Legile eredității au atras atenția omului de când a devenit clar că genetica este ceva mai material decât unele puteri superioare. Omul modern știe că organismele au capacitatea de a se reproduce similar cu ele însele, în timp ce urmașii primesc trăsături și caracteristici specifice inerente părinților lor. Reproducerea se realizează datorită capacității de a transfera informații genetice între generații.
Teorie: nu poți avea niciodată prea multe
Legile eredității au început să fie investigate activ doar relativ recent. Un pas impresionant înainte în această chestiune a fost făcut în secolul trecut, când Sutton și Boveri au adus publicului o nouă ipoteză. Atunci au sugerat că probabil cromozomii poartă date genetice. Ceva mai târziu, tehnologia a permis studiul chimic al compoziției cromozomilor. S-a dezvăluitprezența unor compuși nucleici specifici ai proteinelor. Proteinele s-au dovedit a fi inerente într-o mare varietate de structuri și specificul compoziției chimice. Multă vreme, oamenii de știință au crezut că proteinele erau principalul aspect care asigura transferul de date genetice între generații.
Decenii de cercetare pe acest subiect au oferit o nouă perspectivă asupra importanței ADN-ului celular. După cum au dezvăluit oamenii de știință, numai astfel de molecule sunt un purtător material de informații utile. Moleculele sunt un element al cromozomului. Astăzi, aproape oricare dintre compatrioții noștri care au primit o educație generală, precum și rezidenții din multe alte țări, sunt bine conștienți de cât de importante sunt moleculele de ADN pentru o persoană, dezvoltarea normală a corpului uman. Mulți își imaginează semnificația acestor molecule în termeni de ereditate.
Genetica ca știință
Genetica moleculară, care se ocupă cu studiul ADN-ului celular, are un nume alternativ - biochimic. Această zonă a științei s-a format la intersecția dintre biochimie și genetică. Direcția științifică combinată este un domeniu productiv al cercetării umane, care a oferit comunității științifice o cantitate mare de informații utile care nu sunt disponibile persoanelor implicate doar în biochimie sau genetică. Experimentele efectuate de profesioniști în acest domeniu implică lucrul cu numeroase forme de viață și organisme de diferite tipuri și categorii. Cele mai semnificative rezultate obținute de comunitatea științifică sunt rezultatul studiului genelor umane, precum și diversemicroorganisme. Printre acestea din urmă, printre cele mai importante se numără Eisheria coli, fagii lambda ai acestor microbi, ciupercile neurospore crassa și Saccharomyces cerevisia.
Baze genetice
De mult timp, oamenii de știință nu au nicio îndoială cu privire la importanța cromozomului în transferul de informații ereditare între generații. După cum au arătat testele de specialitate, cromozomii sunt formați din acizi, proteine. Dacă efectuați un experiment de colorare, proteina va fi eliberată din moleculă, dar NA va rămâne pe loc. Oamenii de știință au o cantitate mai mare de dovezi care ne permit să vorbim despre acumularea de informații genetice în NK. Prin ele se transmit datele între generații. Organismele formate din celule, viruși care au ADN, primesc informații din generația anterioară prin ADN. Unii virusuri conțin ARN. Acest acid este cel care este responsabil pentru transmiterea informațiilor. ARN, ADN sunt NK, care se caracterizează prin anumite asemănări structurale, dar există și diferențe.
Studiind rolul ADN-ului în ereditate, oamenii de știință au descoperit că moleculele unui astfel de acid conțin patru tipuri de compuși de azot și dezoxiriboză. Datorită acestor elemente se transmite informații genetice. Molecula contine substante purinice adenina, guanina, combinatii pirimidinice timina, citozina. Coloana vertebrală chimică moleculară este reprezentată de reziduuri de zahăr alternând cu reziduuri de acid fosforic. Fiecare reziduu are o legătură cu formula carbonului prin zaharuri. Bazele azotate sunt atașate pe părțile laterale de reziduurile de zahăr.
