Наследственная информация – биология

Понятие генетической информации, её передача

Генетическая информация – программа свойств организма, получаемая от предков и заложенная в наследственных структурах в виде генетического кода.

Предполагается, что становление генетической информации шло по схеме: геохимические процессы – минералообразование – эволюционный катализ (автокатализ).

Почти вся генетическая информация хранится в ядре клетки. Давайте рассмотрим, что она собой представляет и в каком виде она находится.
За генетическую информацию несет ответственность ДНК, а в случае вирусов РНК. Внутри ядра ДНК «сложена» в структуры называемые хромосомы.

В человеческом теле содержится более 2 метров ДНК. Информация о строении белков зашифрована на молекулах ДНК и РНК специальным генетическим кодом. Эта информация предается в процессе репликации (удвоения) ДНК.

Генетическую информацию мы получаем при рождении от мамы и папы в виде множества генов. Что интересно все клетки нашего организма содержат одинаковую генетическую информацию.

Как же тогда возможно выполнения различными клетками совершенно разных функций? Дело в том, что в клетках не реализуется вся генетическая информация, а только лишь необходимые участки – гены.

Возможно, что первые примитивные гены представляли собой микрокристаллические кристаллы глины, причем каждый новый слой глины выстраивается в соответствии с особенностями строения предыдущего, как бы получая от него информацию о строении.

Реализация генетической информации происходит в процессе синтеза белковых молекул с помощью трех РНК: информационной (иРНК), транспортной (тРНК) и рибосомальной (рРНК). Процесс передачи информации идет: – по каналу прямой связи: ДНК – РНК – белок; и – по каналу обратной связи: среда – белок – ДНК.

Живые организмы способны получать, сохранять и передавать информацию. Причем живым организмам присуще стремление полученную информацию о себе и окружающем мире использовать максимально эффективно.

Наследственная информация, заложенная в генах и необходимая живому организму для существования, развития и размножения передается от каждого индивида его потомкам.

Эта информация определяет направление развития организма, и в процессе взаимодействия его с окружающей средой реакция на ее индивида может искажаться, обеспечивая тем самым эволюцию развития потомков. В процессе эволюции живого организма возникает и запоминается новая информация, в том числе для него возрастает ценность информации.

В ходе реализации наследственной информации в определенных условиях внешней среды формируется фенотип организмов данного биологического вида.

Генетическая информация определяет морфологическое строение, рост, развитие, обмен веществ, психический склад, предрасположенность к заболеваниям и генетические пороки организма.

Многие ученые, справедливо подчеркивая роль информации в становлении и эволюции живого, отмечали это обстоятельство в качестве одного из главных критериев жизни. Так, В.И.

Карагодин считает: “Живое есть такая форма существования информации и кодируемых ею структур, которая обеспечивает воспроизведение этой информации в подходящих условиях внешней среды”. Связь информации с жизнью отмечает и А.А.

Ляпунов: “Жизнь – это высокоупорядоченное состояние вещества, использующее для выработки сохраняющихся реакций информацию, кодируемую состояниями отдельных молекул”. Известный наш астрофизик Н.С.

Кардашев также подчеркивает информационную составляющую жизни: “Жизнь возникает благодаря возможности синтеза особого рода молекул, способных запоминать и использовать вначале самую простую информацию об окружающей среде и собственной структуре, которую они используют для самосохранения, для воспроизводства и, что для нас особенно важно, получения еще большего количества информации”. На эту способность живых организмов сохранять и передавать информацию обращает внимание в своей книге “Физика бессмертия” эколог Ф. Типлер: “Я определяю жизнь как некую закодированную информацию, которая сохраняется естественным отбором”. Более того, он считает, если это так, то система жизнь – информация является вечной, бесконечной и бессмертной.

Раскрытие генетического кода и установление закономерностей молекулярной биологии показали необходимость соединения современной генетики и дарвиновской теории эволюции. Так родилась новая биологическая парадигма – синтетическая теория эволюции (СТЭ), которую можно рассматривать уже как неклассическую биологию.

Основные идеи эволюции Дарвина с его триадой – наследственностью, изменчивостью, естественным отбором – в современном представлении эволюции живого мира дополняются представлениями не просто естественного отбора, а такого отбора, который детерминирован генетически.

Началом разработки синтетической или общей эволюции можно считать работы С.С. Четверикова по популяционной генетике, в которых было показано, что отбору подвергаются не отдельные признаки и особи, а генотип всей популяции, но осуществляется он через фенотипические признаки отдельных особей.

Это приводит к распространению полезных изменений во всей популяции.

Таким образом, механизм эволюции реализуется как через случайные мутации на генетическом уровне, так и через наследование наиболее ценных признаков (ценности информации!), определяющих адаптацию мутационных признаков к окружающей среде, обеспечивая наиболее жизнеспособное потомство.

Сезонные изменения климата, различных природные или техногенные катастрофы с одной стороны, приводят к изменению частоты повторяемости генов в популяциях и, как следствие, к снижению наследственной изменчивости.

Этот процесс иногда называют дрейфом генов.

А с другой – к изменениям концентрации различных мутаций и уменьшению разнообразия генотипов, содержащихся в популяции, что может привести к изменениям направленности и интенсивности действия отбора.

– это система записи генетической информации в молекуле нуклеиновой кислоты о строении молекулы полипептида, а именно, о количестве, последовательности расположения и типах аминокислот. В одном гене записана информация об одной полипептидной цепочке, т.е. о первичной структуре белка. Генетический код характеризуется триплетностью, т.е.

три нуклеотида, расположенные последовательно в цепочке нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), образуют триплет или кодон (кодовое слово), который кодирует одну аминокислоту и ее местоположение в пептидной цепи. Кодоны различаются последовательностью и типами нуклеотидов (азотистых оснований).

