Реферат - Генетическая информация
Подождите немного. Документ загружается.
Уральский институт экономики, управления и права
Курганский филиал
Реферат
по предмету: Концепция современного
естествознания
на тему: Генетическая информация
Работу выполнила:
студентка 1 курса
заочного отделения
Работу проверила:
Курган 2010
СОДЕРЖАНИЕ
Введение……………………………………………………….…3
1 Молекула ДНК…………………………………………………………...4
2 Генетический код………………………………………………….…….8
3 Программа «Геном человека»……………………………………….….9
4 Генетическая инженерия……………………………………………….10
5 Клонирование животных……………………………………………….13
Заключение………………………………………………………16
Список литературы………………………………………..…….17
2
ВВЕДЕНИЕ.
Генетическая информация - программа свойств организма, получаемая
от предков и заложенная в наследственных структурах в виде генетического
кода.
Генетическая информация определяет морфологическое строение,
рост, развитие, обмен веществ, психический склад, предрасположенность к
заболеваниям и генетические пороки организма.
Современная биология утверждает, что одна из главных черт жизни - это
самовоспроизводимость. Самовоспроизводимость - это способность живого
организма к размножению, рождению и выращиванию себе подобных.
Как известно, генетическая (наследственная) информация записана в цепи
молекулы ДНК в виде последовательности более простых молекул -
нуклеотидных остатков, содержащих одно из четырех оснований: аденин (А),
гуанин (G) - пуриновые основания, цитозин (С) и тимин (Т) - пиримидиновые
основания.
3
1. МОЛЕКУЛА ДНК.
Структура молекулы ДНК была изучена в 1953 г. Дж.Уотсоном и
Ф.Криком. Они установили, что молекула ДНК состоит из двух цепей,
образующих двойную спираль, которая закручена вправо (по часовой
стрелке). К полимерному остову спиральной цепи ДНК (состоит из
чередующихся остатков фосфата и сахара дезоксирибозы) "прикреплены"
нуклеотидные остатки. Водородные связи возникают между пуриновым
основанием одной цепи и пиримидиновым основанием другой цепи. Эти
основания составляют комплементарные пары (от лат. complementum -
дополнение). Образование водородных связей между комплементарными
парами оснований обусловлено их пространственным соответствием.
Пиримидиновое основание комплементарно пуриновому основанию.
Водородные связи между другими парами оснований не позволяют им
разместиться в структуре двойной спирали. Цепи ДНК - комплементарны,
т.е. имеется взаимное соответствие между их нуклеотидами, которые
образуют уотсон-криковские пары Г-Ц и А-Т. Сами же цепи в двойной
спирали антипараллельны.
4
Схематический вид молекулы ДНК
Итак, напомним, что в основе самовоспроизводства лежит способность
молекулы ДНК к удвоению, которое называется репликацией ДНК.
Репликация ДНК основана на принципе комплементарности, что хорошо
иллюстрируется схемой.
5
Удвоение молекулы ДНК.
В живой клетке удвоение происходит потому, что две спиральные цепи
расходятся, а потом каждая цепь служит матрицей, на которой с помощью
особых ферментов собирается подобная ей новая спиральная цепь ДНК. В
результате вместо одной ДНК образуются две, неотличимые по строению от
родительской молекулы ДНК.
Репликация ДНК.
В результате создаются две двойные спирали ДНК (дочерние молекулы),
каждая из которых имеет одну нить, полученную из материнской молекулы,
и одну нить, синтезированную по комплементарному принципу.
Теперь обсудим, как происходит передача информации в клетке. Напомним,
что участок молекулы ДНК, служащий матрицей для синтеза одного
белка, называется геном. Реализация генетической информации
происходит в процессе синтеза белковых молекул с помощью трех РНК:
информационной (иРНК), транспортной (тРНК) и рибосомальной (рРНК).
Процесс передачи информации идет двумя путями: - по каналу прямой связи
(ДНК - РНК - белок); и по каналу обратной связи (среда - белок - ДНК).
Синтез белка происходит в рибосомах клетки. К ним из ядра поступает
информационная (или матричная) РНК ( иРНК), которая может проникать
6
через порог ядерной мембраны. Что же такое иРНК ?
иРНК это: .
а) одноцепочечная молекула, комплементарная одной нити ДНК; .
б) копия ДНК; .
в) копия не всей молекулы ДНК, а лишь ее части (по длине). Эта часть
соответствует одному или группе рядом лежащих генов;
г) молекула, образованная под действием специального фермента - РНК-
полимеразы, которая, продвигаясь по нити ДНК, ведет синтез иРНК; данный
процесс называется транскрипцией.
Как определяется длина части ДНК, с которой снимается копия в виде иРНК?
В начале этой части и в ее конце находятся специфические
последовательности нуклеотидов, которые может "узнавать" РНК-
полимераза и таким образом "определять" участок считывания.
Весь процесс репликации, осуществляемый разными белками-ферментами,
очень согласован, поэтому часто употребляют термин - работа
"репликационной машины". Репликация идет с очень высокой точностью.
ДНК млекопитающего состоит из 3 млрд. пар нуклеотидов, а в процессе
воспроизведения допускается не более 3 ошибок.
При этом надо помнить, что синтез идет с большой скоростью - от 50 до 500
нуклеотидов/сек, поэтому в клетке существуют специальные
корректирующие механизмы: ДНК-полимеразы дважды проверяют
соответствие нуклеотидов исходной матрице. .
