Что такое спираль в биологии

ДВОЙНАЯ СПИРАЛЬ

Смотреть что такое «ДВОЙНАЯ СПИРАЛЬ» в других словарях:

Двойная спираль — ДНК Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) один из двух типов нуклеиновых кислот, обеспечивающих хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. Основная роль ДНК в… … Википедия

двойная спираль — — [http://www.dunwoodypress.com/148/PDF/Biotech Eng Rus.pdf] двойная спираль [Лугинский Я. Н. и др. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике. 2 е издание М.: РУССО, 1995 616 с.] Тематики биотехнологииэлектротехника,… … Справочник технического переводчика

ДВОЙНАЯ СПИРАЛЬ — в биологии см. в ст. Уотсона Крика гипотеза … Большой Энциклопедический словарь

двойная спираль — (биол.), см. в статье Уотсона Крика гипотеза. * * * ДВОЙНАЯ СПИРАЛЬ ДВОЙНАЯ СПИРАЛЬ, в биологии см. в ст. Уотсона Крика гипотеза (см. УОТСОНА КРИКА ГИПОТЕЗА) … Энциклопедический словарь

двойная спираль — dvivijė spiralė statusas T sritis chemija apibrėžtis Spiralė, susidedanti iš dviejų komplementarių antilygiagrečių DNR grandinių. atitikmenys: angl. double helix rus. двойная спираль ryšiai: sinonimas – dviguboji spiralė … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

ДВОЙНАЯ СПИРАЛЬ — (биол.), см. в ст. Уотсона Крика гипотеза … Естествознание. Энциклопедический словарь

двойная спираль [ДНК] — Правосторонняя спираль, образованная двумя антипараллельными полинуклеотидными цепями (см. Watson Crick model). [Арефьев В.А., Лисовенко Л.А. Англо русский толковый словарь генетических терминов 1995 407с.] Тематики генетика EN double helix … Справочник технического переводчика

Двойная спираль с Уотсона-крика дуплекс — Двойная спираль, с. Уотсона крика, дуплекс * падвойная спіраль, с. Уотсана крыка, дуплекс * double helix or d. h. DNA or Watson Crick h. or duplex модель Уотсона Крика, описывающая структуру ДНК как спираль, которая образована из двух… … Генетика. Энциклопедический словарь

двойная спираль ДНК — – модель вторичной структуры ДНК, состоящая из двух антипараллельных полинуклеотидных цепей, связанных друг с другом водородными связями между комплементарными парами азотистых оснований А Т, Г Ц … Краткий словарь биохимических терминов

Источник

Спираль спиралей: хромосома и ДНК

У некоторых растений длина молекулы ДНК, находящейся в хромосомах, достигает сорока метров! А вместе с тем спирали наследственности — в каждой клетке человека их несколько десятков — помещаются в клеточном ядре размером несколько микрон! Как достигается такая компактность упаковки? Зависит ли работа наследственного аппарата от формы хромосомы? Чем различаются хромосомы животных и растений? Чтобы ответить на эти и многие другие вопросы, исследователи с помощью мощного электронного микроскопа засняли необычный «фильм». Главная его героиня — хромосома.

Кадр за кадром мы вместе со специалистами сможем наблюдать за рождением хромосомы, которая, по мнению исследователей, не столько «упаковка» для ДНК, сколько сложнейшее сооружение, от чьей архитектуры во многом зависит работа наследственного аппарата.

Здесь мы сразу же попадаем в белый космос, усеянный черными звездами. В действительности такой «небосвод» может быть и настоящего черного цвета, но методика, примененная микроскопистами, сделала его белым. А черные «звезды» — не что иное, как срезы молекул ДНК. Этот мир находится в непрерывном движении. Спиральные молекулы перемещаются нам навстречу. То одна, то другая изгибаются словно гигантские змеи. К ним медленно подплывают маленькие цилиндры (их называют нуклеосомами). ДНК, словно удав своими петлями, захватывает цилиндр, и через минуту он оказывается прочно обмотанным плотными спиральными витками ДНК. Так завершается первый акт рождения хромосомы.

Огромная, сорокаметровая молекула, уменьшаясь в размерах, опутывает множество роликов-нуклеосом. Вот нить сократилась еще раз, затем еще — так родилась плотно скрученная пружина. А вскоре спираль медленно собралась в несколько «цветков», соединенных друг с другом стеблем. Это и был последний кадр в фильме о рождении спирали спиралей.

Хромосома, как показали эти исследования — это одновременно несколько спиралей. Ведь ДНК — уже спираль, накрученная на нуклеосому, она — спираль вдвойне. Конструкция спирализуется много раз. То, что ДНК и хромосома имеют спиральную форму, известно сравнительно давно, но вот как работает архитектура такого рода, как она помогает успешной реализации генетического материала, как, например, считывается в нужное время с определенного участка нуклеиновой кислоты информация, а по ней строятся белки — основа «здания» жизни?

