Prawa dziedziczności przyciągnęły ludzką uwagę od czasu, gdy po raz pierwszy stało się jasne, że genetyka jest czymś bardziej materialnym niż niektóre wyższe siły. Współczesny człowiek wie, że organizmy mają zdolność rozmnażania się podobną do siebie, podczas gdy potomstwo otrzymuje specyficzne cechy i cechy właściwe ich rodzicom. Powielanie jest realizowane dzięki możliwości przekazywania informacji genetycznej między pokoleniami.
Teoria: Nigdy nie możesz mieć za dużo
Prawa dziedziczenia zaczęły być aktywnie badane dopiero stosunkowo niedawno. Imponujący krok naprzód w tej sprawie zrobiono w ubiegłym stuleciu, kiedy Sutton i Boveri przedstawili opinii publicznej nową hipotezę. To wtedy zasugerowali, że chromosomy prawdopodobnie niosą dane genetyczne. Nieco później technologia umożliwiła chemiczne badanie składu chromosomów. Ujawniło sięobecność specyficznych związków nukleinowych białek. Okazało się, że białka tkwią w ogromnej różnorodności struktur i specyfice składu chemicznego. Przez długi czas naukowcy wierzyli, że to właśnie białka były głównym aspektem zapewniającym transfer danych genetycznych między pokoleniami.
Dekady badań na ten temat dostarczyły nowego wglądu w znaczenie DNA komórki. Jak odkryli naukowcy, tylko takie molekuły są materialnym nośnikiem przydatnych informacji. Cząsteczki są elementem chromosomu. Dziś prawie każdy z naszych rodaków, którzy otrzymali wykształcenie ogólne, a także mieszkańcy wielu innych krajów, doskonale zdają sobie sprawę z tego, jak ważne są dla człowieka cząsteczki DNA, normalny rozwój ludzkiego ciała. Wielu wyobraża sobie znaczenie tych cząsteczek w kategoriach dziedziczności.
Genetyka jako nauka
Genetyka molekularna, która zajmuje się badaniem DNA komórek, ma alternatywną nazwę - biochemiczna. Ta dziedzina nauki powstała na przecięciu biochemii i genetyki. Połączony kierunek naukowy to produktywny obszar badań nad ludźmi, który dostarczył społeczności naukowej dużej ilości przydatnych informacji, które nie są dostępne dla osób zajmujących się wyłącznie biochemią czy genetyką. Eksperymenty prowadzone przez profesjonalistów w tej dziedzinie obejmują pracę z licznymi formami życia i organizmami różnych typów i kategorii. Najbardziej znaczące wyniki uzyskane przez środowisko naukowe są wynikiem badań genów ludzkich, a także różnychmikroorganizmy. Wśród tych ostatnich do najważniejszych należą Eisheria coli, fagi lambda tych drobnoustrojów, grzyby neurospore crassa i Saccharomyces cerevisia.
Podstawy genetyczne
Od dłuższego czasu naukowcy nie mają wątpliwości co do znaczenia chromosomu w przekazywaniu informacji dziedzicznych między pokoleniami. Jak wykazały specjalistyczne testy, chromosomy tworzą kwasy, białka. Jeśli przeprowadzisz eksperyment z barwieniem, białko zostanie uwolnione z cząsteczki, ale NA pozostanie na swoim miejscu. Naukowcy dysponują większą ilością dowodów, które pozwalają nam mówić o akumulacji informacji genetycznej w NK. To za ich pośrednictwem dane przekazywane są między pokoleniami. Organizmy utworzone przez komórki, wirusy, które mają DNA, otrzymują informacje z poprzedniego pokolenia poprzez DNA. Niektóre wirusy zawierają RNA. To właśnie ten kwas odpowiada za przekazywanie informacji. RNA, DNA to NK, które charakteryzują się pewnymi podobieństwami strukturalnymi, ale są też różnice.
Badając rolę DNA w dziedziczności, naukowcy odkryli, że cząsteczki takiego kwasu zawierają cztery rodzaje związków azotu i dezoksyrybozę. Dzięki tym elementom przekazywana jest informacja genetyczna. Cząsteczka zawiera substancje purynowe adeninę, guaninę, kombinacje pirymidyn tymina, cytozyna. Chemiczny szkielet molekularny to reszty cukru na przemian z resztami kwasu fosforowego. Każda pozostałość ma związek z formułą węgla poprzez cukry. Bazy azotowe są przyczepione po bokach do resztek cukru.
