Определенное сочетание нуклеотидов и последовательность их расположения в молекуле ДНК является кодом, несущим информацию о белке.

 

Для разграничения информации о различных белках в молекуле ДНК есть специальные триплеты, которые отвечают за «запуск» и «окончание» считывания информации с одного гена.

Свойства генетического кода

Универсальность – работает одинаково в организмах разного уровня сложности — от вирусов до человека (на этом основаны методы генной инженерии)

Триплетность — единицей кода является сочетание трёх нуклеотидов (триплет, или кодон).

Непрерывность — между триплетами нет знаков препинания, то есть информация считывается непрерывно.

Неперекрываемость — один и тот же нуклеотид не может входить одновременно в состав двух или более триплетов.

Однозначность (специфичность) — определённый кодон соответствует только одной аминокислоте.

Вырожденность (избыточность) — одной и той же аминокислоте может соответствовать несколько кодонов.

IV.Биосинтез белка — сложный многоступенчатый процесс синтеза полипептидной цепи из аминокислотных остатков, происходящий на рибосомах клеток живых организмов с участием молекул иРНК (мРНК) и тРНК.

Синтез белка относится к реакциям пластического обмена и наиболее активно протекает в молодых растущих клетках. Он представляет цепь реакций, протекающих по принципу матричного синтеза

Суть реакций матричного синтеза состоит в том, что новые молекулы белка синтезируются в точном соответствии с планом, заложенным в структуре молекул ДНК.

 

Этапы биосинтеза белка:

1. Транскрипция - процесс синтеза на одной из цепей молекулы ДНК молекулы и-РНК (мРНК) по принципу комплементарности. Процесс происходит не на всей молекуле ДНК одновременно, а на небольшом ее участке, соответствующем одному гену.

и-РНК (м-РНК) - обеспечивает перенос информации о первичной структуре белка к месту синтеза

 

2. Трансляция - перевод информации с молекулы и-РНК в последовательность аминокислот полипептидной цепи, происходит в цитоплазме на рибосомах.

т- РНК - доставляют к рибосомам цитоплазмы аминокислоты, необходимые для сборки белковых молекул.

!!! Биосинтез протекает в присутствии множества ферментов, катализаторов всех реакций процесса.

!!! Процесс идет с участием АТФ, при распаде которой освобождается энергия, необходимая для его осуществления.

 

- и РНК синтезируется из свободных нуклеотидов на одной из цепей молекулы ДНК по принципу комплементарности (дополнительности) и фактически является рабочей копией гена, так как ее нуклеотиды повторяют нуклеотидный набор одной из цепей ДНК

 

- молекула и-РНК доставляется с помощью особого белка-фермента из ядра к рибосомам

 

- рибосома перемещается по молекуле и-РНК прерывисто, триплет за триплетом.

 

- по мере перемещения рибосомы к полипептидной цепочке одна за другой присоединяются аминокислоты

 

- точное соответствие аминокислоты триплету обеспечивает т-РНК (транспортная РНК)

 

- для каждой аминокислоты существует своя т-РНК, один из триплетов которой (антикодон) комплементарен определенному триплету и-РНК

 

- конфигурация т-РНК напоминает лист клевера

 

- к «черешку» листа присоединяется определенная аминокислота, а на «верхушке листа» расположен кодовый триплет нуклеотидов, соответствующий данной аминокислоте

 

- на одной нити и-РНК может одновременно располагаться несколько рибосом, образуя полисому.

Тема 21. Закономерности наследования и изменчивости признаков

I. История генетики

Генетика — наука, изучающая закономерности и материальные основы наследственности и изменчивости организмов, а также механизмы эволюции живого.

 

В своем развитии генетика прошла ряд этапов:

Начало

 

Томас Эндрю Найт (1785–1838 г.г.) - английский селекционер, скрещивая различные растения, он обратил внимание на то, что каж­дый сорт отличается определенным набором признаков. В гибридах эти особенности не теряются, а наследуются в различных комбинациях.

Так, в начале XIX века Т. Найт пришел к концепции об элементарных наследственных признаках, которые через сто лет получили название генов.

 

Огюстен Сажре (1763-1851 г.г.)- французский исследователь, установил явление доминантности. В своих опытах он обратил внимание на то, что при скрещи­вании различных сортов растений в гибридах часто проявляются отличительные черты только одного из родителей.

 

Шарль Ноден (1815-1899 г.г.)- французский исследователь, предпринял количественные исследования распределения наследственных признаков при скрещивании.