Существует 64 типа кодонов, что соответствует количеству возможных сочетаний из 4 (4 типа нуклеотидов, различающихся азотистыми основаниями) по 3 (43). 61 из них – информативные кодоны, они определяют (кодируют) аминокислоты.

3 кодона (в ДНК – АТТ, АТЦ, АЦТ, соответственно в иРНК – УАА, УАГ, УГА) называют стоп-кодонами, они обеспечивают окончание синтеза белковой цепочки. Кодон ТАЦ в ДНК или АУГ в иРНК (кодирует аминокислоту метионин) – стартовый, т.е. стоит первым в гене и с него начинается синтез пептида.

При расшифровке генетического кода оказалось, что большинство аминокислот кодируются несколькими разными кодонами, другими словами, существуют кодоны – синонимы, которые различаются часто только третьими нуклеотидами (азотистыми основаниями). Например, кодоны в ДНК ЦГА, ЦГГ, ЦГТ кодируют аланин, а кодоны ГЦА, ГЦГ, ГЦТ, ГЦЦ, ТЦТ, ТЦЦ – аргинин.

Это свойство генетического кода называется вырожденностью или избыточностью. Вместе с тем было показано, что один кодон кодирует только одну аминокислоту, т.е. в нем может быть записана информация только об одной аминокислоте – иными словами, генетический код однозначен.

Генетический код обладает также неперекрываемостью, это означает, что кодоны располагаются линейно, и один нуклеотид входит в состав только одного кодона; и непрерывностью – кодоны не отделены один от другого, располагаются в цепи нуклеиновой кислоты друг за другом, т.е.

расстояние между кодонами соответствует расстоянию между нуклеотидами, а какие-либо сигналы, указывающие на начало или конец кодонов, отсутствуют. Универсальность генетического кода подразумевает, что генетический код всех организмов характеризуется одинаковыми свойствами (триплетностью, вырожденностью и т.д.); и что смысл кодонов у всех организмов один и тот же (исключение составляют некоторые кодоны митохондрий и бактерий).

У всех прокариотических и эукариотических организмов генетическая информация записана только в одной цепи ДНК, которая называется кодогенной (информативной или значащей) и обозначается знаком “+”, вторая цепь не несет генетической информации – некодогенная (неинформативная или незначащая), и обозначается знаком “–”.

Сохранение генетической информации

Каким же образом в эритроцитах здорового человека образуются миллионы идентичных молекул гемоглобина, как правило, без единой ошибки в расположении аминокислот? Почему в эритроцитах больных серповидноклеточной анемией все молекулы гемоглобина имеют одну и ту же ошибку в одном и том же месте?

Для ответа на эти вопросы обратимся к примеру с книгопечатанием. Например, книга издана тиражом N экземпляров. ВсеN книг отпечатаны с одного шаблона – типографской матрицы, поэтому они совершенно одинаковы. Если бы в матрицу вкралась ошибка, то она была бы воспроизведена во всех экземплярах. Роль матрицы в клетках живых организмов выполняют молекулы ДНК.

ДНК каждой клетки несет информацию не только о структурных белках, определяющих форму клетки (вспомните эритроцит), но и о всех белках-ферментах, белках-гормонах и других белках. Углеводы и липиды образуются в клетке в результате сложных химических реакций, каждая из которых катализируется своим белком-ферментом.

Владея информацией о ферментах, ДНК программирует структуру и других органических соединений, а также управляет процессами их синтеза и расщепления. Поскольку молекулы ДНК являются матрицами для синтеза всех белков, в ДНК заключена информация о структуре и деятельности клеток, о всех признаках каждой клетки и организма в целом.

Каждый белок представлен одной или несколькими полимерными цепями. Участок молекулы ДНК, служащий матрицей для синтеза одной полипептидной цепи, т. е. в большинстве случаев одного белка, называют геном. Каждая молекула ДНК содержит множество разных генов. Всю информацию, заключенную в молекулах ДНК, называют генетической.

Идея о том, что генетическая информация записана на молекулярном уровне и что синтез белков идет по матричному принципу, впервые была сформулирована еще в 20-х годах выдающимся отечественным биологом Н. К. Кольцовым.

Расшифровка генетического кода человека В мае 2006 года учёные, работающие над расшифровкой генома человека, опубликовали полную генетическую карту хромосомы 1, которая была последней из не полностью секвенсированной хромосомой человека.

Предварительная генетическая карта человека была опубликована в 2003 году, что ознаменовало формальное завершение проекта Human Genome. В его рамках были секвенсированы фрагменты генома, содержащие 99% генов человека. Точность идентификации генов составила 99,99%.

Однако на момент завершения проекта полностью секвенсированы были лишь четыре из 24 хромосом. Дело в том, что помимо генов хромосомы содержат фрагменты, не кодирующие никаких признаков и не участвующие в синтезе белков.

Роль, которые эти фрагменты играют в жизни организма пока остается неизвестной, но все больше исследователей склоняются к мнению, что их изучение требует самого пристального внимания.

Завершающая часть работы по секвенсированию генома человека заняла у учёных около трёх лет. Расшифровка хромосомы 1 потребовала наибольшего времени, поскольку эта хромосома – самая длинная во всем геноме. Она в шесть раз длиннее самых коротких хромосом (21, 22 и Y).

В ней находится около 8% генетического кода: 3141 ген и 991 псевдоген, причем многие кодирующие последовательности перекрываются. Мутации и нарушения в хромосоме ответственны за возникновение более чем 350 заболеваний, включая рак.

Читайте также:  Трансляция при биосинтезе белков - биология

Так что важность публикации полной карты этой хромосомы сложно переоценить.



Источник: http://biofile.ru/bio/6705.html

наследственная информация – это… Что такое наследственная информация?

