: рибоза вместо дезоксирибозы, урацил вместо тимина Первичная структура Это последовательность нуклеотидов, связанная в цепочку за счет ковалентного взаимодействия углеводов и остатков фосфорной кислоты. В отличие от ДНК содержит другой сахар – рибозу, и другое азотистое основание – урацил, комплементарный аденину (соответственно, не содержит дезоксирибозу и тимин). Длина цепи – 1 ген (вместо 10.000). Вторичная структура Это петли, кольца и участки двойной спирали (где нить РНК закрутилась сама на себя, а комплементарные азотистые основания соединились, как в ДНК). Обеспечивается водородными связями между азотистыми основаниями. • Обеспечивается Третичная структура Это трехмерное расположение петель, колец и участков двойной спирали относительно друг друга, похожее на строение белковых глобул. Обеспечивается водородными связями между комплементарными азотистыми основаниями (а также отталкиванием одноименно заряженных полярных частей молекулы, стэкинг-взаимодействиями азотистых оснований и т.п.).