Но он, как и Сажре, экспериментировал с растениями, мало подходящими для такого рода анализа. Работа этих и других исследователей подготовила почву для выяснения законов генетики. Однако, чтобы получить ясные результаты, требовалось правильно сформулировать вопрос и точно поставить эксперимент.

Первый этап - характеризуется открытием дискретности наследственной информации

1865 г. чешский монах натуралист Грегор Иоганн Мендель (1822-1884 г.г.) открыл дискретность (делимость) наследственных факторов и разработал гибридологический метод, изучения наследственности, т. е. правила скрещивания организмов и учета признаков у их потомства.

1900 г. – были переоткрыты законы Менделя тремя биологами (независимо друг от друга): голландским ботаником и генетиком Хуго де Фризом (1848–1935 г.г.), немецким ботаником и генетиком Карлом Корренсом (1864-1933 г.г.) и австрийским ботаником Эрихом Чермаком. (1871-1962 г.г.).

Результаты гибридизации, полученные в первое десятилетие XX в. на различных растениях и животных, полностью подтвердили менделевские законы наследования признаков и показали их универсальный характер по отношению ко всем организмам, размножающимся половым путем. Закономерности наследования признаков в этот период изучались на уровне целостного организма (горох, кукуруза, мак, фасоль, кролик, мышь и др.).

!!! Т.о. Менделевские законы наследственности заложили основу теории гена — величайшего открытия естествознания XX в., а генетика превратилась в быстро развивающуюся отрасль биологии.

1901 —1903 гг. голландский ботаник и генетик Хугоде Фриз (1848—1935 г.г.) выдвинул мутационную теорию изменчивости, которая сыграла большую роль в дальнейшем развитии генетики.

 

Второй этап - характеризуется переходом к изучению явлений наследственности на клеточном уровне.

 

1902 г. американец Уолтер Сэттон (1877-1916 г.г.) и немецкий цитолог и эмбриолог Теодор Бовери (1862-1915) независимо друг от друга предположили, что гены (единицы наследственной информации) расположены в хромосомах, и что каждая яйцеклетка или сперматозоид содержат только по одной хромосоме каждого типа. Эта идея положила начало хромосомной теории наследственности.

1904 г. английский биолог Уильям Бейтсон (1861-1926 г.г.) продемонстрировал, что хромосомы наследуются как единое целое.

 

1906 г. английский генетик Реджинальд Паннетт (1875-1967 г.г.) ввел термин «генетика» (наука о законах и механизмах наследственности и изменчивости).

1909 г. датский биолог Вильгельм Иоганнсен (1857-1927 г.г.) вводит термин «гены» и формулирует различия между понятиями генотип (совокупность всех генов организма) и фенотип (совокупность всех признаков организма).

 

1910—1911 г.г. американский биолог Томас Морган (1866 – 1945 г.г.)совместно со своими ученикамиустановил, что гены расположены в хромосомах в линейном порядке, образуя группы сцепления. Также он сформулировал основные положения хромосомной теории наследственности (за что в 1933 г. получил Нобелевскую премию).

Третий этап - связан с использованием методов и принципов точных наук (физики, химии, математики, биофизики и др.) в изучении явлений жизни на уровне молекул. Объектами генетических исследований стали грибы, бактерии, вирусы.

1944 г. американский микробиолог, генетик Освальд Теодор Эвери (1877-1955 г.г.) доказал, что носителем генетической информации является ДНК.

 

1950 г американский биохимик Эрвин Чаргафф (1905 - 2002 г.г.) установил, что в ДНК общее количество аденина равно общему количеству тимина (А=Т), а количество гуанина – количеству цитозина (Г=Ц).

1953 г. британский молекулярный биолог Френсис Крик (1916(19160608) - 2004 г.г.) и американский психолог Джон Уотсон (1878 —1958 г.г.) создали структурную модель ДНК в форме двойной спирали (за что в 1962 г. получили Нобелевскую премию).

1959 г. французские микробиологи Франсис Жакоб и Жаквис Моно (1910-1976) установили факт существования механизма регуляции генов.

1961 г. – был расшифрован генетический коди механизм его действия в процессе синтеза белка в клетке

1963 г американский биохимик Маршал Ниренберг расшифровал генетический код, который оказался универсальным как для бактерий, так и для высших организмов вплоть до человека (за что получил Нобелевскую Премию в 1968 г.).