  • Наследственная информация — * спадчынная інфармацыя * hereditary information последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, определяющая синтез специфических белков клетки, РНК, тРНК, и развитие на их основе соответствующих признаков организма (). Наследуемое свойство это… …   Генетика. Энциклопедический словарь
  • НАСЛЕДСТВЕННАЯ ИНФОРМАЦИЯ — генетическая информация о наследственных структурах организма, получаемая от предков в виде совокупности генов. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989 …   Экологический словарь
  • наследственная информация — см. Генетическая информация …   Большой медицинский словарь
  • Наследственная информация — Нуклеиновые кислоты (от лат. nucleus  ядро)  высокомолекулярные органические соединения, биополимеры (полинуклеотиды), образованные остатками нуклеотидов. Нуклеиновые кислоты  ДНК и РНК присутствуют в клетках всех живых организмов и выполняют… …   Википедия
  • НАСЛЕДСТВЕННАЯ ИНФОРМАЦИЯ — последовательность нуклеотидов в молекуле ДНК, определяющая синтез специфических белков клетки и развитие на их основе соответствующих признаков организма …   Словарь ботанических терминов
  • Генетическая (наследственная) информация — специфически кодированные в организмах программы, получаемые ими от предков и заложенные в их наследственных структурах в виде совокупности генов о составе, строении и характере обмена составляющих организм веществ …   Начала современного естествознания
  • Наследственная трансмиссия — представляет собой переход права на принятие наследования, то есть, если наследник, призванный к наследованию по завещанию или по закону, умер после открытия наследства, не успев его принять в установленный срок, право на принятие причитавшегося… …   Википедия
  • Информация генетическая (наследственная) — (см. Информация, Генетика) программа свойств организма, заложенная в наследуемых структурах (ДНК, отчасти в РНК) и получаемая от предков в виде генетического кода. Наследуемая информация определяет морфологическое строение, рост, развитие, обмен… …   Начала современного естествознания
  • генетическая информация — (син. наследственная информация) информация о строении и функциях организма, заложенная в совокупности генов …   Большой медицинский словарь
  • ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИЯ — см. наследственная информация …   Словарь ботанических терминов

Источник: https://embryology.academic.ru/770/%D0%BD%D0%B0%D1%81%D0%BB%D0%B5%D0%B4%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%B8%D0%BD%D1%84%D0%BE%D1%80%D0%BC%D0%B0%D1%86%D0%B8%D1%8F

Обеспечение реализации наследственной информации. Роль РНК

Функции ДНК как наследственного материала

Запись и хранение наследственной информации. Био­логический код. Его характеристика.

Разнообразие белковых молекул определяется набором и по­рядком расположения аминокислот в пептидных цепях. Именно эта последовательность аминокислот в пептидных цепях, определяю­щая свойства белка, зашифрована в молекуле ДНК с помощью био­логического кода.

Все разнообразие различных фракции ДНК определяется четырьмя различными нуклеотидами, входящими в состав этих молекул. Ко­дирование отдельной аминокислоты осуществляется с помощью трех рядом стоящих нуклеотидов (триплетов) в полинуклеотидной цепи ДНК. Число возможных триплетов, которые образуются четырьмя нуклеотидами, соответствует 43=64.

Такого количества триплетов вполне достаточно, чтобы зашифровать 20 наиболее распространенных в природе аминокислот, входящих в состав белка. Из этих 64 триплетов только 61 кодирует аминокислоты. Три триплета, не ко­дирующие никаких аминокислот, были названы нонсенс-триплетами (стоп-кодонами).

Избыток кодирующих триплетов объясняется тем, что большинст­во аминокислот шифруются более, чем одним (от 2 до 6) триплетов. Таким образом, расшифровка биологического кода показала, что он: (св-ва генет.кода)

ü триплетен – аминокислоты кодируются тремя рядом стоящими нуклеотидами;

ü специфичен – каждый триплет кодирует определенную аминокис­лоту;

ü универсален – одинаков во всей живой природе;

ü вырожден (избыточен) – большинство аминокислот коди­руется несколькими триплетами;

ü неперекрываем – каждый нуклеотид входит в состав только одного триплета.

Редупликация (репликция, удвоение)

Основное свойство наследственного материала – его способность к самовоспроизведению.

Этапы редупликации:

· раскручивание спирали

· разрыв с участием ферментов водородных связей между комплементарными азотистыми основаниями двух це­пей

· присоединение к “освободившимся” в обеих цепях азотистым основаниям комплементарных нуклеотидов с помощью водородных связей

· соединение нуклеотидов в полинуклеотидную цепь при участии фермента ДНК – полимеразы

· образование двух дочерних молекул ДНК на базе материнской.

В процессе репликации синтез новых полинуклеотидных цепей происходит в соответствии с принципом комплементарности и антипараллельности. На каждой из двух материнских полинуклеотидных цепей синтезируется комплементар­ная ей полинуклеотидная цепь.

В результате репликации в дочерних молекулах ДНК одна полинуклеотидная цепь является вновь синтезированной, а другая ранее входила в состав материнской молекулы ДНК. Такой способ называется полуконсервативным (обеспечи­вается точное воспроизведение в дочерних молекулах ДНК той информации, которая была записана в материнской молекуле).

Обеспечение реализации наследственной информации. Роль РНК.

Наследственная информация, записанная с помощью генетического кода, хранится в молекуле ДНК и размножается для того, чтобы обеспечить вновь образуемые клетки необходимой информацией.

Процессы жизнедеятельности осуществляются в клетке на основе полученной ее информации, однако в этих процессах принимает участие не сама молекула ДНК – носи­тель информации, а РНК, выполняющая функции посредника.

Особенности строения и виды РНК

РНК представ­ляет собой одну полинуклеотидную цепь, включающую 4 разновидности нуклео­тидов, содержащих фосфат, сахар – рибозу и одно из 4-х азотистых оснований – аденин, гуанин, урацил или цитозин.

В зависимости от функций, выполняе­мых в клетке ими, различают 3 разновид­ности РНК: р-РНК, т-РНК и и-РНК.

