ДНК-основа генетического материала.

ВВЕДЕНИЕ
1.Установление структуры ДНК
2.Первые доказательства генетической роли ДНК
3.Феномен бактериальной трансдукции
4.Модель структуры ДНК Уотсона-Крика
5.ДНК- основа генетического материала
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ДНК-основа генетического материала.

Пределы модификационной изменчивости называются нормой реакции, они обусловлены генотипом. Эта изменчивость зависит от конкретных условий среды, в которой нахо­дится отдельный организм и дает возможность приспособиться к этим условиям (в пределах нормы реакции). Такие измене­ния не наследуются.7
Открытие способности генов к перестройке, изменению является крупнейшим открытием современной генетики. Эта способность к наследственной изменчивости получила к гене­тике название мутации (от лат. mutatio - изменение).8
Окончательное решение вопроса следует отнести ко времени, ког­да одним из основных объектов генетических экспериментов был вы­бран бактериофаг Т2.
Бактериофаги — это вирусы, поражающие бак­терии. Бактериофаг Т2 поражает бактерию Escherichia coli, хорошо изу­ченную с генетической точки зрения. Он состоит из белковой оболоч­ки и заключенной в ней ДНК (рис.3 приложения).
Жизненный цикл бактериофага Т2 длится около 30 мин и включа­ет следующие этапы (рис.4 приложения): 1 - присоединение фаговой частицы к бактериальной клетке и введение в нее ДНК фага; 2 - разрушение бактериальной хромосомы ферментами фага (5-10 мин); 3 — реплика­ция ДНК фага и синтез белковых элементов его оболочки — капсиды (6—15 мин); 4 - сборка фаговых частиц (20 мин); 5 — лизис клетки-хозяина и выход фаговых частиц во внешнюю среду.
Роль каждого из элементов фаговой частицы в его жизненном цик­ле была установлена экспериментами А.Херши и М.Чейз (1952).
Используя радиоактивные метки (изотопом 33S метили белки фага, а изотопом Р. — ДНК), они показали, что для образования новых ко­пии фага необходима его ДНК, а белки (белковая оболочка) не несут генетических функций (рис.4 приложения).
Таким образом, была показана генетическая роль ДНК. Следует от­метить, что к этому времени было известно, что наследование различ­ных признаков у фага Т2 не отличается от наследования признаков у эукариот; у фага Т2 обнаружены мутации и показана возможность ре­комбинации между ними аналогично мутациям высших организмов.
Поэтому заключение о генетической роли ДНК было воспринято как само собой разумеющееся. Позднее эксперименты с вирусом табач­ной мозаики (ВТМ), состоящим из белковой оболочки, в которую за­ключена молекула другой нуклеиновой кислоты — РНК, также показа­ли генетическую роль нуклеиновой кислоты, а не белковой оболочки.9
3. Феномен бактериальной трансдукции
Трансдукция — явление переноса и рекомбинации генов у бактерий с помощью бактериофага. Трансдукция была открыта Н.Цандером и Дж. Ледербергом (1952) при исследовании мутантных штаммов бакте­рии Salmonella typhimurium (вызывает тифоидную лихорадку у мышей). Было показано, что ДНК фага Р22 может внедряться в хромосому S.typhimurium и как бы сосуществовать в ней некоторое время, а затем (при изменении условий) вновь выделяться из нее, разрушая эту хро­мосому и стимулируя сборку новых фаговых частиц. При этом ДНК фага может захватить часть ДНК (ген/гены) бактерии, а вновь собран­ные частицы фага могут переносить эти гены в хромосомы других бак­терий.
Этот тип трансдукции получил название общей трансдукции, так как фаг Р22 внедрялся в разные участки хромосомы реципиента. Внедрение фага в строго определенные места бактериальной хромосо­мы называется ограниченной трансдукцией. И, наконец, если фрагмент ДНК (ген) клетки донора, перенесенный фагом в новую бактериаль­ную клетку, не включается в ее хромосому, но проявляется, имеет мес­то абортивная трансдукция.10
Результаты экспериментов Н.Цандера и ДжЛедерберга окончательно доказали роль нуклеиновых кислот как носителей наследственной информации.
