Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 2
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
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.
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.
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.
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 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.
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 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 5х1013 клеток, составляет 1011 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, 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. .
(Однако в природе наблюдаются случаи, когда чужеродная ДНК (вируса или бактериофага) включается в генетический аппарат клетки и с помощью её обменных механизмов начинает синтезировать "свой" белок. Учёные исследовали особенности внедрения чужеродной ДНК и использовали как принцип введения генетического материала в клетку.)
Важное открытие - обнаружение в бактериальных клетках, помимо главной ее хромосомы, внехромосомных кольцевых молекул ДНК - плазмид. Плазмиды можно извлечь из одной клетки и перенести в другую. Плазмиды можно разрезать, фрагменты сращивать друг с другом, а затем такие комбинированные плазмиды вводить в клетки. Поскольку плазмидная ДНК представляет собой замкнутую кольцевую молекулу, кольцо нужно сперва разорвать таким образом, чтобы свободные концы были в химическом отношении реакционноспособными, пригодными для последующего соединения. Достичь этого удается либо простым механическим путем (например, сильным встряхиванием), либо с помощью различных ферментов, называемых нуклеазами (рестриктазами). Затем фрагменты ДНК соединяют с помощью лигаз - ферментов, исправляющих повреждения в ДНК и сшивающих (склеивающих) концы ее разорванных нитей.
Рестриктазы-ферменты - способны расщеплять ДНК в строго определенном месте с образованием "липких" концов у образуемых фрагментов. Иными словами, с помощью рестриктаз ген можно разрезать на кусочки - нуклеотиды, а затем с помощью лигаз такие кусочки можно "склеивать", соединять в иной комбинации, конструируя новый ген.
Осуществление введение генных конструкций в бактериальную клетку.
Сначала плазмиды режут рестриктазами и получают односпиральные концы, комплементарные концам генов, проводят гибридизацию гена и плазмиды в пробирке, а затем рекомбинантную плазмиду вводят в клетку.
Плазмиды содержат маркерный ген, например ген, сообщающий клетке устойчивость к определенному антибиотику. .
В рекомбинантных клетках плазмида участвует в процессах репликации, транскрипции и трансляции нового введенного в клетку гена.
Синтезируется продукт этого гена, который в природных клетках никогда ранее не мог образоваться.
Подчеркнем, что in vitro проводится только рекомбинация, а все остальные превращения с плазмидой происходят в клетке так же, как и со своими собственными генами. .
Итак, основные процедуры в генной инженерии сводятся к следующему:
1) рекомбинация плазмиды и ДНК-гена; .
2) введение рекомбинантной плазмиды в клетку; .
3) молекулярное клонирование (технология клонирования наименьших биологических объектов - молекул ДНК, их частей и даже отдельных генов)
Достижения генной инженерии.
Технологии генной инженерии разрабатываются не очень много времени, они имеют крупные достижения и в медицине, и в сельском хозяйстве. Методом генной инженерии получен уже ряд препаратов, в том числе инсулин человека и противовирусный препарат интерферон. Около 200 новых диагностических препаратов уже введены в медицинскую практику, и более 100 генно-инженерных лекарственных веществ находится на стадии клинического изучения. .
В сельском хозяйстве с помощью рекомбинантной ДНК могут быть получены трансгенные растения, например сорта культурных растений, устойчивые к засухе, холоду, болезням, насекомым-вредителям и гербицидам.
Перспективы генной инженерии. .
На основе детального анализа возможностей и реальных достижений генной инженерии составлены научные прогнозы на начало ХХI века. Высказаны, например, надежды, что в ближайшие годы будут разработаны препараты для лечения такого опасного заболевания, как СПИД, к 2009 году будут определены гены, которые связаны со злокачественными новообразованиями, а к 2010 году будут установлены механизмы возникновения почти всех видов рака. К 2013 году завершится разработка препаратов, предотвращающих рак. .
Не менее важна сегодня генная диагностика. Обычно молекулярная диагностика проводится по белкам, и, как правило, с помощью других белков-антител. Недостатки такой диагностики - обнаружение болезни на поздней стадии. Но теперь можно диагностировать и по генам (ДНК), и по синтезированным на них РНК еще до того, как в организме начали синтезироваться и накапливаться чужеродные белки.
Не имея возможности детально останавливаться на генной терапии, кратко перечислим некоторые проблемы, которыми занимаются ученые:
доставка генов к клеткам-мишеням организма и нуклеиновых кислот внутрь клеток, блокировка или разрушение вредного гена либо блокировка продуцируемой им РНК с помощью антисмысловых ДНК или РНК,
введение нового активного гена или регулятора активности гена. Лечение наследственных болезней целиком зависит от успехов в этом направлении,
введение генов или комплексов генов, блокирующих клеточное деление или вызывающих клеточную смерть, как средство кардинальной раковой терапии.
