 |
Строение и функции нуклеиновых кислот
|
|
|
|
Лекция №4
Тема: Организация наследственного материала
План лекции
1. Наследственность и изменчивость – фундаментальные свойства живого.
2. Эволюция понятия «ген».
3. Доказательства роли ДНК в передаче генетической информации.
4. Строение и функции нуклеиновых кислот.
5. Генетический код и его свойства.
6. Свойства и классификация генов.
Наследственность и изменчивость – фундаментальные свойства живого
Наследственность – свойство живых организмов сохранять в ряду поколений сходство структурно-функциональной организации.
Изменчивость – свойство живых организмов получать новые признаки под влиянием условий окружающей среды.
Наследственность консервативна. Она закрепляет и сохраняет признаки организма и вида. Изменчивость, наоборот, позволяет организмам приобретать новые признаки и отличаться от родителей.
Процесс передачи генетической информации от одного поколения другому при половом размножении называется наследованием, а степень сходства родителей и детей называется наследуемостью.
Эволюция понятия «ген»
О единицах наследственности впервые написал Ч. Дарвин. Он назвал их наследственными факторами. В 1865г. вышла работа Г. Менделя «Опыты над растительными гибридами». В ней он писал о наследственных задатках, которые родительские особи передают потомкам при половом размножении. Мендель проводил опыты на горохе. Он писал, что наследственные задатки находятся в половых клетках родителей, а при оплодотворении они соединяются в зиготе. Результаты работ Менделя были необычны для того времени и получили признание ученых только в 1900г., когда Г.де Фриз в Голландии, Э.Чермак в Австрии и К.Корренс в Германии получили аналогичные результаты и повторно «открыли» законы Менделя. 1900 год считают годом рождения науки генетики. В 1902 году Т.Бовери, Э.В.Вильсон и Д.Сеттон предположили, что наследственные факторы связаны с хромосомами. В 1906г. У.Бэтсон ввел в биологию термин «генетика», а в 1909г. В.Иогансен – термин «ген». В 1911 году Т. Морган с сотрудниками, проводя опыты на мухе дрозофиле, пришли к выводу, что гены расположены в хромосомах в линейном порядке, и сформулировали хромосомную теорию наследственности. Неясным оставался вопрос – что является веществом наследственности? В 1928г. Н.К.Кольцов предположил, что хромосома – это крупная белковая молекула, радикалы которой выполняют функции генов.
|
|
|
Доказательство роли ДНК в передаче генетической информации Одним из доказательств роли ДНК в передаче наследственной информации стали опыты по трансформации бактерий (Гриффитс, 1929г.) Ф.Гриффитс работал на мышах с двумя штаммами бактерий. Капсульные бактерии были патогенны и вызывали гибель мышей от воспаления легких, бескапсульные были непатогенны, мыши оставались живы.
В 1944г. О.Эвери, К.Мак-Леод и М.Мак-Карти разделили бактерии S –штамма на компоненты. Это были: липиды, углеводы и ДНК. Только при добавлении очищенной ДНК к R- штамму наблюдали образование капсулы (признак патогенности) бескапсульными бактериями. Трансформация бактерий – это включение участков ДНК бактерий одного штамма в ДНК другого штамма и передача его свойств.
Следующим доказательством роли ДНК в передаче наследственной информации были опыты Н.Циндера и Дж.Ледерберга (1952г.) по трансдукции у бактерий Опыт заключался в следующем. В U-образную трубку с питательной средой и бактериальным фильтром посредине помещали два штамма бактерий: в одно колено – триптофансинтезирующие, во второе колено – триптофаннесинтезирующее. Фильтр был непроходим для бактерий, и они не смешивались. Если в колено с триптофансинтезирующими бактериями вводили бактериофаг, то через некоторое время эти бактерии обнаружили среди триптофаннесинтезирующих. Фильтр был проницаемым для бактериофага. Явление получило название трансдукции.
|
|
|
Трансдукция – способность бактериофага переносить участки ДНК от одного штамма бактерий к другому и передавать его свойства.
В 1950г. в опытах Х.Френкель-Конрата было получено еще одно доказательство участия нуклеиновой кислоты (РНК) в передаче признаков.
В 40-х годах Г.Бидл и Е.Татум выдвинули гипотезу «один ген – один фермент» на основании того, что гены отвечают за синтез ферментов. Но ген не всегда определяет синтез целой белковой молекулы. Поэтому гипотезу уточнили – «один ген – один полипептид». Так было доказано, что материальной единицей наследственности и изменчивости является ген. Ген – это участок молекулы ДНК, несущий информацию о синтезе определенного полипептида.
Строение и функции нуклеиновых кислот
В 1870 году биохимик И.Мишер описал в ядре макромолекулы и дал им название нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus – ядро). Это были ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая кислота).
Структура молекулы ДНК была расшифрована в 1953г. Дж.Уотсоном, Ф.Криком и М.Уилкинсом. Они назвали ее «нить жизни».
Нуклеиновые кислоты являются полимерами. Их мономеры – нуклеотиды. Нуклеотид содержит азотистое основание, сахар дезоксирибозу или рибозу и остаток фосфорной кислоты. Азотистых оснований 5 типов: аденин, гуанин, цитозин, тимин, урацил. Нуклеотиды ДНК содержат аденин, гуанин, цитозин, тимин. Нуклеотиды РНК содержат аденин, гуанин, цитозин, урацил. Азотистые основания обозначаются первыми буквами: А, Г – пуриновые; Т, Ц, У – пиримидиновые.
Молекула ДНК состоит из двух спиралей. Цепочка нуклеотидов оединяется ковалентными фосфодиэфирными связями между дезоксирибозой одного и остатком фосфорной кислоты другого нуклеотида. Внутри спирали находятся соединенные по принципу комплементарности (взаимодополняемости) азотистые основания: А –Т – две водородные связи Г – Ц – три водородные связи (рис.13).
Свойство комплементарности азотистых оснований выражается в правилах Чаргаффа:
|
|
|
- количество пуриновых оснований равно количеству пиримидиновых оснований: А + Г = Ц + Т;
- количество аденина равно количеству тимина (А = Т), количество гуанина равно количеству цитозина (Г = Ц).
ДНК находится в клетке в ядре, в митохондриях и пластидах.
Свойства ДНК: репликация (самовоспроизведение) и способность к репарации (восстановление структуры после нарушений молекулы).
Функция ДНК: сохраняет и передает генетическую информацию при
размножении клеток и организмов.
Молекула РНК также является полинуклеотидом, но имеет одну цепочку. Вместо тимина в ее состав входит урацил, а вместо дезоксирибозы – сахар рибоза. У некоторых вирусов РНК является хранителем наследственной информации и имеет в молекуле 2 цепочки.
В клетке имеются три вида РНК. 3-4% от всей РНК составляет информационная РНК (и-РНК): она «переписывает» генетическую информацию с ДНК и переносит ее в рибосомы – место сборки белковых молекул. Рибосомальная РНК (р-РНК) составляет 80-85% от всей РНК. Она входит в состав рибосом и обеспечивает пространственное взаиморасположение и-РНК и т-РНК. Транспортная РНК (т-РНК) транспортирует (переносит) аминокислоты из цитоплазмы в рибосомы. Т-РНК составляют 10-20% от всей РНК. Рибонуклеиновые кислоты находятся в ядре, в цитоплазме, в митохондриях и пластидах. Функции РНК: участие в синтезе белковых молекул (молекул полипептидов).
|
|
|