Жизнь возникает в трудноуловимой «чехарде» ферментов, считывающих, режущих, сшивающих, кроящих, перестраивающих, транспортирующих ДНК, РНК, белки, аминокислоты и некоторые другие вещества. Но как не собьются с пути мириады молекул ферментов, кишащих около хромосомы? Как они построят белки, с поразительной точностью перенесут РНК, ДНК и т. д.? Вот вопрос. И ответ на него поможет найти биологическая архитектура. В ее форме также зашифрован своеобразный план, во многом направляющий ход жизненных процессов. Например, один виток спирали может содержать один или несколько генов, которые ферменты должны прочесть одновременно.

И для этого вовсе не нужно раскручивать всю спираль. Такая операция проделывается лишь с одним из фрагментов хромосомы. Именно с тем, где находятся гены, кодирующие белки, необходимые организму в определенный момент его развития. Таким образом, форма способна задавать ритм его чтению. Спираль своими кольцами разбивает текст из генов на «слова», «фразы», «абзацы», «страницы», «главы».

Иногда генетический материал нужно распределить не только по «главам», но и по «томам». Вероятно, есть хромосомы, состоящие из нескольких отдельных частей. Они напоминают несколько «вагонов» хромосом, объединенных в один «состав» — субхромосому. В каждый из таких «вагончиков» входит отдельная молекула ДНК, а весь «состав» сложен уже не из одной, а из нескольких молекул ДНК. Причем в процессе эволюции меньшие звенья могут меняться местами и таким образом создавать новые тексты с иным порядком слов, абзацев, глав. А от такой необычной перестановки мог сильно измениться смысл «книги», и на свет могут появиться новые виды живых организмов. Так «вагоны» «поезда» хромосомы способствуют эволюционному процессу.

Словом, всех заслуг биологической архитектуры не перечесть. Но есть и еще одна: спираль спиралей — во многом двигатель живого. От нее зависит мощность организма, его способность работать в том или ином режиме и ритме, производить определенное количество белков, жиров, углеводов. Дело в том, что у растений часто хромосомные нити удваиваются, утраиваются, дублируя друг друга, так растет и количество генетического материала. А чем больше генов, тем выше производительность клетки.

Таким образом, хромосома — это прекрасный дом, первым защищающий еще хрупкую, только зародившуюся вокруг ДНК жизнь, дом, помогающий ей окрепнуть, встать на ноги, чтобы построить сначала клетку, а затем проявить себя в живом существе. Дом, форма которого способствует зарождению жизни. Поэтому, чем больше мы знаем об этом загадочном сооружении, тем яснее нам видится живое, тем глубже мы проникаем в его суть и в то загадочное переплетение химических реакций, возникающих при строительстве биологических конструкций, которое создает основу для жизни.

Источник

Что такое спираль в биологии

Характерной чертой строения растений и живых организмов является спиральность. Еще Гете, который был не только великим поэтом, но и естествоиспытателем, считал спиральность одним из характерных признаков живых организмов. Что же такое спираль? В математике спираль определяется как плоская линия, образованная движущейся точкой, которая удаляется по определенному закону от начала луча, равномерно вращающегося вокруг своего начала.

Если начало спирали выбрать за полюс полярной системы координат, то математически спираль может быть представлена с помощью некоторого полярного уравнения r = f( j ), где r — радиус-вектор спирали, j — угол, откладываемый на полярной оси, f( j ) – некоторая монотонно возрастающая или убывающая положительная функция. Если функция f( j ) возрастает по экспоненциальному закону, то такая спираль называется логарифмической.

Всякая логарифмическая спираль представляет собой схему роста или возрастания и может быть выражена геометрической прогрессией. При этом особое значение имеет «золотая» логарифмическая спираль, в которой члены геометрической прогрессии, соответствующей спирали, являются степенями золотой пропорции < t n >(n = 0, ± 1, ± 2, ± 3, …). По мнению многих исследователей, в частности, известного ученого Т. Кука, именно «золотая» логарифмическая спираль, которую она называет «кривой гармонического возрастания», наиболее чаще проявляется в рогах баранов, коз, антилоп и других рогатых животных.

Спирали широко проявляют себя в растительном мире. Спирально закручиваются усики растений, по спирали происходит рост тканей в стволах деревьев, по спирали расположены семечки в подсолнечнике, спиральные движения (нутации) наблюдаются при росте корней и побегов. Очевидно, в этом проявляется наследственность организации растений, а ее корни следует искать на клеточном и молекулярном уровне.