Рибосомальная РНК (р-РНК) – входит в комп­лексе с белками в состав рибосом. Р-РНК образуется на матрице ДНК, в особых локусах – генах (расположены в области вторичных перетяжек), отвечающих за ее синтез.

Транспортная РНК (т-РНК) – короткая (70-80 нуклеотидов) полинуклеотидная цепь, осуществляющая в цитоплазме функцию транспорта аминокислоты к месту сборки пептидной цепи – к рибосоме. Эти мо­лекулы также синтезируются на матрице ДНК.

Особенностью т-РНК является их пространственная конфигурация. Благодаря образованию водородных связей между комплементарными последовательностями нуклеотидов, молекула образует 3 петли. Средняя петля несут три нуклеотида (антикодон), комплементарных определенному

кодо­ну в молекуле и-РНК, шифрующему данную аминокислоту.

Так как один из нуклеотидов антикодона содержит нетипичное основание, ко­торое может комплементировать с любым основанием кодона, то одна и та же т-РНК способна узнавать несколько кодонов, разли­чающихся по одному (главным образом третьему) основанию. В связи с этим в цитоплазме встречается около 40 видов различных т-РНК, способных переносить 20 аминокислот.

К 3¢ концу молекулы т-РНК прикрепляется определенная моле­кула.

Информационная .РНК (и-РНК) – это молекула, на которую переписыва­ется по принципу комплементарности информация с определенного участка молекулы ДНК. Списанная с ДНК информация поступает в ви­де и-РНК в цитоплазму и является инструкцией для сборки пептидной цепи на рибосоме.

Таким образом, молекула ДН при участии различных видов РНК обеспечивает специфический синтез в клетке.

Источник: https://megaobuchalka.ru/1/3674.html

Наследственная информация записана не только в ДНК

В 50-х годах XX века были сделаны важнейшие открытия в области биологии: было разгадано строение главной молекулы жизни – молекулы ДНК. Принципы работы генетического конструктора выглядели гениально простыми и логичными, и не менее чем на полвека определили развитие биологии, практически став биологической догмой.

Однако, как показывают последние исследования, детали генетического конструктора гораздо разнообразнее и сложнее, чем предполагалось прежде. О новейших исследованиях в области хранения и передачи наследственной информации рассказывает доктор биологических наук, сотрудник Палеонтологического Института РАН Александр Марков.

Классическая генетика

Классические представления о механизмах генетического наследования сложились в 50-60-е годы в результате серии великих открытий, которые сделали молекулярные биологи. Прежде всего это – расшифровка структуры ДНК и расшифровка генетического кода.

То есть стало ясно, что наследственная информация записана в молекулах ДНК в виде последовательности из четырех «букв» – нуклеотидов. Эта информация переписывается с ДНК на РНК, а потом уже копия гена используется как инструкция для синтеза белка. Белки делают всю основную работу в нашем организме.

Они определяют все его строение и все его функции. И каждые три буквы генетического кода кодируют аминокислоту, а белки состоят из аминокислот. Эти открытия породили некую эйфорию среди биологов, показалось, что тайна жизни разгадана. И это привело к некоторой догматизации открытых механизмов.

И стало считаться общепризнанным, что наследственная информация записана в молекулах ДНК только так, что эта информация передается по цепочке от ДНК, то есть от генов, через РНК к белкам. А в обратном направлении – от белков к ДНК информация идти не может.

Единственный способ возникновения наследственных изменений – это случайные ошибки при копировании молекул ДНК или мутации.

И такие представления оказались очень полезными, очень продуктивными для развития науки и привели к взрывному развитию молекулярной биологии. Но в процессе исследований постепенно стало выясняться, что на самом деле исходная схема была слишком упрощена и что на самом деле все гораздо сложнее и не так однозначно.

Оказалось, что, во-первых, наследственные изменения возникают не только в результате случайных мутаций. Во-вторых, наследственная информация передается не только по этой однонаправленной цепочке. И, наконец, третье, что наследственная информация может быть записана не только в ДНК.

Вот это три основных пункта, о которых хотелось бы сказать.

«Сознательные» мутации

Наследственные изменения возникают не только за счет случайных мутаций. В некоторых случаях изменения генов имеют вполне осмысленный, можно сказать целенаправленный характер. Яркий пример – это так называемая конверсия генов, которая происходит, в частности, у болезнетворных бактерий.

У гонококка – возбудителя гонореи – есть поверхностный белок, по которому его узнают клетки иммунной системы. Когда бактерии попадают в организм, клетки иммунной системы учатся распознавать этот поверхностный белок гонококка.

И когда научатся, размножатся лимфоциты с соответствующими рецепторами, которые начинают этот гонококк уничтожать. А гонококк берет и «сознательно» меняет ген своего поверхностного белка, чтобы его перестали узнавать.

У него есть ген поверхностного белка, а, кроме того, в геноме есть несколько неработающих копий этого гена, немного отличающихся друг от друга.

И время от времени происходит следующее: какой-то фрагмент работающего гена заменяется фрагментом одной из нерабочих копий, и таким образом ген становится немножко другим, белок становится немножко другим, лимфоциты перестают его узнавать. В результате иммунитет против гонореи образуется с большим трудом или вообще не образуется.

Другой пример неслучайных изменений – встречается у бактерий как реакция на стресс: они повышают скорость мутирования.

То есть когда, например, кишечная палочка попадает в стрессовую обстановку, она начинает производить специально такие белки, которые при копировании ДНК совершают гораздо больше ошибок, чем обычно. То есть они сами повышают скорость мутирования.

Это, вообще говоря, шаг рискованный, в благоприятных условиях этого лучше не делать, потому что среди возникающих мутаций подавляющее большинство вредных или бесполезных. Но если уже все равно погибать, то бактерии этот механизм включают.

Читайте также:  Витамины и их роль в организме человека - биология

Другой путь передачи информации: от РНК к ДНК

Наследственная информация передается не только по той цепочке, которая изначально была постулирована ДНК – РНК – белок.