1966 г. М.Ниренберг и Генрих Маттэй продемонстрировали, что каждую из 20 аминокислот кодируют три смежных нуклеотида (кодон).

1970-е г.г. - были найдены методы искусственного получения мутаций и с их помощью созданы ценные сорта растений и штаммы микроорганизмов — продуцентов антибиотиков, аминокислот.

1972 г. – формируется генная инженерия — система приемов, позволяющих биологу конструировать искусственные генетические системы.

!!! Таким образом, третий, современный этап развития генетики открыл огромные перспективы направленного вмешательства в явления наследственности и селекции растительных и животных организмов, выявил важную роль генетики в медицине, в частности, в изучении закономерностей наследственных болезней и физических аномалий человека.

II. Законы Менделя

В 1856–66 годах чешским монахом натуралистом Грегором Иоганном Менделем (1822-1884) были поставлены знаменитые опыты, результатом которых стало появление новой науки – генетики.

Мендель установил закономерности наследования признаков. В 1865 г. он опубликовал книгу " Опыты над растительными гибридами".

Объектом для экспериментов был выбран огородный горох, так как существует множество его сортов, чётко различающихся по ряду признаков; растения легко выращивать и скрещивать.

Скрещивание двух орга­низмов называется гибридизацией, потомство от скре­щивания двух особей с разной наследственностью назы­вают гибридным, а отдельную особь — гибридом.

Скрещивание двух организмов, отличающихся друг от друга по одной паре альтерна­тивных (взаимоисключающих) признаков называется моно­гибридным скрещиванием, по двум парам признаков – дигибридным скрещивание, а по множеству пар признаков - полигибридным скрещиванием.

Явление преобладания у гибрида при­знака одного из родителей назваемся домини­рованием. Признак, проявляющийся у гибрида первого поколения и подавляющий развитие другого признака, был назван доминантным, а противоположный, т, е. по­давляемый, признак — рецессивным.

Если в генотипе организма (зиготы) два одинаковых аллельных гена — оба доминантные или оба рецессивные (АА или аа), та­кой организм называется гомозиготным. Если же из пары аллельных генов один доминантный, а другой рецессивный (Аа), то такой организм носит название гетерозиготного.

Первый закон, или закон единообразия гибридов первого поколения, утверждает, что при скрещивании организмов, различающихся аллельными признаками, в первом поколении гибридов проявляется лишь один из них – доминантный, а альтернативный ему, рецессивный, остаётся скрытым

 

Второй закон, или закон расщепления, гласит, что при скрещивании между собой двух гибридов первого поколения (или при их самоопылении) во втором поколении проявляются в определённом соотношении оба признака исходных родительских форм. Расщепление по генотипу 1: 2: 1, по фенотипу 3: 1.

Третий закон, или закон независимого комбинирования, утверждает, что при скрещивании гомозиготных особей, отличающихся по двум и более парам альтернативных признаков, каждая из таких пар (и пар аллельных генов) ведёт себя независимо от других пар, т. е. и гены, и соответствующие им признаки наследуются в потомстве независимо и свободно комбинируются во всех возможных сочетаниях.

 

Схема, иллюстрирующая единообразие гибридов первого поколения F1 (первый закон Менделя) и расщепление признаков у потомства второго поколения F2 с преобладанием доминантного фенотипа над рецессивным в отношении 3: 1 (второй закон Менделя); A — доминантный ген, а — рецессивный ген. Заштрихованный круг — доминантный фенотип, а светлый — рецессивный.

Схема, иллюстрирующая независимое комбинирование признаков (третий закон Менделя). \Наследование жёлтой (В) и зелёной (b) окраски семян, а также круглой (А) и морщинистой (а) их формы. А и В доминируют над аллелями а и b. Генотипы родителей и потомков обозначены комбинацией указанных букв, а четыре разных фенотипа — при помощи различной штриховки.

В современной интерпретации основные положения теории наследственности Менделя следующие:

• За наследственные признаки отвечают дискретные (отдельные, не смешивающиеся) наследственные факторы — гены (термин «ген» предложен в 1909 г. В.Иоганнсеном)

Дискретность наследственности состоит в том, что отдельные свойства и признаки организма развиваются под контролем наследственных факторов (генов), которые при слиянии гамет и образовании зиготы не смешиваются, не растворяются, а при формировании новых гамет наследуются независимо друг от друга.

⇐ Предыдущая12345

Поделиться: