Генетический код. Репликация ДНК

Нижегородский институт менеджмента  и бизнеса

Кафедра математики и информатики

 

 

 

 

 

 

Реферат

по дисциплине «Концепции современного естествознания»

 

Генетический  код. Репликация ДНК.

 

 

 

 

 

Выполнила: Дерина Мария

Юрьевна

студентка 1 курса ГФ.

Проверила: канд. пед. наук, доц.

Морозовская Т.Д.

 

 

 

Нижний Новгород – 2013

Содержание

Введение

1. Генетический код

1. Генетика

2. Основные методики генетики
3. Генетический код

2. Репликация ДНК

1. Понятие и основа репликации

2. Процесс репликации ДНК
3. Основные ферменты репликации ДНК

Заключение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Генетика представляет собой  одну из основных, наиболее увлекательных  и вместе с тем сложных дисциплин  современного естествознания. Место  генетики среди биологических наук и особый интерес к ней определяются тем, что она изучает основные свойства организмов, а именно наследственность и изменчивость.

В результате многочисленных – блестящих по своему замыслу  и тончайших по исполнению – экспериментов  в области молекулярной генетики современная биология обогатилась  двумя фундаментальными открытиями, которые уже нашли широкое  отражение в генетике человека, а  частично и выполнены на клетках  человека. Это показывает неразрывную  связь успехов генетики человека с успехами современной биологии, которая все больше и больше становится связана с генетикой.

Первое – это возможность  работать с изолированными генами. Она получена благодаря выделению  гена в чистом виде и синтезу его. Значение этого открытия трудно переоценить. Важно подчеркнуть, что для синтеза  гена применяют разные методы, т.е. уже  имеется выбор, когда речь пойдет о таком сложном механизме  как человек. 

Второе достижение – это  доказательство включения чужеродной информации в геном, а также функционирования его в клетках высших животных и человека. Материалы для этого  открытия накапливались из разных экспериментальных  подходов. Прежде всего, это многочисленные исследования в области вирусо-генетической теории возникновения злокачественных опухолей, включая обнаружение синтеза ДНК на РНК-матрице. Кроме того, стимулированные идеей генетической инженерии опыты с профаговой трансдукцией подтвердили возможность функционирования генов простых организмов в клетках млекопитающих, включая клетки человека. 

Без преувеличения можно  сказать, что, наряду с молекулярной генетикой, генетика человека относится  к наиболее прогрессирующим разделам генетики в целом. Ее исследования простираются от биохимического до популяционного, с включением клеточного и организменного уровней.¹

Вся информация о строении и функционировании любого организма  содержится в закодированном виде в  его генетическом материале, основу которого у подавляющего числа организмов составляет ДНК. Роль ДНК заключается  в хранении и передаче генетической (наследственной) информации в живых  организмах. Чтобы эта информация могла передаваться от одного поколения  клеток (и организмов) к другому, необходимо её точное копирование и  последующее распределение её копий  между потомками. Процесс, с помощью  которого создаются копии молекулы ДНК, называется репликацией. Перед  тем как разделится, клетки с помощью  репликации создают копию своего генома, и в результате клеточного деления в каждую дочернюю клетку переходит одна копия. Благодаря этому, генетическая информация, содержащаяся в родительской клетке, не исчезает, а сохраняется и передаётся потомкам. В случае многоклеточных организмов передача этой информации осуществляется с помощью половых клеток, образующихся в результате мейотического деления и также несущих копию генома (гаплоидного). Их слияние приводит к объединению двух родительских геномов в одной клетке (зиготе). Из неё развивается организм, клетки которого несут генетическую информацию обоих родительских организмов. Таким образом, основное значение репликации заключается в снабжении потомства генетической информацией. Для обеспечения стабильности организма и вида ДНК должна реплицироваться полностью и с очень высокой точностью, что обеспечивается функционированием определённого набора белков. Замечательной особенностью ДНК является то, что она несёт гены кодирующие эти белки, и, таким образом, информация о механизме её собственного удвоения закодирована в ней самой.²

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

¹http://www.coolreferat.com/%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0._%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%B4

²http://uchi.ucoz.ru/load/baza_referatov/biologija/replikacija_dnk/25-1-0-4164

1. Генетический код

1. Генетика

Генетика-наука о наследственности и изменчивости организмов. Генетика- дисциплина, изучающая механизмы и закономерности наследственности и изменчивости организмов, методы управления этими процессами.