4. Модель структуры ДНК Уотсона-Крика
Они предложили модель, согласно которой молекула ДНК представляет собой двойную спираль. Она состоит из двух полинуклеотидных цепочек, соединенных попарно через комплементарные взаи­модействия между нуклеотидами разных цепей. При этом аденин (А) всегда соединен с тимином (Т), а гуанин (Г) с цитозином (Ц). Соединяются нуклеотиды при помощи особых водородных связей. Таким образом, если в одной цепочке порядок оснований % - АГЦТАТ – 3*, то в другой, комплиментарной, порядок будет 3 – ТЦГАТА – 5 (рис. 7 приложения).
Диаметр спирали постоянен и приблизительно равен 2нм, так как пуриновые основания имеют длину кольца 1,2нм, а пиримидиновые основания 0,8нм. На один виток спирали приходится 10пар оснований, а длина его составляет 3,4нм.
Создавая модель ДНК, Уотсон и Крик ориентировались на результаты
рентгеноструктурного анализа ДНК, полученные М.Уилкинсом и Р. Франклин. В результате их модель представляла двухцепочную правозакрученную спираль (В – форма ДНК).
Позднее было показано, что существует и левозакрученная молекула ДНК (Z - ДНК). Ее название объясняется зигзагообразным характером фосфодиэфирного каркаса. Обнаружены и другие структурные формы ДНК (таблица 1. приложения).11 Трехмерные структуры ДНК представлены на рис.8 приложения.
5. ДНК - основа генетического материала
Одним из глубоких и важных для мировоззрения является вопрос о существовании цели эволюции - ее телеологичности и содержании этой цели.
Рассмотрим один из возможных вариантов, при котором возникновение человека является обусловленным, и биологическая эволюция имеет цель. Будем называть потенциально живыми те вечные (при определенных постоянных условиях) химические соединения, которые присутствуют в ядрах клеток всех живых существ, и актуально живыми те связанные с ними биологические единицы, которые претерпевают смерть, то есть разрушение и распад.
Отметим, что только 2% молекулы ДНК, определяющей наследование свойств, связаны с признаками, то есть определяют фенотип живого существа, а остальные 98% ни с чем испытывающим воздействие среды, окружающей актуально живое существо, не связаны. При этом они передаются из поколения в поколение. Тогда вопрос состоит в том, почему потенциально живое превращается в актуально живое и зачем удерживается во времени наибольшая из двух часть наследуемой информации?
Сохраняется информация, записанная в ДНК-кодах, не связанных с признаками. Она довольно велика. Длина одной молекулы ДНК достигает нескольких сот тысяч звеньев. Этих звеньев насчитывается двадцать типов, и возможно рассмотреть их последовательность в качестве текста и счесть ее посланием. Но кому и от кого? Тому, кто прочтет.12
Адресат, обладающий мозгом-дешифратором, может быть сформирован самим посланием в процессе биологической эволюции, живое усложняется по мере своего развития. Это напоминает известную гипотезу панспермии, когда зачатки живого, какие-нибудь вирусы или бактерии, способные существовать в условиях космического пространства, путешествуют по нему, как споры или пыльца в атмосфере Земли, пока не попадут в условия, благоприятные для эволюции. В данном случае панспермия оказывается целенаправленной, то есть содержит в себе не просто возможность для развития жизни, но и предпосылки для создания мозга, способного к прочтению послания. Прочитавший его - фактически создавший, приписавший и обнаруживший смысл, станет одновременно и автором, и адресатом.
Действия, которые можно предпринять для развития этой идеи, сводятся к выделению общей части в последовательностях ДНК, присутствующих в различных белковых молекулах, и рассмотрению ее как текста. Наиболее важной идеей генетики является переход от "непрерывности" в описании наследуемых свойств к "дискретности".
Можно сказать, что существуют некоторые состояния, между которыми возможны переходы, нет непрерывных изменений, а есть скачкообразные. Возможность пересчета таких состояний приводит к возможности использования статистических закономерностей - хорошо разработанной области математики, дающей возможность делать прогноз.13
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В заключении работы сделаны следующие выводы:
1. При трансформации у бактерий наследственные признаки передаются от одной клетки к другой через ДНК.
