Вход

Генетический уровень биологических структур

Реферат по биологии
Дата добавления: 16 марта 2001
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 122 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
Представлен ие о структурных уровнях организации живых систем сформировалось под влиянием открытия кл е точной теори и строения живых тел . В середине прошлого века клетка рассматривалась как последняя единица живой м а терии , наподобие атома неорганиче ских тел . Из клеток мыслились построенными все живые системы различного уровня организованнос ти . Такие идеи высказывал , например , один и з создателей клеточной теории Маттиас Шлейден . Дру гой выдающийся биолог Эрнст Геккель шёл дальше и выдвинул гипотезу , согласно которой протоплазма клетки также обл а дает определе нной структурой и состоит из субмикроскопичес ких частей . Таким образом , в живой системе можно выд е ли ть но вый структурный уровень организации. Эти идеи , далеко опережающие научные з нания сво ей эпохи , встре чали явное со противление , с одной сто роны , последователей р едукционизма , стремившихся свести процессы жизнед еятельности к совокупности оп ределенных хим и ческих реакций , а с другой – защит ников ви тализма, которые пытались объяснить специ фику живых органи змов налич и ем в них особ ой "жизненной силы " (от лат . vitalis – жизненн ый ). Идеи редукционистов находили поддержку со стороны представителей механистического и "в ульгарного " мате риализма , первые из которых пы тались объяснить законо мерности живой природы с помощью простейших механи ческих и физических понятий и принципов , вторые же стремились редуцировать, свести эти законы к закономер ностям химич е ских реак ций , происходящих в организме . Более того , некоторые представители "вульгарных " мате риалистов – Людв иг Бюхнер и Якоб Молешотт – даже утверждали , что мозг порожда ет мысль подобно тому , как печень выделяет же лчь. Несмотря на эти философские дискуссии между меха ницистами и виталистами , учёные-экспе риментаторы пы тались конкретно выяснить , от к аких именно структур за висят специфические свойства живых организмов , и по этому про должали исследовать их на уровне не тольк о клетки , но также и клеточных структур . В первую очередь они исслед о вали структуру белков и выяснили , что они построены из 20 аминокисл от , ко торые соединены длинными полипептидн ы ми связями, или цепями . Х отя в состав белков человеческого организма входят все 20 аминокислот , но совершенно об яз а тельны для него толь ко 9 из них . Остальные , по-видимому , вырабатываются са мим организмом. Характерная особенность аминокислот , сод ержащихся не только в человеческом организме , но и в других жи вых системах (животн ых , растениях и даже вирусах ), со стоит в том , что все они являются левовращающими плоскость пол я р изации изомерами , хотя в принципе су ществуют а минокислоты и правого вращения . Обе формы таких изомеров почти одинаковы меж ду собой и разли чаются только пространственн ой конфигурацией , и по этому каждая из мол екул амин о кислот является зеркаль ным отображением другой . Впе рвые это явление открыл выдающи йся фр анцузский учёный Луи Пастер , исследуя строени е веществ биологического проис хождения . Он об наружил , что такие вещества способны откл о нять поляризованный луч и поэтому являются оп тически активными , вследствие чего были впоследствии названы опт и ческим и изомерами. В отл ичие от этого у молекул неорганических ве ществ эта способность отсут ствует и построен ы они совершенно симметрично. На основе своих опытов Л . Пастер в ысказал мысль , что важнейшим свойством всей живой материи является их молекулярная аси мм етричность , подобная асиммет ричности левой и правой рук . Опираясь на эту анало г ию , в совреме н ной науке это свойство называют моле кулярной хиральностью. (Этот термин происходит от греч . cheir – рука ). Интересно зам етить , что человек вдруг преврат ился в свое зеркальное отображе ние , т о его организм функционировал бы нормально до тех пор , пока он не стал бы у потреблять пищу расти тельного или животного происхождения , которую он не смог бы перев арить. На вопрос , почему именно живая природа выбрала бе лковые молекулы , построенные из аминокислот ле вого вращения , до сих пор нет убедительного ответа . Сам Л . Пасте р считал , что поскольку живое возникает из неживого , то необходимым