Во-первых, было обнаружено явление так называемой обратной транскрипции, то есть информация может переписываться, например, у некоторых вирусов, с РНК на ДНК, то есть в обратную сторону. Оказалось, что это достаточно распространенный процесс.

В геноме человека тоже есть соответствующий фермент и в результате обратной транскрипции с молекулы РНК идет переписывание в геном, в ДНК некоторой информации.

Как это происходит? В РНК попадает какая-то информация, которой нет в ДНК. На том этапе, когда информация существует в форме РНК, происходит активное редактирование этой информации, появляется редактор. Иногда ее редактируют белки, а иногда сама РНК сама себя редактирует.

Обычно у всех высших организмов гены состоят из многих кусочков, то есть это не сплошная последовательность ДНК, где записана структура белка, но она разрезана на кусочки, и между ними вставлены более-менее длинные куски ДНК, которые не кодируют белок. Они называются интроны. При редактировании РНК могут происходить различные изменения.

Например, кодирующие участки могут склеиваться в разном порядке. И при этом все настолько сложно, что эти вырезаемые кусочки РНК – это активные молекулы, которые активно участвуют во всех процессах, они регулируют активность в каких-то других генах, они регулируют редактирование РНК, своих, других.

То есть все запутано в сложнейший клубок взаимодействий.

Скажем, мы берем текст и вырезаем какие-то ненужные слова и выбрасываем в корзину. Теперь представьте себе, что эти ненужные слова вылезли из корзины, лезут обратно в книгу, начинают копошиться, менять какие-то слова, сами куда-то встраиваться. Вопреки классической схеме выяснилось, что РНК – очень активное действующее лицо во всех этих информационных процессах.

Такая отредактированная РНК может быть переписана обратно в ДНК и таким образом в какой-то степени может происходить наследование приобретенных признаков.

Потому что, вид который принимает в конечном итоге зрелая РНК – это в определенном смысле приобретенный признак, он может быть переписан обратно в ДНК и тогда в ДНК появляется ретро-псевдоген.

И таких ретро-псевдогенов в человеческом геноме полным-полно.

Носителем наследственной информации может быть не только ДНК

Наследственная информация, как выясняется, может быть записана не только в ДНК, а так же, по-видимому, и в РНК.

В 2005-2006 году появился ряд статей в самых уважаемых научных журналах, где приводятся результаты экспериментов, в которых просто совершенно вопиющим образом нарушаются законы классической генетики.

Взяли мышей, у мышей есть такой ген под названием Kit, он выполняет много разных функций и, том числе, от него зависит окраска. В экспериментальных целях была изготовлена мутантно-измененная версия этого гена «Kit минус».

Каждый ген у мышей, у человека имеется в двух экземплярах, один от отца, другой – от матери. Мыши с генотипом «Kit минус-минус» просто погибают. Мыши с генотипом «Kit плюс-минус» имеют белые лапки и белый хвостик, а мыши «Kit плюс-плюс» имеют нормальную серую окраску.

И по законам классической генетики, если мы берем мышей плюс-минус, то мы должны получить в потомстве следующее распределение: четверть мышей будут иметь генотип минус-минус и просто умрут сразу, четверть мышей будут иметь генотип плюс-плюс и, соответственно, нормальную окраску и половина, 50% будут иметь генотип плюс-минус и, соответственно, будут иметь белые лапки и хвост. Это еще в школе изучаемые закономерности Менделя.

А в итоге почему-то получили, что у 95% выживших мышат белые лапки и хвост. Как это могло произойти? Стали смотреть генотип, благо сейчас это достаточно нетрудно сделать.

И оказалось, что с генотипом все в порядке, четверть мышат имеют генотип плюс-плюс и должны иметь нормальную окраску, однако они имели белые лапы и хвост. То есть получается, что у этих мышей нет гена белолапости и белохвостости, а признак есть.

Откуда берется признак, если нет гена? То есть стало ясно, что в данном случае наследственная информация передается не через ДНК, потому что в ДНК записано одно, а видим мы другое. Что же тогда, если не ДНК передает этот признак? Естественно, подозрение в первую очередь пало на РНК.

Выделили из мышей с генотипом плюс-минус ту РНК, которая считывается с мутантной копии гена. Эти фрагменты ввели в яйцеклетку дикой мыши, у которой никогда в роду никаких белохвостых не было. В результате получился белохвостый и белолапый мышонок.

То есть, очевидно, эта РНК, которая попадает от родителей или специально вводится, эта мутантная РНК каким-то образом воздействует на нормальную РНК, которая считывается с нормального гена. Мутантная РНК делает из нормальной РНК ненормальную, и это передается по наследству.

В эксперименте с мышами было показано, что в некоторых случаях наследственная информация может передаваться через РНК. Таким образом становится ясно, что работа с информацией в живых клетках гораздо более сложно организована, чем предполагали классики генетики.

Источник: https://www.svoboda.org/a/261451.html

2.6 Генетическая информация в клетке

Видеоурок 1: Генетический код. Транскрипция

Видеоурок 2: Генетический код. Трансляция

Лекция: Генетическая информация в клетке

Генетическая информация

Генетическая информация – важнейший признак организма, определяющий все его качества – внешний вид, химическую структуру, жизненные циклы и приспособленность к среде обитания.

Единицей этой информации является ген – часть молекулы ДНК, в которой записана структура одного белка.

Каждый живой организм синтезирует собственные белки, которые управляют им, обеспечивают скорость химических реакций в клетках, защищают, переносят необходимые вещества. Жизнь недаром называется белковой формой существования материи.

Основными свойствами генетической информации являются:

  • ее уникальность для каждого организма (кроме размножающихся бесполыми способами);
  • возможность ее изменения путем мутаций и комбинирования геномов при половом размножении;
  • возможность ее реализации путем синтеза белков.

Генетический код

Генетическая информация распространяется от ДНК к РНК и далее к синтезу белков, в настоящее время наука не знает примеров обратной передачи, кроме некоторых вирусов и раковых клеток.

