Реферат: Физические и химические основы явлений наследственности
Физические и химические
основы явлений наследственности.
Революцияв генетике была подготовлена всем ходом могущественного развития цдей и методовмендилизма и хромосомной теории наследственности. Уже в недрах этой теории былопоказано, что существуют явления трансформаций у бактерий;чтохромосомы — это комплексные компоненты, состоящие из белка и нуклеиновойкислоты. Молекулярная генетика — это истинное детище всего XXвека,которое на новом уровне впитало в себя прогрессивные итоги развития хромосомнойтеории наследственности, теории мутации, теории гена, методов цитологии игенетического анализа. На путях молекулярных иследований в течении последних 20лет генетика претерпела поистене революционные изменения. Она является одной изсамых блестящих участниц в общей революции современного естествознания.Благодаря ее развитию появилась новая концепция о сущестности жизни, в практикувошли новые могущественные методы управления и познания наследственности,оказавшие влияние на сельское хозяйство, медицину и производство.
Основнымв этой революции было раскрытие молекулярных основ наследственности. Оказалось,что сравнительно простые молекулы дизоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) несут всвоей структуре запись генетической информации. Эти открытия создали единуюплатформу генетиков,
физиков и химиков в анализе проблем наследственности.Оказалось, что генетическая информация действует в клетке по принципамуправляющих систем, что ввело в генетику во многих случаях язык и логикукибернетики.
Вопрекистарым воззрениям на всеобъемлющую роль белка как основу жизни, эти открытияпоказали, что в основе приемственности жизни лежат молекулы нуклеиновых кислот.Под их влиянием в каждой клетке формируются специфические белки. Управляющийаппарат клетки собран в ее ядре, точнее — в хромосомах, из линейных наборовгенов. Каждый ген, являющийся элементарной единицей наследственности, вместе стем представляет собой сложный микромир в виде химической структуры,свойственной определенному отрезку молекулы ДНК.
Такимобразом современная генетика открывает перед человеком сокровенные глубиныорганизации и функций жизни. Как всякие великие открытия, хромосомная теориянаследственности, теория гена и мутаций (учения о формах изменчивости генов ихромосом) оказывали глубокое влияние на жизнь. Развитие физико-химическойсущности явления наследственности неразрывно связано с выяснением материальныхоснов всех явлений жизни. В явлении жизни нет ничего кроме атомов и молекул,однако форма их движения качественно специфична. Наследственность неавтономное, независимое свойство, оно неотделимо
от проявления свойств клетки в целом.
Взаимодействие молеукл ДНК, белков и РНК лежит в основежизнедеятельности клетки и ее воспроизведения. Поскольку явлениенаследственности, в общем смысле этого понятия, есть воспроизведение попоколениям сходного типа обмена веществ, очевидно, что общим субстратомнаследственности является клетка в целом.
Явлениенаследственности в целом необусловлено исключительно генами и хромосомами,которые представляют собой все же только элементы более сложной системы — клетки. Это не умаляет роли генов и ДНК, в них записана генетическаяинформация, т. е. возможность воспроизведения определенного типа обменавеществ. Однако реализация этой возможности, т. е. процессы развития осыби илипроцессы жизнидеятельности клетки, базируется целостной саморегулирующейсясистеме в виде клетки или организма. В настоящее время в качествепервоочередной встает задача, выяснить, как осуществляется высший синтезфизических и химических форм движения, появление которого знаменовало собойвозникновение жизни и наследственности. Явление жизни нельзя свести к химии ифизике, ибо жизнь — это особая форма движения материи. Однако ясно, чтосущность этой особой формы движения материи не может быть принята без знанияприроды простых форм, которые входят в него уже как бы в «снятомвиде». Поэтому проблема физических и химических основ
наследственности является ныне одной из центральных вгенетике. Ее разработка должна заложить основы для решения проблемнаследственности во всей сложности ее биологического содержания. Совершенноясно, что важнейшие вопросы философского материализма связаны с разработкойэтой проблемы. Материалистическая постановка решающих вопросов наследственностине мыслима без признания того, что явление наследственности материальнообусловлено, что в клетке которая образует поколение, должны иметься определенныематериальные вещества и структуры, физические и химические формы движениякоторых благодаря их специфическому взаимодействию создают явлениенаследственности.
Всвете сказанного вполнепонятно то значение, которое имеет полная физико-химическая расшифровкастроения биологически важных молекул. Несколько лет назад впервые химическимисредсвами вне организма была синтезирована белковая молекула — гормон инсулин,управляющий углеводным обменом в организме человека. Недавно была расшифрованафизическая структура дыух белков — дыхательных пигментов крови и мышц — гемоглобина и миоглобина. Для молекулы фермента лизоцина физики открылипространственное расположение каждого из тысячи атомов, участвующих впостроении его молекул. Установлено место в молекуле, ответственное за
каталитический эффект этогобиологического катализатора, недопускающего проникновения вирусов в клетку.
После этих событий,связанных с раскрытием природы генетического кода и генетических механизмов всинтезе белков, впервые удалось дать полный химический анализ и формулыстроения молекулы транспортной РНК. Все эти открытия, включая замечательныйфакт, что синтез молекул ДНК идет под координирующим влиянием затравки(матричной ДНК), показывает, какой серьезный шаг сделала генетическая биохимияк созданию прототипа живого.
Поистине фантастическиегоризонты открываются на путях синтеза генов в искуственных условиях, которыеосуществлены в исследованиях Г. Корана и его группы ученых-последователей.Другим выдающимся открытием послужила разработка условий для искусственного самоудвоенияДНК в бесклеточной системе. Было установлено, что молекулы ДНК (по крайней мереу вирусов и бактерий) сущесвуют в форме замкнутого кольца и в таком виде служатматрицей для ДНК-полимеразы.
Проблемы гена и молекулярные основы
-------------------------------------------------------
мутации.
------------
Одна из наиболее важныхзадач современной генетики является получение направленых мутаций. Эта задача восновном решается на путях направленного химического преобразованиямолекулярных системв пределах отдельных генов. При помощи методов общей,радиационной, химической и молекулярной генетики во многих странах ужедостигнуто управление наследственностью. В селекции микроорганизмов, растений иживотных имеются существенные производственные достижения, полученные с помощьюэтих новых методов.
Как ни сложна задачаполучения направленных мутаций, однако в последних работах по молекулярнойгенетике найдены правильные пути, и более того даже некоторые элементы решенияэтой задачи уже достигнуты в работах с бактериями и раст. вирусами.