предварительным усл ови ем для этого процесса должно стать пр евращение симмет р ичных неорганических молекул в асимметричные , которое могло быть вызвано различными космическими факторами : г еомагнитными колеб а ниями , вращением Земли и т . п . Попы тки экспери ментально проверить эту гипотезу не увенчались успе хом . Поэтому в ы сказывались пр едположени я и о чисто случайном характере возникнов ения первых живых мо лекулярных систем , образ о ванных из ами нокислот ле вого вращения . В дальнейшем эта особенность могла быть передана по наследс тву и закрепит ь ся как неотъ емлемое свойство всех жи вых сист ем. Наряду с изучением структуры белка в последние полвека особенно интенсивно изучал ись механизмы на следственности и воспроизводства живых систем . Осо бенно остро этот вопрос встал перед биологами в связи с опре дел е нием границы между живым и неживым . Бол ьшие сп оры возникли вокруг природы ви русов, ко торые обладают способн о стью к самовоспр оизводству , но не в состоянии осуществлять процессы , которые мы обычно приписываем жив ым сист е мам : о бмениваться веществом , реагировать на внешние раздражители , рас ти и т . п . Очевидно , если считать определя ю щим свой ством живого обмен веществ , то вирусы нельзя назвать живыми организмам и , но если таким свойством считать воспрои зводимость , то их следует отнести к живым те лам . Так естественно возникает вопрос : какие свойства или призн а ки характерны для живых сист ем ? На этот вопрос учёные отвечали по-разн ому в раз личные исторические этапы развития естествознания в завис и мости от достигнутого уровня иссле дований . Пока не существовало развитых методо в биологиче ского исследован ия и сколько-н ибудь ясных теоретиче ских концепций , сущность живого сводили к наличию некоей таинственн ой "жизненной силы ", которая отли чает живое от неживого . Однако такое определение ос та валось чисто отрицательным , ибо не раскр ы вало ни подлинной причин ы , ни механизма отличия живого от неживого , а все сводило к иррацион альной , непозна ваемой и потому таинственной с пособности живых ор ганизмов . На этом основани и сторонников такого взгляда обычно называют виталистами. Если первые виталисты ограничивались п ростой конста тацией различия между живым и неживым , то их посл е дова тели использовали недостатки и ограниченность физико-химических представлений о жизни для подкрепления своей позиции . Наиболее интересной в этом отношении предста в ляется попытка немецког о биолога и философа Ханса Дри ша , который возродил существовавшее еще у Арис тотеля понятие энтелехии для объяснения целесообраз ности живых с и стем . Основываяс ь на своих опытах по реге нерации морских ежей , которые восстанавливают удаленные у них части тел , Дриш утверждал , что все живые организмы обладают особой способно стью к целесообразным действи ям по сохранени ю и поддержанию своей организации и жизне деятельности , которую он назвал энтелехией . На упрёки в том , что энтелехию невозможно установить никаки м и эмпирически ме тодами , он отвечал , что магнитную силу так же нельзя увидеть неп о средственно . На этом примере можно убедиться , как современные витали сты использ уют понятия о ненаблюдаемых об ъ ектах (магне тизм , электричест во и т . д .) для защиты своих взгляд ов. Несмотря на критику виталистов , биологи-эк спе риментаторы продолжали свою трудную и кро потливую работу по анализу структуры и фу нкций живых систем . Как изменились наши пр едставления о живых сис темах в связи с перех о дом на новый , молекулярный уровень и сследования ? Долгое время в связи с изучением синтеза органиче ских веществ внимание ученых было сосредоточено на иссл е довании той части клеточной с труктуры , которая образована из белков . Многим тогда казалось , что именно белки соста в ляют фундаменталь ную о снову жизни , и поэтому пытались свести свойства живых сис тем к свойства м и структуре бе л ков . По-видимому , именно опираясь на эт о , Фридрих Энгельс выдвинул свое известное определение жизни как спосо ба существования белковых тел , которое продолжали некрити чески повторять в нашей литературе , не смотря на глубокие исследования , выяснившие , ч то ни сам бе лок , ни его составные эле менты не представляют ничего уникального в химич е ском отно шении. В связи с этим дальнейшие исследовани я были на правлены на изучение м ехани змов воспроизводства и насле д ственности