Что такое наследственный материал
Свойства и функции наследственного материала. Самовоспроизведение наследственного материала. Принцип и этапы репликации ДНК.
5.Биосинтез белка является процессом реализации наследственной информации. Образовавшиеся белки – ферменты вступают в цепь биохимических реакций, конечным результатом которых являются формирование фенотипического выражения признака.
Всеми этими свойствами обладают молекулы ДНК или реже РНК (у некоторых вирусов), в которых закодирована наследственная информация.
Основными свойствами Наследственного материала являются:
2. Способность к изменению генетической информации (мутации).
3. Способность к репарации и к передаче ее от поколения к поколению (процесс восстановления природной структуры ДНК, поврежденной при нормальном биосинтезе ДНК в клетке химическими или физическими агентами).
Функции наследственного материала:
1. Хранение и передача информации
2. Синтез белка, кодируемого геном при участии двух матричных процессов: транскрипции и трансляции.
2)Репликация ДНК.
Разделение спирально закрученных цепей родительской ДНК ферментом геликазой вызывает появление супервитков перед репликационной вилкой. Это объясняется тем, что при расхождении каждых 10 пар нуклеотидов, образующих один виток спирали, родительская ДНК должна совершить один полный оборот вокруг своей оси. Следовательно, для продвижения репликационной вилки вся молекула ДНК перед ней должна была бы быстро вращаться, что потребовало бы большой затраты энергии. В действительности это не наблюдается благодаря особому классу белков, называемых ДНК-топоизомеразами. Топоизомераза разрывает одну из цепей ДНК, что дает ей возможность вращаться вокруг второй цепи. Это ослабляет накопившееся напряжение в двойной спирали ДНК.
Из двух реплицируемых дочерних цепей одна реплицируется непрерывно и ее синтез идет быстрее. Эту цепь называют лидирующей. Синтез другой цепи идет медленнее, т. к. она собирается из отдельных фрагментов Оказаки. Фрагменты образуются с помощью РНК-затравки. Роль затравки для синтеза полинуклеотидных цепей ДНК в ходе репликации выполняют короткие последовательности РНК, образуемые при участии фермента РНК-праймазы Одна из нитей ДНК разрезается на фрагменты с помощью фермента рестриктазы, вновь синтезированные отдельные фрагменты сшиваются вместе с помощью фермента лигазы. Такую цепь называют запаздывающей. Конечным результатом процесса репликации является образование двух молекул ДНК, нуклеотидная последовательность которых идентична таковой в материнской двойной спирали ДНК.
В принципах самоудвоения молекулы ДНК заложена основа устойчивого сохранения всей специфики генетической информации данного вида и данной особи. Это обусловлено комплементарностью при достройке молекулы ДНК. В результате вновь синтезированная молекула ДНК воспроизводит всю специфику исходной молекулы.
Процесс репликацию ДНК происходит с участием множества ферментов. Слайд № 1. Для осуществления редупликации, цепи материнской молекулы ДНК отдаляются друг от друга. Водородные связи между ними разрушаются геликазой. Область расхождения полинуклиотидных цепей в зонах репликации называют репликационными вилками. В каждой такой области при участии фермента ДНК- полимеразы к освободившимся водородным связям нуклеотидных последовательностей присоединяются свободные нуклеотиды из нуклеоплазмы. Из двух реплицируемых дочерних цепей одна реплицируется непрерывно и синтез ее идет быстрее. Эту цепь назвали лидирующей. Синтез другой цепи идет медленнее, т.к. она собирается из отдельных фрагментов. Такую цепь называют запаздывающей. Ферменты рестриктазы сначала разрезают ее на отдельные фрагменты( фрагменты Оказаки), затем каждый фрагмент реплицируется отдельно и только потом происходит объединение реплицированных фрагментов в единое целое с помощью лигазы.
Фрагмент ДНК от одной точки начала репликации до другой точки образует единицу репликации – репликон. Эукариотические хромосомы содержат большое число репликонов. В связи с этим редупликация хромосом эукариот начинается в нескольких точках. В разных репликонах репликация может идти в разное время или одновременно.
