Реферат: Генетика и генетическая информция
Вероятно ещё в глубокойдрвности человек стал подмечать, что потомство обычно бывает похоже народителей. Уже тогда люди старались получать, например, телят от самой удойнойкоровы, сеять семена растений, давших самый высокий урожай.
Люди понимали, что впотомстве сочетаются признаки предков. Но закономерности, по которым те илииные признаки передаются потомству оставалось тайной.
Среди учёных XIX векапрочно утвердилось мнение:«Закон наследственности заключаетсятолько в том, что никокого закона наследственности нет».Поколебать устоявшеесе убеждение первым решился Грегор Иоан Мендаль, монах иботаник-любитель из Брюнна (Брно). После ряда опытов, кропотливых, но гениальноточных, Мендель сформулировал в 1865 году свои знаминитые законы. Увы, они былинастолько просты, чтобы кто-нибудь из биологов принял их всерьёз. Они осталисьнепонятными и непринятыми.
Мендель опередил своёвремя более чем на 30 лет. Только в 1900 году одновременно трое учёных в разныхстранах (Де Фриз в Голандии, Коренс вГермании, Чермак в Австрии) открыли зановозаконы наследственности, сформулированые Менделем. Этот год и считается годомрождения генетики как науки.
В чём же заключалосьсущство мендельского открытия? Во времена Менделя в биологической наукесчиталось самоочевидным, что у потомства признаки родителей«разбовляются», «разжижается» вдвое. Учёрной и белой кошкиродятся скорей всего серые котята. Растения с краснымии и белыми дадут потомствос розовыми цветками.
Одна из заслуг Менделязаключалась в том, что он четко покозал: ничего подобного не проиходит.Признаки никогда не сольются воедино. Что же произойдёт? Один из признаковокажеться более сильным (доминантным), другой — более слабым (рецессивным).
Если скрещины породы илисорта (например, растения, много поколений давшие только красные или толькобелые цветки), один из признаков в первом поколении сотрётся, исчезнет, какбудто его и небыло. Скажем, все до единого цветки будут только красные.
Предположим теперь, что мыскрестили два таких красных цветка. Каким будут цветки их потомков? Казалосьбы, ответ очевиден: только краснвми. Но ничуть не бывало. Примерно у четвертиизних они внезапновновь окрестятся в белый цвет.
Мендель предположил, что каждый признак живогосущества — у растений, например, окраска цветков, форма плодов и семян, высотастебля-определяется наследственными, как он их назвал, зачатками. Позднее, в1909 году, эти зачатки он назвал генами (от греческого «генос» — род,происхождение). Если от признаковрастений перейти к признакам людей, томожносказать, что есть ген цвета волос и ген цвета глаз, ген, определяющий ростчеловека и т.д.
Как, исходя изпредположения о существовании генов, обьяснитьнаблюдаемые факты? Мендель счёл,что в организмах существует пара «зачатков» (генов) для каждой парыпризнаков. Ген красной окраски цветков и ген белой окраски цветков. Генвысокого стебля и ген низкого стебля. И так далее. Причём, когды гены в пареразличные, проявляется только один, доминантный, а второй«маскируется». Ген не может «расствориться»или«слиться»с другим. Он всегда остаётся самим собой. Потому — чтоучёрной кошки могут иногда родиться белые котята. Это значит, что кто — тоизпредков чёрной кошки имел белую окраску.
Вернёмся к опыту поскрещиванию растений с красными и белыми цветками. Из поколения в поколениегены «тасуются» совершенно случайно, подчиняясь только законувероятности. Но если в этой «лотерее» растению даётся только парагенов — «красный и красный» или «красный и белый»,очевидно, что цветки его будут красными. Только если выпадает «булое ибелое», у растения образуются белые цветки. Ген определяющий доминантныйпризнак, обазначают заглавной буквой алфавита (А, В), ген, обозначающийрецессивный признак, — строчечной (а, в).
Бессознательно применяязаконы генетики, человек с помощью искусственного отбора вывел множество породдомашних животных. Например, все многочисленные породы домашнейсобаки являютсяпотомками обыкновенного волка.
Что такое ген?
Долгое время генетики незнали ответа на вопрос, что же собой представляет ген в действительности.Биолог Вильгельм Иогансен, первым предложивший этот термин, писал о нём так:«Ген — просто короткое и удобное слово, которое легко сочетается сдругими». Долгое время ген был окутан покровом таинственности, и в СССРдолгое время (с конца 30-х начало 60-х гг. ХХ в.) служил поводом длябесчисленных обвинений генетиков в «реакционных мистическихвоззрениях», «идеализме» и тому подобных грехах.