Объектами генетики являются вирусы, бактерии, грибы, растения, животные и человек. На фоне видовой и другой специфики в явлениях наследственности для всех живых существ обнаруживаются общие законы. Их существование показывает единство органического мира. История  генетики начинается с 1900 года, когда  независимо друг от друга Корренс, Герман и де Фриз открыли и сформулировали законы наследования признаков, когда была переиздана работа Г. Менделя «Опыты над растительными гибридами». С того времени генетика в своем развитии прошла три хорошо очерченных этапа - эпоха Классической генетики, эпоха неоклассицизма и эпоха синтетической генетики.

Новый этап в развитии генетики стал возможным благодаря  расшифровке структуры золотой  молекулы ДНК в1953 г. Дж. Уотсоном и  Ф.Криком. Генетика переходит на молекулярный уровень исследований. Стало возможным расшифровать структуру гена, определить материальные основы и механизмы наследственности и изменчивости. Генетика научилась влиять на эти процессы, направлять их в нужное русло. Появились широкие возможности соединения теории и практики.

 

 Развитие генетики до наших  дней – это непрерывно расширяющийся  фонт исследований функциональной, морфологической  и биохимической дискретности хромосом. В этой области сделано уже много сделано уже очень много, и с каждым днем передний край науки приближается к цели – разгадки природы гена. К настоящему времени установлен целый ряд явлений, характеризующих природу гена. Во-первых, ген в хромосоме обладает свойством самовоспроизводится (авторепродукции); во-вторых, он способен мутационно изменяться; в-третьих, он связан с определенной химической структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты – ДНК; в-четвертых, он контролирует синтез аминокислот и их последовательностей в белковой молекулы. В связи с последними исследованиями формируется новое представление о гене как функциональной системе, а действие гена на определение признаков рассматривается в целостной системе генов – генотипе.¹

¹http://www.coolreferat.com/%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0._%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%B4

2. Основные методы генетики

Основным методом генетики на протяжении многих лет является гибридологический метод. Гибридизацией  называется процесс скрещивания с целью получения гибридов. Гибрид это организм, полученный в результате скрещивания разнородных в генетическом отношении родительских форм. При исследовании наследования признаков используются методы моногибридного, дигибридного, полигибридного скрещивания, которые были разработаны еще Г. Менделем в его опытах с сортами гороха. При моногибридном скрещивании наследование проводится по одной паре альтернативных признаков, при дигибридном скрещивании - по двум парам альтернативных признаков, при полигибридном скрещивании- по 3,4 и более парам альтернативных признаков. При изучении закономерностей наследования признаков и закономерностей изменчивости широко используется метод искусственного мутагенеза, когда с помощью мутагенов вызывают изменение в генотипе и изучают результаты этого процесса. Широкое распространение в генетике нашел метод искусственного получения полиплоидов, что имеет не только теоретическое, но и практическое значение. Полиплоиды обладают большой урожайностью и меньше поражаются вредителями и болезнями. Широко используется в генетике биометрические методы.

С 1953 года особое значение для генетики приобрели биохимические  методы исследования. Генетика вплотную занялась изучением материальных основ  наследственности и изменчивости - генов. Объектом исследования генетики стали нуклеиновые кислоты, особенно ДНК. Изучение химической структуры  гена позволило ответить на главные  вопросы, которые ставила перед  собой генетика.

Гешскому ботанику – любителю Иоганну Грегору Менделю принадлежит открытие количественных закономерностей, сопровождающих формирование гибридов. В работах Г. Менделя (1856-1863) были раскрыты основы законов наследования признаков. Выдающимся достижением Г. Менделя явилась разработка методов исследования гибридов.

Г.Менделем были получены обоснования следующих обобщений фундаментальной важности:

1. При моногибридном  скрещивании наблюдается явление  доминирования. 

2. В результате последующих  скрещиваний гибридов происходит  расщепление признаков в соотношении  3:1.

3. Особи содержат либо  только доминантные, либо только  рецессивные, либо смешанные задатки. 

Мендель впервые четко  сформулировал понятие дискретного  наследственного задатка, независящего в своем проявлении от других задатков. Работы Г. Менделя не получили в свое время никого признания и оставались неизвестными вплоть до вторичного переоткрытия законов наследственности К. Корренсом, К.Гермаком и Г. Де Фризом в 1900 году. В том же году Корренсом были сформулированны три закона наследования признаков, которые позднее были названы законами Менделя в честь выдающегося ученого, заложившего основы генетики.¹

¹http://www.coolreferat.com/%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0._%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%B4

3. Генетический код

Генетический код –  свойственный всем живым организмам способ кодирования аминокислотной последовательности белков при помощи последовательности нуклеотидов.