Итак, в процессе синтеза белка иРНК, пройдя через ядерную мембрану,
поступает в цитоплазму к рибосомам, где осуществляется:
а) расшифровка генетической информации,
б) синтез из аминокислот биополимерной макромолекулы белка.
7
Аминокислоты доставляются к рибосомам с помощью транспортных РНК
(тРНК). В клетке имеется столько аминокислот, сколько типов кодонов,
шифрующих аминокислоты.
2. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД.
Генетическая информация заключена в последовательности нуклеотидов.
Это значит, что строго определенная последовательность нуклеотидов
соответствует определенной аминокислоте, а определенный порядок
расположения и количество аминокислот соответствует, в свою очередь,
определенной структуре белка. .
Таким образом, иРНК несет генетическую информацию в виде
генетического кода, который с помощью четырех символов (четыре
нуклеотида А, Г, Ц, У) задает любую из 20 аминокислот.
Свойства генетического кода: .
а) Код триплетен .
Каждая из 20 аминокислот зашифрована последовательностью 3-х
нуклеотидов. Эта последовательность называется кодоном.
б) Код вырожден .
Каждая аминокислота кодируется более, чем одним кодоном (от 2 до 6
кодонов на одну аминокислоту). .
в) Код однозначен .
Каждый кодон соответствует только одной аминокислоте.
г) Генетический код универсален, т.е. един для всех живых организмов
планеты.
Таким образом, ген представляет собой чередование "слов из трех букв" -
кодонов, образованных из четырехбуквенного алфавита.
Необходимо особо подчеркнуть универсальность генетического кода - с
его помощью закодирована вся информация и о простейшем одноклеточном
организме, и о человеке. Но в первом случае можно было обойтись и более
простым кодом, а во-втором - лучше было бы использовать более
совершенный (сложный) код. Поэтому единство генетического кода служит
8
очень весомым аргументом в пользу единого эволюционного пути всего
живого на Земле.
3. ПРОГРАММА «ГЕНОМ ЧЕЛОВЕКА»
Международная программа "Геном человека" посвящена решению
проблемы картирования генов человека. Число генов в составе ДНК человека
- около 50-60 тысяч, что составляет только 3% общей длины ДНК; роль
остальных 97% пока неясна. В каждой клетке человека содержится 46
молекул ДНК, которые распределены в 23 парах хромосом. Хромосомы - это
структуры, по которым распределена полная молекула ДНК. Суммарная
длина всех 46 молекул ДНК в одной клетке человека равна около 2 метров.
Полная же длина всех молекул ДНК в теле взрослого человека, состоящего
из 5х10
13
клеток, составляет 10
11
км, что в тысячу раз превышает расстояние
от Солнца до Земли. .
К настоящему времени практически полностью расшифрована полная
последовательность ДНК человека. .
Главная задача исследований - изучить вариации ДНК в разных органах и
клетках отдельных индивидуумов и выявить генетические различия между
ними. Анализ таких различий позволит построить индивидуальные генные
портреты людей, что даст возможность лучше лечить болезни. Кроме того,
такой анализ позволит выявить различия между популяциями и выявить
географические районы повышенного риска поражения генома людей. Таким
образом, благодаря геномным исследованиям стало ясно, что в ходе
эволюции жизни на Земле сначала выделились представители архей,
имеющих клетки без ядер, а позже - эукариот (состоящих из клеток с
ядрами), включая человека. Геномными исследованиями было выявлено
также совпадение нуклеотидных последовательностей у неродственных
видов. Это дает основания предположить, что в процессе эволюции
происходил перенос генов от одного вида к другому. Например, оказалось,
9
что геномы человека и мыши весьма близки - их нуклеотидные
последовательности совпадают более чем на 90%.
4. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНЖЕНЕРИЯ.
"Генетическая или генная инженерия" - создание новых генетических
структур и создание организмов с новыми наследственными свойствами. С
помощью биохимических и генетических методик происходит изменение
хромосомного материала - основного наследственного вещества клеток.
Биоинженеры изолируют те или иные участки ДНК, соединяют их в новых
комбинациях и переносят из одной клетки в другую. В результате удается
осуществить такие изменения генома, которые естественным путем вряд ли
могли бы возникнуть. .
Генная инженерия принципиально отличается от классической
селекции по следующим пунктам: .
1) Можно (нельзя) скрещивать неродственные виды; .
2) Можно (нельзя) извне управлять процессом рекомбинации в организме
(постоянство своего генетического состава организм очень надежно
охраняет);
3) Можно (нельзя) предугадать, какое получится потомство .
Ученым было необходимо разработать методику введения гена в клетку.
Причём нужно было научиться не просто вводить ген в цитоплазму, а
встраивать его в собственную молекулу ДНК клетки, так, чтобы новая
информация могла быть "прочитана" биосинтетическим аппаратом клетки,
вырабатывающим белки, а также воспроизводящим гены при делении
клетки. Новый ген (или его фрагмент) должен очень точно располагаться в
ДНК с соблюдением ряда условий, для того чтобы клетка действительно
начала синтезировать новые ферменты. Надо было также обойти
сопротивляемость клетки-хозяина: как правило, все изменения генетического
аппарата воспринимаются клеткой как "ошибки информации" и
исправляются специальными механизмами. .
10