Спиралевидную форму имеют большинство раковин. Изучая конструкции раковин, ученые обратили внимание на целесообразность форм и поверхностей раковин: внутренняя поверхность гладкая, наружная – рифленая. Внутри покоится тело моллюска – внутренняя поверхность должна быть гладкой. Наружные ребра увеличивают жесткость раковины и, таким образом, повышают ее прочность. Форма раковин поражает своим совершенством и экономичностью средств, затраченных на ее создание. Идея спирали в раковинах выражена не приближенно, а в совершенной геометрической форме, в удивительно красивой, «отточенной» конструкции.

У некоторых моллюсков количество частей, формирующих конические раковины, отвечает числам Фибоначчи. Как подчеркивает Н. Васютинский в своей книге «Золотая пропорция», «рост «по Фибоначчи» открыл большие возможности для возникновения разнообразных организмов. В членении «по Фибоначчи» выражена и геометрическая прогрессия роста (с показателем, равным золотой пропорции), и симметрии подобия, и единство непрерывной и дискретной организации. На смену примитивным моллюскам пришли более сложные организмы и, прежде всего, членистоногие».

Пентагональная симметрия в живой природе

В живой природе широко распространены формы, основанные на «пентагональной» симметрии (морские звезды, морские ежи, цветы). Пяти-лепестковыми являются цветы кувшинки, шиповника, боярышника, гвоздики, груши, черемухи, яблони, земляники и многих других. Ниже показано цветок китайской розы с ярко выраженной «пентагональной» симметрией.

А ниже приведен пример кактуса, имеющего форму пентаграммы.

Свойство наличия пяти пальцев на руке или пяти костей, или костных зачатков на органах, соответствующих руке человека и многих животных («пентадактильность»), являются дополнительным свидетельством пятиугольных форм и связанного с ними золотого сечения в морфологии биологического и растительного мира.

Вездесущий филлотаксис

Все в Природе подчинено строгим математическим законам. Оказывается, что расположение листьев на стеблях также носит строгий математический характер и это явление называется в ботанике «филлотаксисом». Суть филлотаксиса состоит в винтовом расположении листьев на стебле растений (ветвей на деревьях, лепестков в соцветьях и т.д.).

В явлении филлотаксиса используются более сложные понятия симметрии, в частности понятие «винтовая ось симметрии». Рассмотрим, например, расположение листьев на стебле растения.

Мы видим, что листья находятся на различных высотах стебля вдоль винтовой линии, обвивающейся вокруг его поверхности. Для того чтобы перейти от нижележащего листа к следующему, приходится мысленно повернуть лист на некоторый угол вокруг вертикальной оси стебля, а затем поднять его на определенный отрезок вверх. В этом и состоит суть «винтовой симметрии».

А теперь рассмотрим характерные «винтовые оси», которые возникают на стеблях растений.

Угол поворота винтовой оси у ботаников называется «углом расхождения листьев». Вертикальная прямая, соединяющая два листа, расположенные друг над другом на стебле, именуется «ортостихой». Отрезок 1-4 ортостихи соответствует полной трансляции винтовой оси. Как мы увидим далее, число оборотов вокруг оси стебля для перехода от нижнего листа к вышележащему, расположенному в точности над нижним (по ортостихе), может равняться не только единице, но и двум, трем и т.д. Это число оборотов называется «листовым циклом». В ботанике принято характеризовать винтовое листорасположение с помощью дроби, числителем которой является число оборотов в листовом цикле, а знаменателем – число листьев в этом цикле. В рассмотренном нами случае мы имеем винтовую ось типа 1/3.

На рисунке (б) изображена пятерная винтовая ось симметрии с листовым циклом 2 (для перехода от листа 1 к листу 6 надо совершить два полных оборота). Дробь, характеризующая данную ось, равна 2/5; угол расхождения листьев составляет 144 ° (360 ° :5 = 72 ° ; 72 ° ґ 2 = 144 ° ). Заметим, что существуют и более замысловатые оси, например, типа 3/8, 5/13 и т.д.

Возникает вопрос, какими могут быть числа a и b, характеризующие винтовую ось типа a/b. И вот здесь Природа преподносит нам очередной сюрприз в виде так называемого «Закона филлотаксиса». Ботаники утверждают, что дроби, характеризующие винтовые оси растений, образуют строгую математическую последовательность, состоящую из отношений соседних чисел Фибоначчи, то есть:

Ботаники установили, что для различных растений характерны свои дроби филлотаксиса из последовательности (1). Например, дробь 1/2 свойственна злакам, березе, винограду; 1/3 – осоке, тюльпану, ольхе; 2/5 – груше, смородине, сливе; 3/8 – капусте, редьке, льну; 5/13 – ели, жасмину и т.д.

Какова же «физическая» причина, лежащая в основе «законов филлотаксиса»? Ответ очень прост. Оказывается, что именно при таком расположении листьев достигается максимум притока солнечной энергии к растению.