Репликация ядерной ДНК происходит в определенный период жизненного цикла клетки – синтетический период интерфазы. Ауторепродукция хромосом и последующее за нее деление клетки направлены но то, чтобы дочерние клетки получили всю полноту генетической информации, имевшуюся в исходной родительской клетке. Чередование двух этих важных процессов составляют основу клеточного цикла. Клеточный цикл означает многократное повторение последовательных событий, занимающих определенный отрезок времени.
P.S.:(Не факт что полезно. То что сверху- вернее по идее).
Наследственный материал обладает универсальными свойствами живого: дискретностью, непрерывностью, линейностью, относительной стабильностью.
1. ДИСКРЕТНОСТЬ генетического материала, т.е. существование гена, хромосомы (группы сцепления), генома, выявляется в виде: множества аллелей, составляющих группу сцепления, множества групп сцепления, составялющих геном.
2. НЕПРЕРЫВНОСТЬ Наследственного материала (физическая целостность хромосомы) выявляют в виде сцепления множества генов между собой.
4. ОТНОСИТЕЛЬНАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ или способность к конвариантной редупликации, т.е. возникновение и сохранение вариантов в ходе возспроизведения, выявляют в виде мутационной изменчивости.
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Что такое наследственность?
Сможет ли в семье кареглазых родителей родиться голубоглазый малыш? Чтобы не гадать на кофейной гуще, достаточно подробнее изучить особенности наследственности генов. Что такое наследственность, как сочетание генов может повлиять на характер и внешность ребенка — попытаемся разобраться в основах генетики вместе.
Что такое наследственность
Наследственность — это умение организма передавать потомкам собственные признаки и особенности развития или свойство быть похожим на родителей. Например, ребенок может перенять определенные черты характера, внешности, задатки, тип обмена веществ и заболевания родителей — любые признаки, характерные для данного биологического вида. Все это возможно благодаря молекулам ДНК — генетическому материалу клеточных организмов. В то же время каждый отдельный индивид всегда имеет и собственные отличительные признаки и особенности.
Краткая история генетики — науки о наследственности
Сейчас благодаря развитию генетики мы знаем главные качества наследственности, можем разобраться в ее свойствах и закономерностях.
Виды генетики
Генетику человека разделяют на несколько разделов:
Виды наследственности
Ядерная или хромосомная наследственность человека
Этот вид наследственности связан с передачей наследственных признаков, расположенных в хромосомах ядра.
Критерии типов ядерной наследственности:
Цитоплазматическая или нехромосомная наследственность
Эта наследственность осуществляется с помощью молекул ДНК, находящихся вне хромосом, в пластидах и митохондриях.
Наследственность и заболевания
Часто вместе с чертами характера и особенностями внешности детям от родителей передаются и многие заболевания. Вероятность развития болезни у ребенка увеличивается, если наследуется от обоих родителей. А избежать этого стало возможно благодаря специальным генетическим исследованиям. Все генетические заболевания разделяют на следующие группы:
Таким образом, факторы окружающей среды могут послужить триггерами, а вовлеченные гены могут повысить шанс человека заболеть. Сюда относится большинство психических заболеваний.
Основные свойства и функции наследственного материала
Мы не случайно подробно остановились на матричном принципе передачи информации. Все другие многочисленные свойства присущие наследственному материалу практически являются отражением этой главной характеристики генетического материала.
Важно отметить, что перевести информацию из одной биологической системы в другую можно различными путями, например, при помощи электромагнитных волн, электрического сигнала и т.д. В системах функционирующих по матричному принципу информация передаётся путём синтеза на молекуле, несущей информацию, других молекул, в структуре которых воспроизводится эта информация. Это воспроизведение основано на принципе комплементарности (см. ранее).