Отметим также важность биотехнологии для техники: например, создание биосенсоров на основе биологических макромолекул или конструирование биологически возобновляемых источников энергии.
5. КЛОНИРОВАНИЕ ЖИВОТНЫХ.
Клонирование в биологии - метод получения нескольких идентичных организмов путем бесполого (в том числе вегетативного) размножения. Эти копии должны обладать идентичной наследственной информацией, т.е. нести идентичный набор генов. .
Однако сейчас термин "клонирование" обычно используется в более узком смысле и означает копирование клеток, генов, антител и даже многоклеточных организмов в лабораторных условиях. Появившиеся в результате бесполого размножения экземпляры по определению генетически одинаковы, однако и у них можно наблюдать наследственную изменчивость, обусловленную случайными мутациями или создаваемую искусственно лабораторными методами. .
Наибольшее интерес представляет клонирование многоклеточных организмов, которое стало возможным благодаря успехам генной инженерии. Создавая особые условия и вмешиваясь в структуру ядра клетки специалисты заставляют развиваться её в нужную ткань или даже в целый заранее намеченный организм. Причём открыты не только методы воспроизведения того организма, из которого клетка была взята, но и другого организма - того, от которого был взят только генетический материал. Появилась принципиальная возможность воспроизведения даже умершего организма. И даже тогда, когда от него остались минимальные части - лишь бы из них можно было выделить генетический материал.
Клонирование животных возможно с помощью экспериментальных манипуляций с яйцеклетками (ооцитами) и ядрами соматических клеток животных in vitro и in vivo подобно тому, как в природе появляются однояйцевые близнецы. .
В окончательном виде проблема клонирования животных была решена группой Вильмута в 1997, когда родилась овца по кличке Долли - первое млекопитающее, полученное из ядра взрослой соматической клетки: собственное ядро ооцита было заменено на ядро клетки из культуры эпителиальных клеток молочной железы взрослой лактирующей овцы.
Однако, успех сопутствовал лишь в одном из 236 опытов.
В дальнейшем были проведены успешные эксперименты по клонированию различных млекопитающих с использованием ядер, взятых из взрослых соматических клеток животных (мышь, коза, свинья, корова).
Дальнейшие эксперименты доказали, что в некоторых случаях ядра соматических (не зародышевых) клеток способны обеспечить нормальное развитие млекопитающих (что было показано на мышах).
Однако получение клона еще не означает получения точной копии клонированного животного. Например, в случае использования приемных матерей при клонировании млекопитающих невозможно обеспечить одинаковые условия, а значит трудно говорить об абсолютной точности клонирования исходной особи. На сегодняшний день ясно, что структурно-функциональные изменения ядер в ходе индивидуального развития животных достаточно глубоки: одни гены активно работают, другие "молчат". И чем организм более специализирован, чем выше ступенька эволюционной лестницы, на которой он стоит, тем эти изменения глубже и труднее обратимы. .
Недавно было показано, что в соматических клетках в ходе их развития хромосомы последовательно укорачиваются на своих концах, а в зародышевых клетках специальный белок - теломераза достраивает, восстанавливает их. .
Поэтому естественен вопрос, способны ли ядра соматических клеток полностью и эквивалентно заменить ядра зародышевых клеток в их функции обеспечения нормального развития зародыша. .
Различают полное и частичное клонирование организмов. При полном воссоздаётся весь организм целиком, при частичном - организм воссоздаётся - соответственно - не полностью. Например, лишь те или иные его ткани. Одно из перспективных применений клонирования тканей - клеточная терапия в медицине. Такие клетки могли бы компенсировать недостаток и дефекты собственных тканей организма и не отторгаться при трансплантации. Это так называемое репродуктивное и терапевтическое клонирование.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
Носителем генетической информации является ДНК – органическая структура в виде двойной спирали. Информация записана с помощью последовательности нуклеотидов. В генетическом коде используется всего лишь 4 «буквы»-нуклеотида; код един для всех живых организмов.
Генетическая информация реализуется при экспрессии генов в процессах транскрипции и трансляции. Передача генетической информации следующему поколению происходит в результате репликации (самокопирования ДНК).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. В. Н. Сойфер, Э.Р. Пилле, О. Г. Газенко, Л.В. Крушинский, С. Я. Залкинд и др. "История биологии с начала XX века до наших дней" М. 1975;
2. Бекиш О.-Я.Л. Медицинская биология. - Мн.: Ураджай, 2000. - с.114-119;
3. Мутовин Г.Р. Основы клинической генетики. - М.: Высшая школа, 1997. - с. 83-84;
4. Заяц Р.С. Основы медицинской генетики. - Мн.: Высшая школа, 1998. - с. 60-65;
5. Пехов А.П. Биология с основами экологии, 2000, 672 с;
6. Розанов С.И. Общая экология, 2003, 288 с;
7. Куклев Ю.И. Физическая экология, 2001, 359 с;
8. Николайкин Н.И. Экология Изд.2, 2003, 624 с.