Тема 5.6. Генетика и эволюция

OОсновные понятия

Генетика. Ген. Аллель. Рецессивные и доминантные гены. Гомозиготы, гетерозиготы.

Хромосомы. Геном. Генотип. Фенотип.

Свойства генетического материала: дискретность, непрерывность, линейность, относительная стабильность. Изменчивость наследуемая (генотипическая, мутационная) и ненаследуемая (фенотипическая, модификационная). Свойства мутаций.

& Краткое содержание

С точки зрения микродинамического подхода, интерпретация природы любых биологических явлений должна проводиться на основе генных механизмов, осуществляемых посредством нуклеиновых кислот, ДНК и РНК.

Центральным понятием генетики является ген. Участок молекулы ДНК, служащий матрицей для синтеза одного белка и называется геном. Это элементарная единица наследственности, которая характеризуется рядом признаков:

- по своему уровню ген — внутриклеточная молекулярная структура;

- по химическому составу — нуклеиновые кислоты, в которых основную роль играют элементы азот и фосфор;

- гены располагаются, как правило, в ядрах клеток.

- они есть в каждой клетке, поэтому их общее количество может достигать многих миллиардов;

- по своей роли в организме гены представляют своего рода «мозговой центр» клетки.

Таким образом, в ДНК заключена вся информация о структуре и деятельности клеток, обо всех признаках каждой клетки и организма в целом.

Основные генетические механизмы:

· транскрипция – биосинтез РНК на матрице ДНК;

· биосинтез белка;

· репарация – ликвидация повреждения генетических структур – ДНК, хромосом; процесс, направленный против мутаций. Свойственна всем живым организмам.

· репликация (редупликация) – самоудвоение молекулы ДНК;

· рекомбинация ДНК – появление новых сочетаний генов, ведущее к новым комбинациям признаков у потомства. Универсальный механизм, свойственный всему живому.

Концепция генетического кода Г.А. Гамова (1954 г):

Было известно:

1) жизнедеятельность клетки определяется набором в ней белков, которые состоят всего из 20 аминокислот.

С этим фактом Гамов сопоставил

2) состав молекулы ДНК, вариабельный аспект которой определяют четыре нуклеотида (А, Т, Г и Ц).

Гамов выдвинул идею: генетический код должен переводить четырехбуквенный текст ДНК в двадцатибуквенный текст белков.

Гамов предположил, что, реализуя генетический код, природа действует в экономнейшей манере, а именно: с белками сопоставляются триплеты нуклеотидов – кодоны.

Гипотеза Гамова была подтверждена экспериментально через 7 лет после ее выдвижения.

Генетический код обладает следующими характерными особенностями:

· код триплетен – последовательность трех нуклеотидов определяет одну аминокислоту. Эта последовательность называется кодоном. Из четырех нуклеотидов можно создать 64 различные комбинации по 3 нуклеотида в каждой, т.е. 64 кодона.

· код однозначен – каждый триплет определяет одну и ту же аминокислоту;

· между генами имеются «знаки препинания». Ими являются три кодона, которые не используются для кодирования аминокислот. Они несут информацию о конце одного кодона и начале следующего в том случае, если и-РНК несет информацию о нескольких генах.

· для 18 из 20 аминокислот код вырожден. Это означает, что каждая аминокислота кодируется более чем одним кодоном (от двух до шести кодонов на одну аминокислоту). На кодирование всех 20 аминокислот используется 61 кодон из 64-х.

· код универсален, он у всех организмов один и тот же.

Признаки и свойства организма, передающиеся по наследству, фиксируются в генах. Совокупность всех признаков организма – фенотип. Совокупность всех генов одного организма – генотип. Фенотип – результат взаимодействия генотипа и окружающей среды.

В основу генетики были положены законы наследственности, обнаруженные австрийским ученым Грегором Менделем при проведении им опытов по скрещиванию различных сортов гороха. Скрещивание двух организмов называется гибридизацией, потомство от скрещивания двух особей с разной наследственность – гибридным, а отдельная особь - гибридом. В результате этих исследований Менделем были открыты количественные закономерности наследования признаков.

Следующим важным этапом в развитии генетики стало открытие в 30-х годах XX века роли ДНК в передаче наследственной информации. В ходе исследований было установлено, что основная функция генов заключается в кодировании синтеза белков.

В последнее время в изучении механизмов работы системы воспроизведения достигнуты крупные успехи. Но ещё остаётся вопрос: как могли в ходе химической эволюции сложиться из неживого вещества такие высокоупорядоченные, тонко подогнанные системы, какими являются системы обмена веществ и воспроизведения.

Действительно, история появления и развития живого не менее удивительна, чем история возникновения и развития Вселенной. В рамках современного научного мировоззрения – жизнь на Земле есть системное общепланетное явление, корни которого уходят в историю Вселенной.

Если рассматривать жизнь как самоорганизацию вещества, то переход к ней мог произойти в условиях, когда открытая система, предшествующая живой материи, находилась в крайне неравновесном, критическом состоянии.

В развитии биологической науки установление структуры ДНК и механизма передачи наследственной информации сыграло огромную роль. Теперь можно констатировать, что открытие структуры ДНК сыграло в развитии биологии такую же роль, как в физике – открытие атомного ядра. Выяснение строения атома привело к рождению новой, квантовой физики, а открытие строения ДНК привело к рождению новой, молекулярной биологии. Но на этом параллель не заканчивается. Чисто теоретические, фундаментальные исследования атома позволили человеку овладеть практически неисчерпаемым источником энергии. Развитие молекулярной биологии открыло в последние годы возможность неслыханным образом вмешиваться в свойства живой клетки, направленно изменять наследственность. Это, безусловно, окажет в будущем не менее радикальное воздействие на жизнь людей, чем овладение энергией атомного ядра.