Современные представления о роли ДНК и РНК как носителях наследственной информации.

Ответ: Нуклеиновые кислоты содержатся во всех живых организмах и выполняют уникальные биологические функции. Это такие функции – сохранение, воспроизведения, реализация и передача генетической информации в ряде поколений. Существуют два типа нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновые (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК). В клетках прокариотов и эукариотов содержатся обе нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), вирусы имеют лишь одну из них (ДНК или РНК). В состав нуклеиновых кислот входят углерод, кислород, водород, азот и фосфор. Известны две группы этих кислот —РНК и ДНК. Они отличаются химическим строением и биологическими свойствами.ДНК и РНК в клетке имеют различную локализацию. ДНК находится преимущественно в ядре, входит в состав хроматина, сосредоточена в хромосомах. ДНК также входит в состав органоидов цитоплазмы; митохондрий, центросом и пластид. Основные хранители РНК — ядрышки, рибосомы, расположенные в цитоплазме. Нуклеиновые кислоты представляют собой биополимеры, мономерами которых служат нуклеотиды. В каждый нуклеотид входит молекула фосфорной кислоты, моносахарида (рибозы или дезоксирибозы) и одно из четырех азотистых оснований: аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц) и тимин (Т) или урацил (У). РНК содержит моносахарид рибозу В состав ДНК входит моносахарид дезоксирибоза Азотистые основания аденин, гуанин и цитозин могут входить в состав как одной, так и другой кислоты, но тимин входит в состав только ДНК, а урацил — только РНК. Основная биологическая функция ДНК заключается в хранении, постоянном самовозобновлении, самовоспроизведении (репликации) и передаче генетической (наследственной) информации в клетке. Биологическая роль РНК связана преимущественно с синтезом белка, т. е. с реализацией наследственной информации. Именно РНК является посредником между ДНК и строящейся в клетке белковой молекулой ДНК. Способность ДНК к авторепродукции и способность ее быть носителем наследственной информации связаны с особенностью ее строения. С помощью рентгеноструктурного анализа показано, что молекула ДНК состоит из двух спирально закрученных нитей Азотистое основание одной нити ДНК связано водородным «мостиком» с основанием другой, причем так, что аденин может быть связан только с тимином, а цитозин — только с гуанином. Они комплементарны (дополнительны) друг другу. Именно на этом основано свойство ДНК, объясняющее ее важную биологическую роль: способность к самовоспроизведению, т. е. к авторепродукции. Авторепродукция молекул ДНК происходит под воздействием фермента полимеразы. Предполагается, что при этом комплементарные цепи молекул ДНК раскручиваются и расходятся. Затем каждая из них начинает синтезировать новую. Поскольку каждое изоснований в нуклеотидах может присоединить другой нуклеотид только строго определенного строения, происходит точное воспроизведение материнской молекулы. Этим объясняется передача наследственной информации от клетки, из поколения в поколение.РНК не имеет двойной спирали и построена подобно одной из цепей ДНК. Если содержание ДНК в клетке характеризуется постоянством, то содержание РНК сильно колеблется, особенно много ее в клетках с интенсивным синтезом белка.Различают три вида РНК, рибосомальную, информационную и транспортную. Рибосомальная (рРНК) обладает наиболее крупными молекулами, включающими в себя до 3000 — 5000 нуклеотидов. Входит она в состав рибосом. на ее долю приходится до 90 %. роль в инициации, окончании синтеза и отщеплении готовых молекул белка от рибосом.Информационная (иРНК) несет в себе генетическую информацию для построения белка. Молекула иРНК состоит из триплетов (кодонов). Информационная РНК существует в двух фракциях: в виде зрелой иРНК и в виде ее предшественника Обе фракции растворены в цитоплазме, где и происходит созревание.Молекулы транспортной (тРНК) наиболее короткие: состоят из 70 — 100 нуклеотидов и имеют наиболее низкую относительную молекулярную массу. тРНК находится в цитоплазме. Ее функция — транспорт аминокислот к рибосомам Для каждой аминокислоты существует свой тип тРНК. На одном из концов молекулы тРНК имеется участок, к которому прикрепляется определенная аминокислота, на другом конце — участок, в котором располагается триплет свободных азотистых оснований (антикодон).

19. Жизнь как физико-химический процесс. Гипотезы возникновения жизни на Земле.

Ответ: Жизнь как физико-химический процесс. Гипотезы возникновения жизни на Земле.

Термин «эволюция» впервые введён в лексикон биологии швейц. Ш.Боннэ в 1762 г.

Мутации – основа эволюции, они перерабатываются естественным отбором.

Исследования конца 20-х г.г. ХХ в. показали, что большую роль в эволюции играет не только появление новых мутаций, но и изменение частоты встречаемости существующих аллелей (гена) из-за случайных процессов – колебания численности популяций и пр. (Р.А.Фишер, Н.П.Дубинин, Д.Д.Ромашов, С.Райт и др.)

Элементарной единицей микроэволюции является популяция.

Для возникновения стойких эволюционных сдвигов требуется действие не менее 4-х эволюционных факторов:

мутаций,

флуктуаций численности особей («волны жизни»),

изоляции и

естественного отбора.

Единственный реальный эффект естественного отбора состоит в повышении частоты тех генов, которые обеспечивают успех размножения данной особи в следующем поколении

Математические основы эволюции позволяют выделить общие закономерности эволюции различных систем. Они опираются на теорию информации и самоорганизации

Под самоорганизацией понимают самопроизвольное повышение упорядоченности уровней сложности материальных динамических качественно изменяющихся систем

Теория молекулярной самоорганизации М.Эйгена (р. 1827) позволяет применить физические представления теории информации, кибернетики и термодинамики к эволюции живых организмов.

Метаболизм и информация связаны между собой.

Метаболизм можно рассматривать как совокупность всех химических реакций в живой клетке, приводящих к обмену веществ.

«Память» макромолекул – это фиксированная последовательность химических связей.

Теория биохимической эволюции А.И.Опарина (1894 - 1980) изложена в труде «Происхождение жизни», опубл. В 1924 г. (пик исследований в 50-60-х г.г. ХХ в.):

- зарождение жизни на Земле – длительный эволюционный процесс становления живой материи из неживой под воздействием сильно действующих физико-химических факторов.

Если состав первичной атмосферы Земли был другим (окислительным), то гипотеза биохимической эволюции Опарина не имеет объяснения

Таким образом, ответить на вопрос о происхождении органической жизни означает объяснить, каким образом Природа из минимума химических элементов и соединений создала сложнейшие макромолекулы, а затем, высокоорганизованный комплекс биосистем.

Ответ на этот вопрос является предметом изучения эволюционной химии (её иногда называют предбиологией) – науки о самоорганизации химических систем.