2. Вирус, поражающий бактерии (бактериофаг), вводит в клетку бактерии только свою ДНК и таким образом подчиняет себе весь ее генетический аппарат.14
3. Все соматические клетки особей одного и того же вида содер­жат почти одинаковое количество ДНК, а клетки, отвечающие за размножение, — вдвое меньше. Представители разных видов отлича­ются друг от друга и по содержанию ДНК. У всех представителей одного и того же вида одинаково соотношение азотистых оснований в ДНК.15
4. Молекула ДНК имеет форму двойной спирали. Она похожа на закрученную лестницу, где "веревки" — это сахарофосфатные осто­вы ее цепей, а "перекладины" — пары оснований. Каждое основание соединено Со своим партнером слабой водородной связью. В клетке протокариота генетический материал представлен кольцевой двуспиральной мо­лекулой ДНК, а в ядрах эукариотических клеток — линейными хро­мосомами, состоящими из ДНК и белков.16
5. Репликация ДНК происходит следующим образом. Двойная спираль раскручивается и "расстегивается" (как застежка-молния) по Разрывающимся водородным связям. Определенные ферменты строят Новые цепи, связывая между собой нуклеотиды, комплементарные нуклеозидам каждой из двух исходных цепей спирали ДНК.17
6. Под воздействием различных факторов внешней сре­ды (ультрафиолетового излучения, различных химичес­ких веществ) молекула ДНК может повреждаться. Про­исходят разрывы цепей, ошибочные замены азотистых оснований нуклеотидов и др. Кроме того, изменения в ДНК могут происходить самопроизвольно, например, в результате рекомбинации — обмена фрагментами ДНК. Произошедшие изменения в наследственной информа­ции также передаются потомству.18
7. В некоторых случаях, молекулы ДНК способны «ис­правлять» возникающие в ее цепях изменения. Эта спо­собность называется репарацией. В восстановлении ис­ходной структуры ДНК участвуют белки, которые узна­ют измененные участки ДНК и удаляют их из цепи, тем самым восстанавливая правильную последовательность нуклеотидов, сшивая восстановленный фрагмент с ос­тальной молекулой ДНК.19
ИСПОЛЬЗУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Воронов В.К., Гречнева М.В., Сагдеев Р.З. Основы современного естествознания. Учебное пособие для вузов, 2-е изд., стер. – М.; Высшая школа, 2008. – С.247.
2. Дубнищева Т.Л. Концепция современного естествознания. Учебник по ред. акад. М.Ф. Жукова. 5-е изд. – М.: ИКЦ «Маркетинг», Новосибирск: ООО «Издательство ЮКЭА», 2004. – 832.
3. Колесников С.И. Общая биология. Серия «Среднее профессиональное образование». Ростов – на – Дону: Феникс, 2005. – С.288.
4. Количев А.С. Молекулярная биология: Учебник для студентов пед. вузов./ А.С.Количев, Т.А.Севастьянова. – М.:Издательский центр «Академия», 2004. – С.400.
5. Курбатов Н.С., Козлов Е.А. Общая биология: Конспект лекций/ Н.С.Курбатова, Е.А.Козлова. – М.:ЭКСМО, 2006. – С.160.
6. Пухальский В.А. Введение в генетику. – М.:КолосС, 2007. – С.224.(учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений).
7. Грин Н, Стаут У, Тейлор Д. Биология: В 3х-т. Т3: Пер. с англ./Под. ред. Р.Сопера. – 5 изд. перераб. и доп. – М.: «ЮНИТИ»,2006. – С.378.
8. Найдыш В.М.. Концепции современного естествознания. М: издательство «ВЛАДОС». 2004. - С.410.
9. http://www.so-znanie.nm.ru/
ПРИЛОЖЕНИЕ

Рис.2. Опыты Ф.Гриффитса по трансформации пневмококка:
А - смерть мыши от введения штамма IIIS; Б - введение штамма IIR безвредно для мы­ши; В — введение убитого нагреванием штамма 1IIS безвредно для мыши; Г— введение смеси штамма IIIS, убитого нагреванием, и штамма IIR приводит к смерти животного, из которого после этого был выделен нормальный штамм IIIS
Рис.5. Схема опыта Херши - Чейза

Рис. 8. Трехмерные структуры ДНК
Структурные формы ДНК
Таблица 1
Признак
Форма
А