С учетом этого замечания нас теперь не удивит и тот факт, что практически все соцветья и плотно упакованные ботанические структуры (сосновые и кедровые шишки, ананасы, кактусы, головки подсолнечников и многие другие) также строго следуют числам Фибоначчи.

На рисунке приведены различные ботанические структуры (сосновая шишка, головка подсолнечника, цветок эхимеи), в которых «закон филлотаксиса» выражается в следующем. В каждой из таких ботанических структур семена располагаются на пересечении левых и правых спиралей; при этом отношение числа левых и правых спиралей всегда равно отношению соседних чисел ряда Фибоначчи, которое, как известно, стремится к золотой пропорции. Те же закономерности наблюдаются в корзинках цветов.

Таким образом, строгую математику мы находим и в расположении листьев на стеблях растений, лепестков на цветке розы, в разрезе яблока (пентаграмма), в спиралевидном расположении семян сосновой шишке, головки подсолнечника, ананаса и кактуса. И эта закономерность математически выражается числами Фибоначчи и золотой пропорцией! И мы снова и снова убеждаемся в том, что все в природе подчинено единому плану, единым законам – и раскрыть и объяснить эти законы и есть главная задача науки.

Источник

Спираль ДНК

Надежным хранителем нашей генетической информации является ДНК. Открытие спирали стало революцией в мировой науке. После этого удалось раскрыть код наследственности, идентифицировать генетический риск, начать формирование запрограммированных свойств организма и создавать технологии генной инженерии. Но что это за разноцветная спираль? И из чего состоят закрученные цепочки?

Что такое ДНК?

Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик

Источник фото: https://www.thetimes.co.uk/article/being-objectionable-is-in-his-dna-james-watson-derides-former-colleagues-szhlbtctl

Аббревиатура ДНК расшифровывается как дезоксирибонуклеиновая кислота, которая несет в себе генетический код всего живого. Она находится в клеточном ядре. Ядро же – это маленькая органелла, окруженная специальной мембраной, в которой надежно хранится генетический материал – ДНК.

ДНК представляет собой длинную молекулу, похожую на переплетение нескольких разноцветных нитей. Ее структурные элементы – нуклеотиды. Всего их существует 4 вида: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г) и цитозин (Ц). Нуклеотиды соединяются в цепочку ДНК в определенной последовательности: ГГААТЦТААГ.… Впервые ее расшифровали Джеймс Уотсон и Френсис Крик.

Разноцветные нити

Каждая молекула ДНК есть переплетения двух цепочек нуклеотидов, закрученных
вокруг друг друга в виде спирали.

Как же эти цепочки держатся и закручиваются в спираль?

Такой феномен происходит из-за комплементарности.

Вот так выглядят пары:

Г — Ц
Т — А
Т — А
Ц — Г

Нуклеотидные цепочки ДНК закручиваются вокруг друг друга не просто так. Количество нуклеотидов огромно, поэтому для их размещения нужно много места. По этой причине они закручиваются в виде спиралей, в каждой из них которых по две нити. Такое явление называется спирализацией, благодаря которой цепочки ДНК укорачиваются в 5-6 раз.

Не все молекулы ДНК организм активно использует, а иногда не использует и вовсе. И тогда такие молекулы ДНК, помимо спирализации, «упаковываются» еще компактнее – они укорачиваются в 25-30 раз.

Раскодирование

Молекула ДНК – это закодированная матрица, для разгадки которой нужно постараться. Чтобы прочесть информацию с нее, такие данные сперва попадают на специальный переносчик – РНК (химически рибонуклеиновая кислота). Она отличается от ДНК своей «сверхспособностью» проходить через мембрану ядра в клетку, в то время как ДНК «умеет» находиться только в ядре. Закодированная информация используется в самой клетке.

Нити ДНК, благодаря которым можно «считать» информацию, начинают раскручиваться, а потом параллельно создается комплементарная цепочка РНК. Копия РНК проходит через клетку, а потом попадает в цитоплазму. Там она подобно матрице способна встраиваться в специальные ферментные системы (рибосомы), которые могут синтезировать последовательность аминокислот белка.

На основе триплетного кода рибосома определяет, какую именно аминокислоту надо присоединить к растущей белковой цепи. За кодировку каждой аминокислоты отвечает определенный триплет.

Все происходит так: рибосома «считывает» триплет, а потом определяет, какую аминокислоту надо присоединить следующей по мере считывания информации в РНК.

В конечном итоге цепочка аминокислот оказывается сформированной. Она обретает пространственную форму, чтобы затем стать белком, который выполняет ферментные, строительные, гормональные и другие функции. Белок важен для любого живого организма. Он, будучи продуктом гена, определяет свойства, качества и внешние проявления генов.

Источник