Синтезированные таким путём дочерние молекулы, по химическому строению, могут быть трёх типов: идентичные матричным, родственные им и совершенно иными. Идентичными дочерними молекулами считаются такие, которые сходны по химическому строению с молекулой, которая была матрицей во время синтеза. В этом случае обе молекулы (и матричная и дочерняя) относятся к одному классу или обе молекуля\ы являются ДНК или обе молекулы – РНК. Если же на молекуле ДНК синтезируется РНК, то последняя является родственнойматричной молекуле ДНК. И, наконец, синтезированные белки будут совершенно отличаться по химической структуре от молекулы ДНК в которой хранилась информация об их структуре. В соответствии с этим, процессы обеспечивающие синтез различных типов молекул также подразделяют на три типа.
1. Репликация – воспроизведение информации путём синтеза на одной молекуле её копии – ДНК на ДНК или РНК на РНК. Вновь синтезированная молекула называется дочерней и полностью идентична материнской (или матричной молекулы). Синонимы репликации – ауторепликация, редупликация, ауторедупликация, авторепродукция, самовоспроизведение, самокопирование и т.д.).
Процесс репликации ДНК у человека осуществляется в ядре и митохондриях клетки. У вирусов он осуществляется в ядре клетки-хозяина. Репликация молекул нуклеиновых кислот может быть двух типов – репликация ДНК и репликация РНК (рис. 33). Репликация РНК ограничена узким кругом РНК содержащих вирусов. К таким вирусам относится, например, всем известный вирус гриппа.
2. Транскрипция – передача информации с одной нити ДНК на родственную ей нить РНК. Этот процесс осуществляется путём синтеза молекулы РНК на матрице (одной нити ) ДНК. Синтез всех видов РНК осуществляется в ядре или митохондриях.
 |
 |
Рис. 33. Блок-схема типов репликации полинуклеотидов.
одинаковые этапы. Реакции репликации, транскрипции и трансляции происходят в три этапа:
1. Инициация – подготовительный этап.
Следует подчеркнуть, что наследственный материал имеет ещё несколько важных свойств, без которых живые существа имели бы мало шансов на выживание. К ним относятся – способность наследственных структур записывать, сохранять и изменять имеющуюся информацию.
Запись информации осуществляется на основе генетического кода. Тройка нуклеотидов в ДНК шифрует определённые аминокислоты, а последовательность их расположения в ДНК определяет последовательность аминокислот в белке.
Правильное сохранение информации в ДНК обеспечивается процессом репарации и коррекции репликации. Возникшие повреждения в ДНК и ошибки в генетическом кодировании «ремонтируются» специальными системами.
Изменение информации. Это свойство обеспечивает создание различных вариантов генома организмов, что открывает широкие возможности для создания в эволюции новых адаптационных вариантов. В основе этого свойства лежат различные механизмы – генетическая рекомбинация, мутагенез и т.д. Как это ни странно, оптимальное функционирование некоторых генетических программ зависит от специфических перестроек (изменений) в ДНК (см. далее). С другой стороны многие перестройки генома не запрограммированы. И любое изменение структуры наследственного материала может привести к непредсказуемым и тяжёлым последствиям.
Резюмируя вышеизложенное, перечислим основные свойства наследственного материала и назовём элементы и механизмы (в скобках), ответственные за их реализацию в фенотипе.
Следует подчеркнуть, что процессы лежащие в основе реализации выше перечисленных свойств функционируют не изолированно друг от друга. Находясь в одном или близких компартментах (отделах) клетки, имея иногда один и тот же субстрат и схожие принципы реализации, эти механизмы иногда не только дополняют друг друга (например, механизмы репликация одинаково необходима для сохранение и воспроизведение информации), но и находятся в тесном взаимодействии. Выключение любого из них сразу же нарушит нормальную жизнедеятельность организма.
Рассмотрим вышеперечисленные шесть механизмы в той последовательности, в которой они изложены выше.
МЗ. Матричный принцип переноса информации заключается в синтезе на молекуле, которая несёт информацию, другой молекулы, в структуре которой воспроизводится информация. Основными свойствами наследственного материала являются:
ДНК: история одной макромолекулы
25 апреля – День ДНК!