 

 Впервые идея о существовании генетический код сформулирована А. Дауном и Г. Гамовым в 1952-54, которые показали, что последовательность нуклеотидов, однозначно определяющая синтез той или иной аминокислоты, должна содержать не менее трех звеньев. Позднее было доказано, что такая последовательность состоит из трех нуклеотидов, названных кодоном, или триплетом. Т.к. молекулы нуклеиновых кислот, на которых происходит синтез мРНК или белка, состоят из остатков только четырех разных нуклеотидов, кодонов, отличающихся между собой, м. б. всего 64. Три пары оснований молекулы ДНК кодируют одну аминокислоту в белке.

Сегодня ни для кого не секрет, что  программа жизнедеятельности всех живых организмов записана на молекуле ДНК. Проще всего представить  молекулу ДНК в виде длинной лестницы. Вертикальные стойки этой лестницы состоят  из молекул сахара, кислорода и  фосфора. Вся важная рабочая информация в молекуле записана на перекладинах лестницы они состоят из двух молекул, каждая из которых крепится к одной из вертикальных стоек. Эти молеклы азотистые основания. В ДНК используется четыре азотистых основания – аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T), которые в русскоязычной литературе обозначаются буквами А, Г, Ц и Т. Эти буквы составляют алфавит генетического кода. В РНК используются те же нуклеотиды, кроме Тимина, который заменён похожим нуклеотидом – Урацилом, который обозначается буквой У(U). В молекулах ДНК и РНК нуклеотиды выстраиваются в цепочки, таким образом, получаются последовательности генетических букв. Форма этих молекул позволяет им образовывать связи законченные ступеньки лишь определенного типа. Это связи между основаниями А и Т и между основаниями Г и Ц (образованную таким образом пару называют «парой оснований»). Других типов связи в молекуле ДНК быть не может. Всего существует 20 видов аминокислот, их называю каноническими. Каждый белок представляет собой цепочку или несколько цепочек аминокислот, соединённых в строго определённой последовательности. Эта последовательность определяет строение белка и все его биологические свойства.

Строгое соответствие между последовательностью  пар оснований в молекуле ДНК  и последовательностью аминокислот, составляющих белковые ферменты, называется генетическим кодом. Генетический код  был расшифрован вскоре после  открытия двуспиральной структуры  ДНК. Было известно, что недавно открытая молекула информационной, или матричной РНК (иРНК, или мРНК), несет информацию, записанную на ДНК. Биохимики Маршалл Уоррен Ниренберг  и Дж. Генрих Маттеи из Национального института здравоохранения в городке Бетезда под Вашингтоном, округ Колумбия, поставили первые эксперименты, которые привели к разгадке генетического кода.  
 
Они начали с того, что синтезировали искусственные молекулы иРНК, состоявшие только из повторяющегося азотистого основания урацила (который является аналогом тимина, «Т», и образует связи только с аденином, «А», из молекулы ДНК). Они добавляли эти иРНК в тестовые пробирки со смесью аминокислот, причем в каждой пробирке лишь одна из аминокислот была помечена радиоактивной меткой. Исследователи обнаружили, что искусственно синтезированная ими иРНК инициировала образование белка лишь в одной пробирке, где находилась меченая аминокислота фенилаланин. Так они установили, что последовательность «УУУ» на молекуле иРНК (и, следовательно, эквивалентную ей последовательность «ААА» на молекуле ДНК) кодирует белок, состоящий только из аминокислоты фенилаланина. Это было первым шагом к расшифровке генетического кода. 

Реализация генетической информации в живых клетках осуществляется при помощи двух матричных процессов: транскрипции (синтез мРНК на матрице ДНК) и трансляции генетического кода в аминокислотную последовательность. Для кодирования аминокислот, а так же сигнала «стоп», означающего конец белковой последовательности, достаточно трёх последовательных нуклеотидов. Набор из трёх нуклеотидов называется триплетом.

Сегодня известно, что три пары оснований молекулы ДНК (такой триплет  получил название кодон) кодируют одну аминокислоту в белке. Выполняя эксперименты, аналогичные описанному выше, генетики в конце концов расшифровали весь генетический код, в котором каждому из 64 возможных кодонов соответствует определенная аминокислота.

 

 

 

 

 

 

 

1. http://www.coolreferat.com/%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0._%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%B4
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%93%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%82%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BA%D0%BE%D0%B4

2. Репликация ДНК
1. Понятие и основа репликации