ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ГЕНЕТИКИ Генетика - наука о закономерностях наследственности и изменчивости. Понятие о гене. Реализация генетической информации. Генотип. Фенотип. Прошло немало времени, прежде чем люди заметили, "подобное рождает подобное" и способность воспроизводить подобных - одна из главных особенностей всех живых организмов. что себе Способность живых организмов походить на своих родителей называют НАСЛЕДСТВЕННОСТЬЮ. Хотя сходство между родителями и потомками велико, оно обычно не абсолютно, так как потомки определенных родителей по многим признакам и по степени выраженности того или иного признака отличаются друг от друга и от своих родителей. Способность живых организмов одного вида отличаться друг от друга называют ИЗМЕНЧИВОСТЬЮ. Ветвь биологии, изучающая закономерности наследственности и изменчивости, называется ГЕНЕТИКОЙ. Эта глава является напоминанием и обобщением изученного ранее, что бы перейти непосредственно к изучению генетики. В настоящее время известно, что на биохимическом уровне различие между организмами определяется главным образом набором белков и нуклеиновых кислот. Одновременно известно, что нуклеиновые кислоты определяют биосинтез белков. Каким образом молекула ДНК контролирует деятельность клетки и обеспечивает сходство в поколениях? Как зафиксирована в молекулах ДНК наследственная информация? Прежде чем ответить на эти вопросы повторите строение и функции нуклеиновых кислот (ДНК, РНК). Как известно, синтез белка происходит в рибосомах, расположенных в цитоплазме, а молекулы ДНК расположены, главным образом, в ядре клетки. Следовательно, молекулы ДНК непосредственного участия в синтезе белка принимать не могут. В ДНК СОДЕРЖИТСЯ И ХРАНИТСЯ ИНФОРМАЦИЯ О СТРУКТУРЕ БЕЛКОВ, ПРИЧЕМ ПОРЯДОК РАСПОЛОЖЕНИЯ НУКЛЕОТИДОВ В ДНК ОПРЕДЕЛЯЕТ ПОРЯДОК РАСПОЛОЖЕНИЯ АМИНОКИСЛОТ В МОЛЕКУЛЕ БЕЛКА (ПЕРВИЧНУЮ СТРУКТУРУ). Исследования показали, что четыре вида нуклеотидов и порядок их сочетаний в молекуле ДНК представляет собой код, который определяет биосинтез специфических белков и лежит в основе всего многообразия живых органических форм. КОД - ЭТО СИСТЕМА СИМВОЛОВ (ЗНАКОВ), НЕОБХОДИМАЯ ДЛЯ ПЕРЕВОДА ОДНОЙ ФОРМЫ ИНФОРМАЦИИ В ДРУГУЮ. Примером может служить азбука Морзе, содержащая всего два знака (точка и тире), с помощью которых можно передать информацию на любом языке. Знаками в генетическом коде служат нуклеотиды. Если предположить, что один нуклеотид определяет одну аминокислоту, то получится, что молекула ДНК может содержать информацию всего о четырех аминокислотах, а их более 20. Сочетания из двух нуклеотидов могут закодировать информацию о 16 аминокислотах (комбинация двух нуклеотидов из четырех возможных приводит к тому, что все возможные варианты определяются по формуле 2 в 4 степени). В действительности, каждую аминокислоту в молекуле белка определяют три нуклеотида ДНК или ТРИПЛЕТ. УЧАСТОК МОЛЕКУЛЫ ДНК ОТВЕТСТВЕННЫЙ ЗА СИНТЕЗ ОДНОЙ МОЛЕКУЛЫ БЕЛКА, НАЗЫВАЕТСЯ ГЕНОМ. Посмотрите в учебнике таблицу генетического кода. Отдельные триплеты не кодируют ни какой аминокислоты, а играют роль знаков препинания, то есть отделяют один ген от другого. Информацию, которую содержит молекула ДНК, называют ГЕНЕТИЧЕСКОЙ. Синтез жиров, углеводов происходит при участии специфических белков-ферментов. Появление ферментов определяется действием соответствующих генов. Таким образом биосинтез всех веществ в клетке оказывается под контролем генов. В ЦЕЛОМ КОМПЛЕКС ГЕНОВ СОСТАВЛЯЕТ ГЕНЕТИЧЕСКУЮ ИЛИ НАСЛЕДСТВЕННУЮ ПРОГРАММУ ОРГАНИЗМА, КОТОРАЯ ЧЕРЕЗ РАБОТУ МОЛЕКУЛ ДНК УПРАВЛЯЕТ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬЮ ВСЕЙ КЛЕТКИ. Механизм реализации генетической информации ДНК и синтез белков примерно одинаков у всех живых существ. Его можно разде- лить на несколько этапов: 1. Перенос генетической информации с участка молекулы ДНК (гена) на информационную РНК (и-РНК), которая синтезируется на нити ДНК по принципу комплементарности. Молекулы и-РНК строго индивидуальны и несут информацию только одного гена. ПРОЦЕСС СЧИТЫВАНИЯ ИНФОРМАЦИИ С ДНК НА РНК НАЗЫВАЮТ ТРАНСКРИПЦИЕЙ. 