Открытие ДНК произошло в 1869 году швейцарским биохимиком Фридрихом Мишером, но потребовалось более 80 лет, чтобы важность этого открытия была полностью осознана. И даже сегодня, по прошествии более 150 лет, новые исследования и технологии продолжают предлагать более глубокое понимание вопроса: почему важна ДНК?
Наследственный материал человека, известный как дезоксирибонуклеиновая кислота, или ДНК, представляет собой длинную молекулу, содержащую информацию, необходимую организму для развития и размножения. ДНК находится в каждой клетке тела и передается от родителя к ребенку.
ДНК является самовоспроизводящимся материалом, который есть в каждом живом организме. Проще говоря, это носитель всей генетической информации. Он содержит своеобразные инструкции, необходимые организму для развития, роста, размножения. Это одна длинная молекула, которая содержит наш генетический «код». Этот «код» является отправной точкой для нашего развития, но влияние внешних факторов, таких как наш образ жизни, окружающая среда и питание, в конечном итоге формируют человека.
Из чего состоит ДНК?
ДНК человека уникальна тем, что состоит из почти 3 миллиардов пар оснований, и около 99 процентов из них одинаковы для каждого человека. Тем не менее, именно последовательность этих оснований определяет, каким будет этот организм.
Подумайте о ДНК как об отдельных буквах алфавита — буквы объединяются друг с другом в определенном порядке, образуя слова, предложения и истории. Та же самая идея верна для ДНК: то, как азотистые основания упорядочены в последовательностях ДНК, формирует гены, которые «говорят» вашим клеткам, как производить белки. Рибонуклеиновая кислота (РНК), другой тип нуклеиновой кислоты, образуется в процессе транскрипции (при репликации ДНК). Функция РНК заключается в том, чтобы транслировать генетическую информацию из ДНК в белки, когда она декодируется рибосомой.
ДНК содержит жизненно важную информацию, которая передается из поколения в поколение. Молекулы ДНК в ядре клетки плотно обвиваются, образуя хромосомы, которые помогают хранить важную информацию в виде генов.
ДНК работает путем копирования себя в эту одноцепочечную молекулу под названием РНК. РНК похожа на ДНК, но она содержит некоторые существенные молекулярные различия, которые выделяют ее. РНК действует как посланник, передавая жизненно важную генетическую информацию в клетке от ДНК через рибосомы для создания белков, которые затем образуют все живое.
Как была обнаружена ДНК?
Кто открыл ДНК?
Полный ответ на вопрос, кто открыл ДНК, сложен, потому что, по правде говоря, многие люди внесли свой вклад в то, что мы знаем об этом сейчас.
1866 — Грегор Мендель, известный как «Отец генетики», был фактически первым, кто предположил, что характеристики передаются из поколения в поколение. Мендель обосновал термины, которые мы все знаем сегодня: рецессивные и доминирующие признаки.
1869 — Фридрих Мишер идентифицировал «нуклеин», выделив молекулу из ядра клетки, которая впоследствии стала известна как ДНК.
1881 — лауреат Нобелевской премии немецкий биохимик Альбрехт Коссель, которому приписывают наименование ДНК, идентифицировал нуклеин как нуклеиновую кислоту. Он также выделил те пять азотистых оснований, которые в настоящее время считаются основными строительными блоками ДНК и РНК: аденин (A), цитозин ©, гуанин (G) и тимин (T) (который заменяется урацилом (U). ) в РНК).
1882 — Вскоре после открытия Косселя Вальтер Флемминг обнаружил митоз в 1882 году, став первым биологом, который выполнил полностью систематическое исследование деления хромосом. Его наблюдения, что хромосомы удваиваются, важны для позже обнаруженной теории наследования.
Начало 1900-х годов — Теодор Бовери и Уолтер Саттон независимо работали над тем, что сейчас известно как теория хромосом Бовери-Саттона или хромосомная теория наследования. Их выводы являются основополагающими в нашем понимании того, как хромосомы переносят генетический материал и передают его из поколения в поколение.