Nume și date
Oameni de știință,investigând fundamentele biochimice și moleculare ale eredității, ei au fost capabili să identifice trăsăturile structurale ale ADN-ului abia în al 53-lea. Autoritatea informațiilor științifice este atribuită lui Crick, Watson. Au demonstrat că orice ADN ține cont de calitățile biologice specifice ale eredității. Când construiți un model, trebuie să vă amintiți despre dublarea pieselor și capacitatea de a acumula, transmite informații ereditare. Potenţial, molecula este capabilă să se mute. Componentele chimice, combinația lor, cuplată cu abordările studiilor de difracție cu raze X, au făcut posibilă determinarea structurii moleculare a ADN-ului ca o dublă helix. Este format din jumătăți de spirale de tip antiparalel. Structura vertebrală zahăr-fosfat este întărită cu legături de hidrogen.
În studiul bazei moleculare a eredității și variabilității, lucrările lui Chargaff sunt de o importanță deosebită. Omul de știință s-a dedicat studiului nucleotidelor prezente în structura acidului nucleic. După cum s-a putut dezvălui, fiecare astfel de element este format din baze azotate, reziduuri de fosfor, zahăr. S-a dezvăluit corespondența conținutului molar de timină, adenină, s-a stabilit similitudinea acestui parametru pentru citozină și guanină. S-a presupus că fiecare reziduu de timină are o adenină pereche, iar pentru guanină există o citozină.
La fel, dar atât de diferit
Studiind acizii nucleici ca bază a eredității, oamenii de știință au stabilit că ADN-ul aparține categoriei de polinucleotide formate din numeroase nucleotide. Sunt posibile cele mai imprevizibile secvențe de elemente dintr-un lanț. Teoretic, diversitatea serială nu arerestricții. ADN-ul are calități specifice asociate cu secvențele pereche ale componentelor sale, dar împerecherea bazelor are loc conform legilor biologice și chimice. Acest lucru vă permite să predefiniți secvențe de lanțuri diferite. Această calitate se numește complementaritate. Acesta explică capacitatea unei molecule de a-și reproduce perfect propria structură.
Când au studiat ereditatea și variabilitatea prin ADN, oamenii de știință au descoperit că firele care formează ADN-ul sunt șabloanele pentru formarea de blocuri complementare. Pentru ca o reacție să apară, molecula se desfășoară. Procesul este însoțit de distrugerea legăturilor de hidrogen. Bazele interacționează cu componente complementare, ceea ce duce la generarea de legături specifice. După fixarea nucleotidelor, are loc legarea încrucișată a moleculei, ducând la apariția unei noi formații de polinucleotide, a cărei secvență de părți este predeterminată de materialul de pornire. Așa apar două molecule identice, saturate cu informații identice.
Replica: un garant al permanenței și al schimbării
Descris mai sus oferă o idee despre implementarea eredității și variabilității prin ADN. Mecanismul de replicare explică de ce ADN-ul este prezent în fiecare celulă organică, în timp ce cromozomul este un organoid unic care se reproduce cantitativ și calitativ cu o acuratețe excepțională. Această metodă de distribuție reală nu a fost fezabilă până la stabilirea faptului structurii complementare duble elicoidale a moleculei. Crick, Watson, după ce și-a asumat anterior care este structura moleculară, s-a dovedit a fi complet corect, deși de-a lungul timpului oamenii de știință au început să se îndoiască de corectitudinea viziunii lor asupra procesului de replicare. La început, s-a crezut că spiralele dintr-un lanț apar simultan. Se știe că enzimele care catalizează sinteza moleculară în laborator funcționează doar într-o singură direcție, adică mai întâi apare un lanț, apoi al doilea.
Metodele moderne de studiere a eredității umane au făcut posibilă simularea generării discontinue de ADN. Modelul a apărut în 68. Baza propunerii ei a fost munca experimentală folosind Eisheria coli. Autoritatea lucrării științifice este atribuită lui Orzaki. Specialiștii moderni au date precise despre nuanțele sintezei în relație cu eucariote, procariote. Din bifurcația moleculară genetică, dezvoltarea are loc prin generarea de fragmente ținute împreună de ADN-ligaza.