в надежде обнаружить в них то спе цифическое , что отличает жи вое от неживого . Наиболее важным открыт и ем на этом пу ти было выделение из состава ядра клетки богатого фосфором вещества , обла дающего свой ствами кисл оты и названного впоследст вии нуклеиновой кислотой. В дальнейшем удалось вы явить углеводны й компонент этих кислот , в одном из ко торых оказалась D-дезоксирибоза , а в другом – D - рибоза . Соответственно этому первый тип кислот стали называть дезоксирибонукле иновыми кислотами , или со кращенно , ДНК , а второй тип – рибонуклеиновыми, или кратко , РНК кислотами . Потребовалось , однако , почти сто лет , прежде чем был а расшифрована роль нуклеино вых кислот в хр а нении и пе редаче наследственности , участии в синтезе бе лка и обмене веществ. Не вдаваясь в детали и специальную терминологию , кратко рассмотрим эти важнейшие для биологии и есте ствознания вопросы. Роль ДНК в хранении и передаче на следственности была выяснена после того , как в 1944 г . американским микр о биологам у далось доказать , что выделенная из пневмококков свободная ДНК обладает свойством пере давать генетич е скую информацию . До этого существо вали либо косвенные , либо не совсем надежные свиде тельства этого факта . В 1953 г . Д . Уотсоном и Ф . Криком была предложе на и экспериментально подтверждена гипотеза о строении молекулы ДНК как материального носителя информа ции . В 1960-е го ды французскими учеными Ф . Жакобом и Ж . Моно была ре шена одна из важнейших про блем генной активности , раскрывающая фундаментальную особе нность функ ционирования живой пр и роды на молекулярном уровне . О ни доказали , что по своей функциональной а ктивно сти все гены разделяются на "регул я торные ", кодирую щие структуру регуляторного белка , и "структурные гены ", кодирующие синтез метаболитов. Дал ьнейшими исследованиями была устан овлена непосредственная зависимость синтеза белк ов (фер ментов ) от состояния генов (ДНК ). Был о доказано , что основная функция генов сос тоит в коди ровании синтеза белков . В связ и с этим возник вопрос : каким образом осу ще с твляется передача информации о т ДНК к морфо логическим структурам ? Согласно упомянутой выше модели Уотсона и Крика , наследственную информацию в моле куле ДНК несет по следовательность четырех ос нований : два пуриновых и два пиримидиновых . Между тем в белках содержится 20 амин о кислот и поэт ому становится необходимым объ яснить , как чет ырехбуквенная запись структуры ДНК может быть перев е дена в 20-буквенную запись аминокис лот белков . Первое гипотетическое объяснение механиз ма такого перевода дал и з вестный физи к-теоретик Г . Гамов , пр едположив , что для кодирования одной амино кис лоты требуется сочетание из трех нуклеотидов ДНК . Спустя семь лет его гипотеза был а блестяще подтвержде на экспериментально и т ем самым был ра с крыт механизм считки генетической информа ции. Переход на молекулярный уровень исследова ния во многом изменил представления о механизме изменчиво сти. Согласно доминирующей точке зрения , основным источником изменений и последующего отбора яв ляются мутации, возни кающие на молекулярно-генетическом уров не . Однако кроме переноса свойств от одного орга низма к другому , с у ществуют и другие механизмы измен чивости, важнейшим из которых являются "генетические рекомбинации ". В одних случаях , называемых "клас сическими ", они не приводят к увеличению генетическо й информации , что наблюдается гла в ным образом у вы сших организмов . В других , "неклассических " случ аях рекомбинация сопровождается увеличением и н формации генома клетки. Дальнейшее исследование "неклассических " форм ге нетических рекомбинаций привело к откры тию целого ряда переносимых или "мигри рующих " генетических эле ментов . Всё это не могло не поставить вопроса о том , работ а ет ли естественный отбор на молекулярно-гене тическом уровне ? Появление "теории нейтральных мутаций " еще больше обос т рило ситуацию , по скольку о на доказывает , что изменения в функциях ап парата , синтезирующего белок , являются резул ь татом нейтральных , случайных мутаций , не оказывающих влияния н а эволюцию . Хотя такой вывод и не явля ется общ е признанн ым , но хорошо известно , что действие естес т венного отбора проявляется на уровне фенотипа , т.е . живого , ц е лостного организма , а это связано уже с более высоким уровнем исследования.
© Рефератбанк, 2002 - 2018