1944 — Освальд Эвери обосновал, что ДНК, а не белки, трансформируют свойства клеток.
1944 — 1950 — Эрвин Чаргафф обнаружил, что ДНК отвечает за наследственность. Его открытия, известные как «Правила Чаргаффа», доказали, что единицы гуанина и цитозина, а также единицы аденина и тимина одинаковы в двухцепочечной ДНК, и он также обнаружил, что ДНК различается у разных видов.
1951 — работа Розалинд Франклин доказала спиральную форму ДНК, что было подтверждено Уотсоном и Криком почти два года спустя. Ее выводы были признаны только посмертно.
25 апреля 1953 — Уотсон и Крик, опираясь на достижения Чаргаффа и Франклин, опубликовали структуру двойной спирали ДНК. Этот день во всем мире отмечается как день ДНК.
Генетика и ее методология
Предмет генетики
Наследственность подразумевает возможность передачи из поколения в поколение различных признаков и свойств, общих особенностей развития. Это происходит благодаря способности ДНК к самоудвоению (репликации) и дальнейшему равномерному распределению генетического материала.
Ген и генетический код
Это происходит потому, что в разных клетках одни гены «выключены», а другие «активны»: транскрипция идет только с активных генов. Именно из-за этого наши клетки отличаются по строению, функции и форме.
Каждой аминокислоте соответствует 3 нуклеотида (триплет ДНК, кодон иРНК). Существует 64 кодона, из которых 3 являются нонсенс кодонами (стоп-кодонами)
Один и тот же нуклеотид не может принадлежать 2,3 и более триплетам ДНК/кодонам иРНК. Он входит в состав только одного триплета.
Один кодон соответствует строго одной аминокислоте и никакой другой более соответствовать не может.
Одна аминокислота может кодироваться несколькими кодонами (при этом одну а/к кодируют 3 нуклеотида.)
Соответствие линейной последовательности кодонов иРНК последовательности аминокислот в молекуле белка.
Кодоны считываются строго в одном направлении от первого к последующим. Считывание происходит в процессе трансляции.
Генетический код един для всех живых организмов, что свидетельствует о единстве происхождения всего живого.
Аллельные гены
Гаметы
К примеру для особи AABbCCDDEeFfGg количество гамет будет рассчитываться исходя из количества генов в гетерозиготном состоянии, которых в генотипе 4: Bb, Ee, Ff, Gg. Формула будет записана 2 4 = 16 гамет.
К примеру, у особи «AA» мы напишем только одну гамету «А» и не будем повторяться, а у особи «Aa» напишем два типа гамет «A» и «a», так как они различаются между собой.
Гибридологический метод
Этот метод основан на скрещивании организмов между собой и дальнейшем анализе полученного потомства от данного скрещивания. С помощью гибридологического метода возможно изучение наследственных свойств организмов, определение рецессивных и доминантных генов.
Цитогенетический метод
С помощью данного метода становится возможным изучение наследственного материала клетки. Врач-генетик может построить карту хромосом пациента (кариотип) и на основании этого сделать вывод о наличии или отсутствии наследственных заболеваний.
Если быть более точным, кариотипом называют совокупность признаков хромосом: строения, формы, размера и числа. При наследственных заболеваниях может быть нарушена структура хромосом (часто летальный исход), иногда нарушено их количество (синдром Дауна, Шерешевского-Тернера, Клайнфельтера).
Генеалогический метод (греч. γενεαλογία — родословная)
По мере изучения законов Менделя, хромосомной теории, я непременно буду обращать ваше внимание на родословные. Вы научитесь видеть детали, по которым можно будет сказать об изучаемом признаке: «рецессивный он или доминантный?», «сцеплен с полом или не сцеплен?»
На предложенной родословной в поколениях семьи хорошо прослеживается наследование не сцепленного с полом (аутосомного) рецессивного признака (например, альбинизма). Это можно определить по ряду признаков, которые я в следующих статьях научу вас видеть. Аутосомно-рецессивный тип наследования можно заподозрить, если:
Близнецовый метод
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.