Se presupune că procesele de sinteză sunt continue. Reacția de replicare implică numeroase proteine. Desfacerea moleculei are loc datorită enzimei, păstrarea acestei stări este garantată de proteina destabilizatoare, iar sinteza se realizează prin polimerază.
Date noi, teorii noi
Folosind metode moderne de studiere a eredității umane, experții au identificat de unde provin erorile de replicare. Explicația a devenit posibilă atunci când au devenit disponibile informații precise despre mecanismele de copiere a moleculelor și caracteristicile specifice ale structurii moleculare. Schema de replicare presupunedivergența moleculelor părinte, fiecare jumătate acționând ca o matrice pentru un nou lanț. Sinteza se realizează datorită legăturilor de hidrogen ale bazelor, precum și elementelor mononucleotidice ale stocului de procese metabolice. Pentru a genera legături de tiamină, adenină sau citozină, guanină este necesară trecerea substanţelor la forma tautomeră. În mediul acvatic, fiecare dintre acești compuși este prezent sub mai multe forme; toate sunt tautomerice.
Există opțiuni mai probabile și mai puțin comune. O caracteristică distinctivă este poziția atomului de hidrogen în structura moleculară. Dacă reacția continuă cu o variantă rară a formei tautomere, are ca rezultat formarea de legături cu baza greșită. Catena de ADN primește o nucleotidă incorectă, secvența elementelor se modifică stabil, apare o mutație. Mecanismul mutațional a fost explicat pentru prima dată de Crick, Watson. Concluziile lor stau la baza ideii moderne a procesului de mutație.
funcții ARN
Studiind bazele moleculare ale eredității, oamenii de știință nu au putut ignora nu mai puțin important decât acidul nucleic ADN - ARN. Aparține grupului de polinucleotide și are asemănări structurale cu cele descrise mai devreme. Diferența cheie este utilizarea ribozei ca reziduuri care acționează ca fundație a coloanei vertebrale de carbon. În ADN, ne amintim, acest rol este jucat de deoxiriboză. A doua diferență este că timina este înlocuită cu uracil. Această substanță aparține, de asemenea, clasei pirimidinelor.
Studiind rolul genetic al ADN-ului și ARN-ului, oamenii de știință au determinat mai întâidiferențe nesemnificative în structurile chimice ale elementelor, dar un studiu suplimentar al subiectului a arătat că acestea joacă un rol colosal. Aceste diferențe corectează semnificația biologică a fiecăreia dintre molecule, astfel încât polinucleotidele menționate nu se înlocuiesc între ele pentru organismele vii.
În cea mai mare parte, ARN-ul este format dintr-o catenă, diferă unul de celăl alt ca mărime, dar majoritatea sunt mai mici decât ADN-ul. Virușii care conțin ARN au în structura lor astfel de molecule create de două catene - structura lor este cât mai apropiată de ADN. În ARN, datele genetice sunt acumulate și transmise între generații. Alte ARN-uri sunt împărțite în tipuri funcționale. Ele sunt generate pe șabloane ADN. Procesul este catalizat de ARN polimeraze.
Informații și ereditate
Știința modernă, care studiază fundamentele moleculare și citologice ale eredității, a identificat acizii nucleici ca obiectul principal al acumulării de informații genetice - acest lucru se aplică în mod egal tuturor organismelor vii. În majoritatea formelor de viață, ADN-ul joacă un rol cheie. Datele acumulate de moleculă sunt stabilizate de secvențe de nucleotide care sunt reproduse în timpul diviziunii celulare conform unui mecanism nemodificat. Sinteza moleculară are loc cu participarea componentelor enzimatice, în timp ce matricea este întotdeauna lanțul nucleotidic anterior, care este transmis material între celule.