На одной молекуле ДНК записана информация о сотнях тысяч белков. На сегодня наука оценивает количество наследственной информации человека в 30 тыс. генов. Каждый ген кодирует один белок. Информация на нити ДНК записана самой последовательностью нуклеотидов.

В синтезе белков используются 20 аминокислот, каждая из которых кодируется последовательностью из трех азотистых оснований нити ДНК, называемой триплетом. К 1965 году ученые расшифровали генетический код. Оказалось, что существует 61 триплет для кодировки аминокислот и 3 стоп-триплета, которые означают конец гена. Многим аминокислотам соответствует по нескольку триплетов.

Свойствами генетического кода являются:

  • Непрерывность. Молекула ДНК является однородной, состоящей только из нуклеотидов на всей своей длине. Роль знаков препинания при переходе от одного гена к другому играют стоп-триплеты.
  • Триплетность. Информационной единицей кода является порядок из трех нуклеотидов.
  • Однозначность. Каждому кодону (триплету) соответствует конкретная аминокислота.
  • Избыточность или вырожденность – одной аминокислоте соответствует несколько триплетов.
  • Универсальность. Геном работает абсолютно одинаково у всех живых организмов.

Транскрипция и трансляция белка

Синтез белков – это сложный многоэтапный процесс, основными его этапами являются:

  • транскрипция – считывание и копирование гена в структуру информационной РНК;
  • трансляция – использование и-РНК в качестве матрицы, по которой собирается молекула белка.

Транскрипция происходит в ядре – фермент РНК-полимераза присоединяется к специальному участку ДНК, который называется «промотор» и начинает двигаться по нему. 

При этом двойная спираль расплетается перед полимеразой на расстояние примерно 18 нуклеотидов, а затем снова сплетается позади нее.

Двигаясь вдоль цепочки ДНК, РНК-полимераза собирает по принципу комплементарности молекулу информационной или матричной РНК. Длина цепочки мРНК может достигать почти 2,5 млн нуклеотидов.

Процесс транскрипции заканчивается, когда РНК-полимераза встречает участок цепи ДНК, названный «терминатором».

Когда молекула мРНК собрана, она подвергается «созреванию» – метилированию, удалению некодирующих белок участков молекулы (процесс назван сплайсингом). После этого зрелая мРНК выходит через поры ядра в цитоплазму и с помощью специальных белков транспортируется к рибосомам.

Рибосома – это нуклеопротеид, комплекс, содержащий рибосомную РНК в виде магниевой ее соли и белок. 

Матричная РНК присоединяется к рибосоме. Рибосома распознает последовательности нуклетидов по трое – считывает кодон, тут же выбирая подходящую аминокислоту из молекул, доставленных транспортной РНК. Рибосома двигается вдоль матричной РНК, подбирая и соединяя нужные молекулы и создавая таким образом цепочки аминокислот, которые являются первичной структурой белка.

Нуклеиновые кислоты являются важнейшей частью жизни. Их синтез различается в зависимости от типа НК.

ДНК синтезируется на начальном этапе деления клетки, когда двойная ее спираль раскручивается. Специальные белки удерживают ее нити в полностью или частично разведенном состоянии.

В местах образования репликационной вилки активизируется специальный тип РНК-полимеразы, создающей начальные участки молекулы, которые потом передаются ДНК-полимеразе – ферменту, комплементарно дополняющему участки цепи ДНК.

Этот фермент достраивает недостающую половину двойной молекулы, создавая вторую цепочку ДНК. В этом же время другая молекула фермента строит зеркально недостающую цепочку на второй из разведенных цепочек ДНК.

Разные виды РНК создаются РНК-полимеразами различных типов:

  • матричная – в ядре, на участках молекулы ДНК;
  • рибосомная – в ядрышке (которое является молекулярным комплексом из белков и рибонуклеопротеидов, находящимся на некоторых участках ДНК);
  • транспортная  – в нуклеоплазме.

Все виды РНК синтезируются по матричному принципу на участках ДНК.

Предыдущий урок Следующий урок

Источник: https://cknow.ru/knowbase/654-26-geneticheskaya-informaciya-v-kletke.html

Конспект урока по биологии. «Наследственная информация, и ее реализация в клетке»

Урок 5. «Наследственная информация, и ее реализация в клетке».

Учебник: Общая биология: учеб. для 10-11 кл. общеобразовательных учреждений. Под ред. Д.К.Беляева, Г.М. Дымшица. М.: Просвещение, 2005.

Изучение новой темы по модульной технологии.

Цели урока:

1.Систематизировать знания о нуклеиновых кислотах и их биологическом значении.

2. Продолжать формировать систему знаний об органическом мире на молекулярном и клеточном уровнях организации живой природы. Развивать мышление, предлагая решение биологических задач.

3. Совершенствовать умение обучающихся самостоятельно работать с учебником и дополнительными источниками литературы. Развивать навыки изучения явлений в сравнительном плане, в составлении текстовых таблиц.

Контроль знаний. Диктант (работает весь класс).

В тетради запишите № утверждения, относящегося к митозу или мейозу.

  1. Процесс состоит из двух делений.

  2. Типичное деление соматических клеток.

  3. Перед началом происходит удвоение ДНК.

  4. Процесс является обязательным на этапе созревания гамет.

  5. Состоит всего из одного деления.

  6. Происходит перед распусканием листьев из почек.

  7. Осуществляется перекрест хромосом – кроссинговер.

  8. Гомологичные хромосомы конъюгируют.

  9. Результатом является образование воспроизводящих клеток.

  10. Не происходит конъюгации гомологичных хромосом.

  11. Происходит редукционное деление.

  12. Образовавшаяся клетка имеет диплоидный набор хромосом.

Читайте также:  Разнообразие биологических видов - биология

Ответы. Митоз – 2,3,5, 6,!0, 12. мейоз – 1,4, 7,8,9,11.