Nazwiska i daty
Naukowcy,badając biochemiczne i molekularne podstawy dziedziczności, byli w stanie zidentyfikować cechy strukturalne DNA dopiero w 53. wieku. Autorstwo informacji naukowej przypisuje się Crickowi, Watsonowi. Udowodnili, że każde DNA uwzględnia biologiczne specyficzne cechy dziedziczności. Budując model trzeba pamiętać o dublowaniu części i możliwości akumulacji, przekazywania informacji dziedzicznych. Potencjalnie cząsteczka może mutować. Składniki chemiczne, ich połączenie, w połączeniu z metodami badań dyfrakcji rentgenowskiej, umożliwiły określenie struktury molekularnej DNA jako podwójnej helisy. Tworzą go połówki spiral typu antyrównoległego. Szkielety cukrowo-fosforanowe są wzmocnione wiązaniami wodorowymi.
W badaniu molekularnych podstaw dziedziczności i zmienności szczególne znaczenie mają prace Chargaffa. Naukowiec poświęcił się badaniu nukleotydów obecnych w strukturze kwasu nukleinowego. Jak można było wykazać, każdy taki pierwiastek tworzą zasady azotowe, pozostałości fosforu, cukier. Stwierdzono zgodność zawartości molowej tyminy, adeniny, ustalono podobieństwo tego parametru dla cytozyny i guaniny. Założono, że każda reszta tyminy ma sparowaną adeninę, a dla guaniny jest cytozyna.
Takie same, ale tak różne
Badając kwasy nukleinowe jako podstawę dziedziczności, naukowcy ustalili, że DNA należy do kategorii polinukleotydów utworzonych przez liczne nukleotydy. Możliwe są najbardziej nieprzewidywalne sekwencje elementów w łańcuchu. Teoretycznie różnorodność seryjna nie maograniczenia. DNA ma specyficzne cechy związane ze sparowanymi sekwencjami jego składników, ale parowanie zasad zachodzi zgodnie z prawami biologicznymi i chemicznymi. Pozwala to wstępnie zdefiniować sekwencje różnych łańcuchów. Ta jakość nazywa się komplementarnością. Wyjaśnia zdolność cząsteczki do perfekcyjnego odtwarzania własnej struktury.
Badając dziedziczność i zmienność za pomocą DNA, naukowcy odkryli, że nici tworzące DNA są szablonami do tworzenia komplementarnych bloków. Aby zaszła reakcja, cząsteczka rozwija się. Procesowi temu towarzyszy zniszczenie wiązań wodorowych. Zasady oddziałują z komplementarnymi składnikami, co prowadzi do powstania określonych wiązań. Po utrwaleniu nukleotydów następuje sieciowanie cząsteczki, co prowadzi do pojawienia się nowej formacji polinukleotydowej, której sekwencja części jest z góry określona przez materiał wyjściowy. W ten sposób pojawiają się dwie identyczne cząsteczki, nasycone identyczną informacją.
Replika: gwarant trwałości i zmiany
Opisany powyżej daje wyobrażenie o implementacji dziedziczności i zmienności poprzez DNA. Mechanizm replikacji wyjaśnia, dlaczego DNA jest obecne w każdej komórce organicznej, podczas gdy chromosom jest unikalnym organoidem, który rozmnaża się ilościowo i jakościowo z wyjątkową dokładnością. Ta metoda rzeczywistego rozkładu nie była możliwa do czasu ustalenia faktu podwójnej helisy komplementarnej struktury cząsteczki. Crick, Watson, wcześniej zakładając, jaka jest struktura molekularna, okazał się całkowicie słuszny, chociaż z czasem naukowcy zaczęli wątpić w poprawność swojej wizji procesu replikacji. Początkowo uważano, że spirale z jednego łańcucha pojawiają się jednocześnie. Wiadomo, że enzymy katalizujące syntezę molekularną w laboratorium działają tylko w jednym kierunku, to znaczy najpierw pojawia się jeden łańcuch, potem drugi.
Nowoczesne metody badania ludzkiej dziedziczności umożliwiły symulację nieciągłego generowania DNA. Model pojawił się w 68. roku. Podstawą jej propozycji była praca eksperymentalna z wykorzystaniem Eisheria coli. Autorstwo pracy naukowej przypisuje się Orzakom. Współcześni specjaliści mają dokładne dane na temat niuansów syntezy w odniesieniu do eukariontów, prokariontów. Z genetycznego widelca molekularnego rozwój następuje poprzez generowanie fragmentów utrzymywanych razem przez ligazę DNA.