Первым учёным,приблизившим отвлечённое понятие гена к реальности, стал американец ТомасМорган. Он решил выяснить: существует ли в клетках живых организмов что-то,похожее по своим свойствамна предпологаемыеменделевские«зачатки».Вскоре его внимание остановилась на хромосомах. Хромосомы — это особые тельца в ядрах клеток. Во время деления клеток (митоза) ониисполняют сложный «танец», сходятся и расходятся, в результате чегоновые образовавшиеся клетки получаютв точности такой же набор хромосом, как иматеринские.
Морган изучал хромосомыдрозофилы — маленькой мушки, легко разводимой в лаборатории. В скоре он заметилудивительную вещ. Размер и форма хромосом в клетках мушек были достаточнопостоянны, и если они внезапно резко изменялись — облик самой мушки такжеобычно становился уродливым.
(Заметим, что такоескачкообразное и наследственное изменение облика (мутация), иногда незначительное, иногда более более существенное, как раз и создаёт почву дляэволюции. Большинство мутаций вредно и даже смертельно для организмов. Немногиеорганизмы, у котрорых произошли полезные мутации, биологи их называют«счастливыми уродцами».)
Морган пришёл квыводу., что гены находятся в хромосомах. Множество опытныхданных подтверждалоэту гипотизу. Новопрос о том, что же представляет собой ген, по — прежнемуоставался не открытым.
В 1944 г. вышла в светкнига выдающегося физика Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь с точки зренияфизика?». В ней он высказал любопытные идеи о вероятном строении гена,назвав его «апериодическим кристалом». По его мнению ген долженсостоять из нескольких повторяющихся элементов, которыми, как азбукой Морзе,записана наследственность организма.
Долгое время, исходя изключевой роли белков и живых организмов, биологии считали, что гены тоже,видимо, должны представлять собой особые белки. Но истина окпзалась на многосложнее.
В1953 году в международномнаучном журнале была напечатана статья биологов Джеймса Уотсона и Френсисакрика о строениидезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) — одного из веществ,постоянно присутствующих в хромосомах. Структура ДНК оказалась совершенно необычной!
Её молекулы имеют огромнуюпо молекулярным масштабам длинну и состоят из двух нитей, сплетённых междусобой в двойную спираль. Каждую из нитей можно сравнить с длинной нити бус. Снитками бус мы сравнивали и белки. У белков «бусинами» являютсяаминокислоты 20 различных типов. У ДНК — всего 4 типа «бусин», изовуться они нуклиотидами. «Бусины» двух нитей двойной спирали ДНКсвязаны между собой и строго друг другу соотвецтвуют. Чтобы нагляднопредставить себе это, вообразим две рядом лежащие нитки бус. Напротив каждойкрасной бусины в одной цепи лежит, допустим, синяя бусина в другой. Напротивкаждой зелёной — жёлтая. Точно также в ДНК напротив нуклеотида аденинанаходится тимин, напротив цитозина — гуанин.
Зачем это нужно? Простонапросто при таком правилепостроения двойной спирали каждая из цепей содержитсвединия о строении другой. зная строение одной цепи, всегда можно восстановитьдругую. Получается две двойные спирали — точные копии их предшествинници. Втехнике часто встречаются процессы изготовления готовых изделий по шаблону,называемому матрицей, например отливка монет или медалей, типографского шрифта.По аналогии происходящее в живой клетке восстановление двойной спиралипо однойеё цепи, как по матрице, также називают матричным синтезом.
Это свойство точнокопировать себя с исходной матрицы имеет ключевое значение для жизни на Земле.Реакции матричного синтеза не известны в неживой природе. Без этих реакцийживое утратило бы своё главное свойство — способность воспроизводить себя.
В нитях ДНК четырёхбуквенной азбукой из «бусин» — нуклиотидовзаписяно строение всехбелков живых организмов. Вся информация, касающаяся строения однго белка, занимаетв ДНК небольшой участок. Этот участок и является геном. Из четырёх букв«алфавита ДНК» можно составить 64 трёхбуквенных «слова»-триплета. Словаря из 64 слов вполне хватает, чтобы записать названия 20аминокислот, входящих в состав белков.