Актуализация опорных знаний.

Обучающимся учитель предлагает задать вопросы друг другу по цепочке и кратко дать ответ.

Примерные вопросы:
Что такое белки? Что такое протеины? Протеиды? Простые и сложные белки?
Какое место они занимают в клетке? В каких процессах жизнедеятельности участвуют белки?

УЭ 1. время выполнения 10 минут. Цель: отработать навыки работы с учебной литературой, умения сравнивать и анализировать информацию.

Используя текст учебника, ответь на вопросы.

Задание №1. Какие вещества клетки являются материальными носителями наследственной информации, где они находятся у эукариотических клеток, у прокариотических? Какими свойствами обладают эти молекулы?

Задание №2. Как называется принцип, действие которого приводит к обязательному присоединению аденинового нуклеотида только с тиминовым, урацилового – с гуаниновым?<\p>

Задание №3.

Зарисуйте схему удвоения участка молекулы ДНК, запишите ферменты участвующие в этом процессе. Что, кроме ферментов, еще необходимо для образования дочерних нитей ДНК? Какие особенности строения молекулы ДНК обусловливают ее удвоение?

Г__Ц

Г__Ц

А__Т

Т__А

Т__А

Проверьте себя: при записи схемы удвоения ДНК новые нуклеотиды должны присоединяться по месту разрыва двойных и тройных связей. А не по боковым линиям, которые образованы прочными сахарофосфатными связями.

Задание №4. Что такое генетический код? Какими свойствами обладает генетический год? Кратко охарактеризуйте свойства генетического кода.<\p>

Задание №5. Из таблицы генетического кода выпишите аминокислоты, которые кодируют: а) один триплет; в) три триплета; г) четыре триплета.

Какое значение имеет то обстоятельство, что одна аминокислота может быть закодирована несколькими триплетами?<\p>

Задание №6. Какую роль при синтезе белка выполняют следующие триплеты: УАА; УАГ; УГА?<\p>

Обменяйтесь работами и оцените ответы у вашего соседа по парте. Оценка _________________.

Будьте критичны.

УЭ 2. Работа в парах.

Ответь на вопросы с помощью текста учебника. Время выполнения -20 минут.

  1. Когда и для чего происходит редупликация ДНК?

  2. У каких простейших появился половой процесс?

  3. Сравните эволюционное значение полового и бесполого размножения.

  4. Заполните таблицу

    Особенности Половое размножение Бесполое размножение
    «+»
    «-»
  5. Почему простейшие размножаются бесполым путем только при благоприятных условиях?

  6. Почему сперматозоид намного меньше яйцеклетки?

  7. Рассмотрите схему «Митоз» и «Мейоз». В чем сходство и отличие этих процессов?

Особенности митоз мейоз
Сходство
Отличия

Расскажите друг другу основные особенности полового и бесполого размножения.

Оцените работу ответы у вашего соседа по парте. Оценка _________________.

Выводы к уроку.

В процессе мейоза хромосомы удваиваются, а затем клетка два раза подряд делится, и в результате из одной диплоидной клетки возникает 4 гаплоидных. При бесполом размножении не происходит увеличения генетического разнообразия, которое может оказаться очень полезным при изменении условий существования вида. Поэтому, большинство живых организмов периодически размножаются половым путем.

Сравнение полового и бесполого размножения. Оценка устных ответов обучающихся. Рассказ о ходе митоза и мейоза у доски по схеме (два ученика).

Домашнее задание. Выучить основные понятия к теме. Подготовить сообщения о размножении различных организмов (например: амебы, инфузории туфельки, гидры, тли, саранчи, акулы, щуки, лягушки, птицы, утконоса).

Источник: https://kopilkaurokov.ru/biologiya/uroki/konspiekt_uroka_po_biologhii_nasliedstviennaia_informatsiia_i_ieie_riealizatsiia

Лекция. Наследственная информация и реализация ее в клетке. Генетическая информация

План

  1. ДНК – матрица синтеза белков
  2. Удвоение ДНК. Ход образования и-РНК.
  3. Генетический код и его свойства.

1. ДНКматрица для синтеза белков. Каким же образом в эритроцитах здорового человека образуются миллионы идентич­ных молекул гемоглобина, как правило, без единой ошибки в расположении аминокислот? Почему в эритроцитах больных серповидноклеточной анемией все молекулы гемоглобина имеют од­ну и ту же ошибку в одном и том же месте?

Для ответа на эти вопросы обратимся к примеру с книго­печатанием. Учебник, который вы держите в руках, издан ти­ражом п экземпляров. Все п книг отпечатаны с одного шаб­лона — типографской матрицы, поэтому они совершенно оди­наковы.

Если бы в матрицу вкралась ошибка, то она была бы воспроизведена во всех экземплярах. Роль матрицы в клетках живых организмов выполняют молекулы ДНК.

ДНК каждой клетки несет информацию не только о структурных белках, оп­ределяющих форму клетки (вспомните эритроцит), но и о всех белках-ферментах, белках-гормонах и других белках.

Углеводы и липиды образуются в клетке в результате слож­ных химических реакций, каждая из которых катализируется своим белком-ферментом. Владея информацией о ферментах, ДНК программирует структуру и других органических соедине­ний, а также управляет процессами их синтеза и расщепления.

Поскольку молекулы ДНК являются матрицами для синтеза всех белков, в ДНК заключена информация о структу­ре и деятельности клеток, о всех при­знаках каждой клетки и организма в целом.

Каждый белок представлен одной или несколькими полимерными цепями. Уча­сток молекулы ДНК, служащий матри­цей для синтеза одной полипептидной це­пи, т. е. в большинстве случаев одного белка, называют геном. Каждая молеку­ла ДНК содержит множество разных ге­нов.