Zakłada się, że procesy syntezy są ciągłe. Reakcja replikacyjna obejmuje wiele białek. Rozwijanie się cząsteczki następuje dzięki działaniu enzymu, zachowanie tego stanu jest gwarantowane przez destabilizujące białko, a synteza przebiega przez polimerazę.
Nowe dane, nowe teorie
Korzystając z nowoczesnych metod badania ludzkiej dziedziczności, eksperci ustalili, skąd biorą się błędy replikacji. Wyjaśnienie stało się możliwe, gdy dostępne stały się precyzyjne informacje o mechanizmach kopiowania cząsteczek i specyficznych cechach struktury molekularnej. Schemat replikacji zakłada:rozbieżność cząsteczek rodzicielskich, z których każda połowa działa jako matryca dla nowego łańcucha. Synteza realizowana jest dzięki wiązaniom wodorowym zasad, a także elementom mononukleotydowym zasobu procesów metabolicznych. Do wytworzenia wiązań tiaminy, adeniny lub cytozyny, guaniny wymagane jest przejście substancji do postaci tautomerycznej. W środowisku wodnym każdy z tych związków występuje w kilku postaciach; wszystkie są tautomerami.
Istnieją bardziej prawdopodobne i mniej popularne opcje. Charakterystyczną cechą jest pozycja atomu wodoru w strukturze molekularnej. Jeśli reakcja przebiega z rzadkim wariantem formy tautomerycznej, to powoduje powstanie wiązań z niewłaściwą zasadą. Nić DNA otrzymuje nieprawidłowy nukleotyd, sekwencja elementów zmienia się stabilnie, dochodzi do mutacji. Mechanizm mutacji został po raz pierwszy wyjaśniony przez Cricka, Watsona. Ich wnioski stanowią podstawę współczesnej idei procesu mutacji.
Funkcje RNA
Badając molekularne podstawy dziedziczności, naukowcy nie mogli zignorować nie mniej ważnego niż kwas nukleinowy DNA - RNA. Należy do grupy polinukleotydów i wykazuje podobieństwa strukturalne do opisanych wcześniej. Kluczową różnicą jest wykorzystanie rybozy jako pozostałości, które działają jako podstawa szkieletu węglowego. Przypominamy, że w DNA rolę tę odgrywa dezoksyryboza. Druga różnica polega na zastąpieniu tyminy przez uracyl. Ta substancja również należy do klasy pirymidyn.
Badając genetyczną rolę DNA i RNA, naukowcy najpierw ustalili względnienieznaczne różnice w budowie chemicznej pierwiastków, ale dalsze badania tematu wykazały, że odgrywają one kolosalną rolę. Różnice te korygują biologiczne znaczenie każdej z molekuł, więc wspomniane polinukleotydy nie zastępują się wzajemnie dla organizmów żywych.
Przeważnie RNA składa się z jednej nici, różni się od siebie rozmiarem, ale większość z nich jest mniejsza niż DNA. Wirusy zawierające RNA mają w swojej strukturze takie cząsteczki utworzone przez dwie nici - ich budowa jest jak najbardziej zbliżona do DNA. W RNA dane genetyczne są gromadzone i przekazywane między pokoleniami. Inne RNA dzielą się na typy funkcjonalne. Są generowane na szablonach DNA. Proces jest katalizowany przez polimerazy RNA.
Informacje i dziedziczność
Współczesna nauka, badająca molekularne i cytologiczne podstawy dziedziczności, zidentyfikowała kwasy nukleinowe jako główny obiekt akumulacji informacji genetycznej - dotyczy to w równym stopniu wszystkich żywych organizmów. W większości form życia kluczową rolę odgrywa DNA. Dane zgromadzone przez cząsteczkę są stabilizowane przez sekwencje nukleotydowe, które są odtwarzane podczas podziału komórki zgodnie z niezmienionym mechanizmem. Synteza molekularna przebiega przy udziale składników enzymatycznych, natomiast matryca jest zawsze poprzednim łańcuchem nukleotydowym, który jest materialnie przenoszony między komórkami.
Czasami studenci w ramach biologii i mikrobiologii otrzymują rozwiązanie problemów genetycznych w celu wizualnej demonstracji zależności. Molekularne podstawy dziedziczności w takich problemach są uważane za odnoszące się do DNA,jak również RNA. Należy pamiętać, że w przypadku cząsteczki, której genetykę rejestruje RNA z jednej helisy, procesy rozrodcze przebiegają w sposób podobny do opisanego wcześniej. Matrycą jest RNA w formie, która może być replikowana. Pojawia się to w strukturze komórkowej z powodu inwazji zakaźnej. Zrozumienie tego procesu umożliwiło naukowcom dopracowanie fenomenu genu i poszerzenie bazy wiedzy na jego temat. Nauka klasyczna rozumie gen jako jednostkę informacji przekazywanej między pokoleniami i ujawnianej w pracach eksperymentalnych. Gen jest zdolny do mutacji w połączeniu z innymi jednostkami tego samego poziomu. Fenotyp, który posiada organizm, jest dokładnie wyjaśniony przez gen - to jest jego główna funkcja.