Uneori studenților din cadrul biologiei și microbiologiei li se oferă soluția problemelor de genetică pentru o demonstrație vizuală a dependențelor. Bazele moleculare ale eredității în astfel de probleme sunt considerate ca fiind relative la ADN,precum și ARN. Trebuie amintit că, în cazul unei molecule a cărei genetică este înregistrată de ARN dintr-un helix, procesele de reproducere au loc după o metodă similară cu cea descrisă mai devreme. Șablonul este ARN într-o formă care poate fi replicată. Aceasta apare în structura celulară din cauza invaziei infecțioase. Înțelegerea acestui proces a permis oamenilor de știință să perfecționeze fenomenul genei și să extindă baza de cunoștințe despre aceasta. Știința clasică înțelege gena ca o unitate de informație transmisă între generații și relevată în munca experimentală. Gena este capabilă de mutații, combinată cu alte unități de același nivel. Fenotipul pe care îl posedă un organism este explicat tocmai de genă - aceasta este funcția sa principală.
În știință, gena ca bază funcțională a eredității a fost considerată inițial și ca o unitate responsabilă de recombinare, mutație. În prezent, se știe cu încredere că aceste două calități sunt responsabilitatea perechii de nucleotide incluse în ADN. Dar funcția este asigurată de o secvență de nucleotide de sute și chiar mii de unități care determină lanțurile proteice de aminoacizi.
Proteine și rolul lor genetic
În știința modernă, studiind clasificarea genelor, bazele moleculare ale eredității sunt luate în considerare din punctul de vedere al semnificației structurilor proteinelor. Toată materia vie este parțial formată din proteine. Sunt considerate una dintre cele mai importante componente. Proteina este o secvență unică de aminoacizi care se transformă local cândprezența factorilor. Adesea există două duzini de tipuri de aminoacizi, alții sunt generați sub influența enzimelor din principalele douăzeci.
Diversitatea calităților proteinelor depinde de structura moleculară primară, secvența polipeptidică de aminoacizi care formează proteina. Experimentele efectuate au arătat clar că aminoacidul are o localizare strict definită în lanțul de nucleotide ADN. Oamenii de știință au numit-o paralelele elementelor proteice și acizilor nucleici. Fenomenul se numește colinearitate.
funcții ADN
Biochimia și genetica, care studiază bazele moleculare ale eredității, sunt științe în care se acordă o atenție deosebită ADN-ului. Această moleculă este clasificată ca un polimer liniar. Studiile au arătat că singura transformare disponibilă pentru structură este secvența de nucleotide. Este responsabil pentru codificarea secvenței de aminoacizi din proteină.
La eucariote, ADN-ul este localizat în nucleul celulei, iar generarea de proteine are loc în citoplasmă. ADN-ul nu joacă rolul unui șablon pentru procesul de generare a proteinelor, ceea ce înseamnă că este nevoie de un element intermediar care să fie responsabil de transportul informației genetice. Studiile au arătat că rolul este atribuit șablonului ARN.
După cum arată lucrările științifice dedicate bazelor moleculare ale eredității, informațiile sunt transferate de la ADN la ARN. ARN-ul poate transporta date către proteine și ADN. Proteina primește date de la ARN și le trimite către aceeași structură. Nu există legături directe între ADN și proteine.
Geneticăinformații: este interesant
După cum au arătat lucrările științifice dedicate bazelor moleculare ale eredității, datele genetice sunt informații inerte care se realizează numai în prezența unei surse externe de energie și a unui material de construcție. ADN-ul este o moleculă care nu are astfel de resurse. Celula primește ceea ce are nevoie din exterior prin intermediul proteinelor, apoi încep reacțiile de transformare. Există trei căi de informare care oferă suport pentru viață. Sunt conectate între ele, dar independente. Datele genetice sunt transmise ereditar prin replicarea ADN-ului. Datele sunt codificate de genom - acest flux este considerat al doilea. Al treilea și ultimul sunt compușii nutritivi care pătrund constant în structura celulară din exterior, oferindu-i energie și ingrediente de construcție.
Cu cât organismul este mai în alt structurat, cu atât sunt mai numeroase elemente ale genomului. Un set de gene divers implementează informațiile criptate în el prin mecanisme coordonate. Celula bogată în date determină modul de implementare a blocurilor de informații individuale. Datorită acestei calități crește capacitatea de adaptare la condițiile externe. Diversele informații genetice conținute în ADN sunt fundamentul sintezei proteinelor. Controlul genetic al sintezei este o teorie formulată de Monod și Jacob în 1961. În același timp, a apărut și modelul operonului.