2. Списав информацию о первичной структуре белковой молекулы, и-РНК из ядра переносится в цитоплазму и направляется к рибосомам, где осуществляется расшифровка генетической информации. ПРОЦЕСС ПЕРЕВОДА ИНФОРМАЦИИ С НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ В БЕЛКОВУЮ МОЛЕКУЛУ НАЗЫВАЕТСЯ ТРАНСЛЯЦИЕЙ. Обычно процесс считывания информации происходит не одной, а несколькими (чаще 5) рибосомами, которые образуют ПОЛИСОМУ. Это обеспечивает одновременный синтез достаточно большого количества одинаковых молекул белка. 3. Аминокислоты доставляются к рибосомам с помощью транспортных РНК (т-РНК). Транспортные РНК представляют собой молекулу состоящую из одной цепочки, имеющую вторичную структуру в виде кленового листа. С одной стороны "листа" крепятся аминокислота, а с другой стороны находится триплет, который соответствует кодону данной аминокислоты,то есть т-РНК может транспортировать только свою аминокислоту. На рибосоме против соответствующих триплетов иРНК располагаются триплеты-антикодоны т-РНК (строго соблюдает ся принцип комплементарности). При участии ферментов т-РНК отдает свою аминокислоту и покидает рибосому. Рибосома делает следующий шаг на следующий триплет и-РНК. И следующие т-РНК подходят и отдают свою аминокислоту. Аминокислоты соединяются пептидными связями и белковая цепочка растет по мере продвижения рибосомы по и-РНК. 4. Молекулы готового белка сходят с рибосом и поступают в каналы эндоплазматической сети для транспортировки к местам назначения. Все процессы происходят при участии специфических ферментов и на всех этапах биосинтеза расходуется энергия АТФ. ДЛЯ ПОНИМАНИЯ ЕДИНСТВА ПРОИСХОЖДЕНИЯ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ ВАЖНЫМ ФАКТОРОМ ЯВЛЯЕТСЯ УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА, Т.Е. У РАЗНЫХ ОРГАНИЗМОВ ОДНИ И ТЕ ЖЕ ТРИПЛЕТЫ КОДИРУЮТ ОДНИ И ТЕ ЖЕ АМИНОКИСЛОТЫ. ИЛИ, НАОБОРОТ, ОДИНАКОВЫЕ ТРИПЛЕТЫ КОДИРУЮТ ОДИНАКОВЫЕ АМИНОКИСЛОТЫ У САМЫХ РАЗНЫХ ОРГАНИЗМОВ (ОТ ЧЕЛОВЕКА ДО ВИРУСА). Связь между поколениями осуществляется через половые клетки (гаметы), в которых содержится генетическая информация. Потомки получают от родителей хромосомы, содержащие тысячи генов, определяющих структуру белков, время и место их синтеза. НАБОР ГЕНОВ ОРГАНИЗМА, ПОЛУЧАЕМЫЙ ОТ РОДИТЕЛЕЙ, НАЗЫВАЮТ ГЕНОТИПОМ. СОВОКУПНОСТЬ ВНЕШНИХ И ВНУТРЕННИХ ПРИЗНАКОВ И СВОЙСТВ ОРГАНИЗМА, ВОЗНИКАЮЩИХ В РЕЗУЛЬТАТЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГЕНОТИПА СО ВНЕШНЕЙ СРЕДОЙ, НАЗЫВАЮТ ФЕНОТИПОМ. В упрощенном следующей схемы: виде этот процесс можно представить в виде Эта схема получила в свое время название "центральной догмы биологии". На этой схеме видно, что ген реализуется в признак через синтез белка. На этот процесс реализации гена оказывает влияние внешняя среда. Вопросы и задания для самоконтроля 1. Что изучает наука генетика? 2. Что такое наследственность и изменчивость? 3. Что является носителем генетической информации? 4. Почему важна преемственность белков в поколениях? 5. Что такое генетический код? Перечислите его основные свойства. 6. Что лежит в основе синтеза и-РНК? 7. Расскажите о транскрипции как об одном из этапов биосинтеза белка. 8. Что такое трансляция и ее место в биосинтезе белка? 9. Какова роль т-РНК в биосинтезе белка? 10. Каково участие рибосом и полисом в синтезе белка? 11. Какие клеточные структуры участвуют в биосинтезе белка? 12. Почему считается, что биосинтез всех веществ в клетке находится под контролем генов? 13. Что такое генотип? Фенотип?