Всю информацию, заключенную в молекулах ДНК, называют генетической. Идея о том, что генетическая информа­ция записана на молекулярном уровне и что синтез белков идет по матричному принципу, впервые была сформулирова­на еще в 20-х годах выдающимся отече­ственным биологом Н. К.

Кольцовым.

2. Удвоение ДНК.Молекулы ДНК обла­дают поразительным свойством, не при­сущим ни одной другой из известных мо­лекул, — способностью к удвоению. Что представляет собой процесс удвоения? Вы помните, что двойная спираль ДНК по­строена по принципу комплементарности. Этот же принцип лежит в основе удвоения молекул ДНК.

С помо­щью специальных ферментов водородные связи, скрепляющие нити ДНК, разры­ваются, нити расходятся, и к каждому нуклеотиду каждой из этих нитей после­довательно пристраиваются комплемен­тарные нуклеотиды. Разошедшиеся нити исходной (материнской) молекулы ДНК являются матричными — они задают по­рядок расположения нуклеотидов во вновь синтезируемой цепи.

В результате действия сложного набора ферментов про­исходит соединение нуклеотидов друг с другом. При этом образуются новые ни­ти ДНК, комплементарные каждой из ра­зошедшихся цепей.

Таким об­разом, в результате удвоения создаются две двойные спирали ДНК (дочерние молекулы), каждая из них имеет одну нить, полученную от материнской молекулы, и одну нить, син­тезированную вновь.

Дочерние молекулы ДНК ничем не отличаются друг от дру­га и от материнской молекулы. При делении клетки дочерние молекулы ДНК расходятся по двум образующимся клеткам, каждая из которых вследствие этого будет иметь ту же инфор­мацию, которая содержалась в материнской клетке. Так как гены — это участки молекул ДНК, то две дочерние клетки, об­разующиеся при делении, имеют одинаковые гены.

Каждая клетка многоклеточного организма возникает из од­ной зародышевой клетки в результате многократных делений, поэтому все клетки организма имеют одинаковый набор генов. Случайно возникшая ошибка в гене зародышевой клетки будет воспроизведена в генах миллионов ее потомков.

Вот почему все эритроциты больного серповидноклеточной анемией имеют оди­наково «испорченный» гемоглобин. Дети, больные анемией, по­лучают «испорченный» ген от родителей через их половые клет­ки. Информация, заключенная в ДНК клеток (генетическая информация), передается не только из клетки в клетку, но и от родителей к детям.

Ген является единицей генетической, или наследствен­ной, информации.

Трудно, глядя на типографскую матрицу, судить о том, хо­рошая или плохая книга будет по ней напечатана. Невозможно судить и о качестве генетической информации по тому, «хоро­ший» или «плохой» ген получили потомки по наследству, до тех пор, пока на основе этой информации не будут построены белки и не разовьется целый организм.

Ход образования и-РНК.К рибосомам, местам синтеза бел­ков, из ядра поступает несущий информацию посредник, спо­собный пройти через поры ядерной оболочки. Таким посредни­ком является информационная РНК (и-РНК). Это одноцепочечная молекула, комплементарная одной нити молекулы ДНК.

Специальный фермент — полимераза, двигаясь по ДНК, подбирает по принципу комплементарности нуклеотиды и со­единяет их в единую цепочку (рис. 21). Процесс образования и-РНК называется транскрип­цией (от лат. «транскрипцио» — переписывание).

Если в нити ДНК стоит тимин, то полимераза включает в цепь и-РНК аденин, если стоит гуанин — включает цитозин, если аденин — то урацил (в состав РНК не входит ти­мин).

По длине каждая из молекул и-РНК в сотни раз короче ДНК. Ин­формационная РНК — копия не всей молекулы ДНК, а только час­ти ее, одного гена или группы ря­дом лежащих генов, несущих ин­формацию о структуре белков, не­обходимых для выполнения од­ной функции.

У прокариот такая группа генов называется опероном. В начале каждой группы генов находится своего рода поса­дочная площадка для полимеразы, называемая промотором. Это специфическая последовательность нуклеотидов ДНК, которую фермент «узнает» благодаря химическому сродству.

Только при­соединившись к промотору, полимераза способна начать синтез и-РНК. В конце группы генов фермент встречает сигнал (в ви­де определенной последовательности нуклеотидов), означающий конец переписывания.

Готовая и-РНК отходит от ДНК, покида­ет ядро и направляется к месту синтеза белков — рибосоме, рас­положенной в цитоплазме клетки.

В клетке генетическая информация передается благодаря транскрипции от ДНК к белку:

ДНК—и-РНК—белок.

3. Генетический код —определенные сочетания нуклеотидов, несущих информацию о структуре белка, и последовательность их расположения в молекуле ДНК.

Ген — участок молекулы ДНК, несущий информа­цию о структуре одной молекулы белка.

Свойства генетического кода:

триплетность — одна аминокислота кодиру­ется тремя рядом расположенными нуклеотидами — триплетом, или ко доном;

универсальность — код един для всего живу­щего на Земле (у мха, сосны, амебы, человека, страуса и пр. одни и те же триплеты кодируют одни и те же аминокислоты);

вырожденность — одной аминокислоте может со­ответствовать несколько триплетов (от двух до шести). Исключение составляют аминокислоты метионин и трип­тофан, каждая из которых кодируется только одним трип­летом (метионин кодируется триплетом АУГ);

специфичность — каждый триплет кодирует только одну аминокислоту.

Триплеты ГАА или ГАГ, занимающие шестое место в гене здоровых людей, несут информацию о цепи гемо­глобина, кодируя глутаминовую кислоту. У больных серповидноклеточной анемией второй нуклеотид заменен на У, а триплеты ГУА и ГУГ кодируют валин;

неперекрываемость — кодоны одного гена не мо­гут одновременно входить в соседний;

непрерывность — в пределах одного гена счи­тывание генетической информации происходит в од­ном направлении.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:

Источник: https://zdamsam.ru/a2963.html

Ссылка на основную публикацию