W nauce gen jako funkcjonalna podstawa dziedziczności był początkowo uważany również za jednostkę odpowiedzialną za rekombinację, mutację. Obecnie niezawodnie wiadomo, że za te dwie cechy odpowiada para nukleotydów zawarta w DNA. Ale funkcję spełnia sekwencja nukleotydów składająca się z setek, a nawet tysięcy jednostek, które określają łańcuchy białek aminokwasowych.
Białka i ich rola genetyczna
We współczesnej nauce, badającej klasyfikację genów, molekularne podstawy dziedziczności są rozpatrywane z punktu widzenia znaczenia struktur białkowych. Cała żywa materia jest częściowo utworzona przez białka. Są uważane za jeden z najważniejszych elementów. Białko to unikalna sekwencja aminokwasów, która przekształca się lokalnie, gdyobecność czynników. Często występują dwa tuziny rodzajów aminokwasów, inne powstają pod wpływem enzymów z dwudziestu głównych.
Różnorodność jakości białek zależy od pierwotnej struktury molekularnej, sekwencji aminokwasowej polipeptydu, która tworzy białko. Przeprowadzone eksperymenty jednoznacznie wykazały, że aminokwas ma ściśle określoną lokalizację w łańcuchu nukleotydowym DNA. Naukowcy nazwali to podobieństwami elementów białkowych i kwasów nukleinowych. Zjawisko to nazywa się współliniowością.
Cechy DNA
Biochemia i genetyka, które badają molekularne podstawy dziedziczności, to nauki, w których szczególną uwagę przywiązuje się do DNA. Ta cząsteczka jest klasyfikowana jako polimer liniowy. Badania wykazały, że jedyną dostępną transformacją struktury jest sekwencja nukleotydów. Odpowiada za kodowanie sekwencji aminokwasów w białku.
U eukariontów DNA znajduje się w jądrze komórkowym, a wytwarzanie białka ma miejsce w cytoplazmie. DNA nie pełni roli matrycy dla procesu wytwarzania białka, co oznacza, że potrzebny jest element pośredni, który odpowiada za transport informacji genetycznej. Badania wykazały, że rola jest przypisana do szablonu RNA.
Jak pokazuje praca naukowa poświęcona molekularnym podstawom dziedziczności, informacja jest przenoszona z DNA do RNA. RNA może przenosić dane do białka i DNA. Białko odbiera dane z RNA i wysyła je do tej samej struktury. Nie ma bezpośrednich powiązań między DNA a białkami.
genetyczneinfo: to jest interesujące
Jak wykazały prace naukowe poświęcone molekularnym podstawom dziedziczności, dane genetyczne są obojętną informacją, która jest realizowana tylko w obecności zewnętrznego źródła energii i materiału budowlanego. DNA to cząsteczka, która nie ma takich zasobów. Komórka otrzymuje to, czego potrzebuje z zewnątrz poprzez białka, a następnie rozpoczynają się reakcje transformacji. Istnieją trzy ścieżki informacyjne, które zapewniają podtrzymywanie życia. Są ze sobą połączone, ale niezależne. Dane genetyczne są przekazywane dziedzicznie przez replikację DNA. Dane są kodowane przez genom – ten strumień jest uważany za drugi. Trzeci i ostatni to związki odżywcze, które nieustannie wnikają w strukturę komórkową z zewnątrz, dostarczając jej energii i składników budulcowych.
Im bardziej ustrukturyzowany organizm, tym więcej elementów genomu. Zróżnicowany zestaw genów implementuje zaszyfrowaną w nim informację za pomocą skoordynowanych mechanizmów. Komórka bogata w dane określa sposób implementacji poszczególnych bloków informacji. Dzięki tej jakości wzrasta zdolność adaptacji do warunków zewnętrznych. Różnorodna informacja genetyczna zawarta w DNA jest podstawą syntezy białek. Genetyczna kontrola syntezy to teoria sformułowana przez Monoda i Jacoba w 1961 roku. W tym samym czasie pojawił się model operonu.
