Законите на наследствеността привличат човешкото внимание от времето, когато за първи път стана ясно, че генетиката е нещо по-материално от някои висши сили. Съвременният човек знае, че организмите имат способността да се възпроизвеждат подобни на себе си, докато потомството получава специфични черти и характеристики, присъщи на техните родители. Възпроизвеждането се осъществява благодарение на способността да се пренася генетична информация между поколенията.
Теория: Никога не можете да имате твърде много
Законите на наследствеността започнаха активно да се изследват сравнително наскоро. Впечатляваща крачка напред в този въпрос беше направена през миналия век, когато Сътън и Бовери представиха нова хипотеза на обществеността. Тогава те предположиха, че хромозомите вероятно носят генетични данни. Малко по-късно технологията позволи химическото изследване на хромозомния състав. То разкриналичието на специфични нуклеинови съединения на протеините. Оказа се, че протеините са присъщи на огромно разнообразие от структури и специфики на химичния състав. Дълго време учените вярваха, че именно протеините са основният аспект, който осигурява трансфера на генетични данни между поколенията.
Десетилетия изследвания по този въпрос дадоха нов поглед върху важността на клетъчната ДНК. Както разкриха учените, само такива молекули са материален носител на полезна информация. Молекулите са елемент на хромозомата. Днес почти всеки от нашите сънародници, получили общо образование, както и жителите на много други страни, са добре наясно колко важни са молекулите на ДНК за човек, нормалното развитие на човешкото тяло. Мнозина си представят значението на тези молекули по отношение на наследствеността.
Генетиката като наука
Молекулярната генетика, която се занимава с изследване на клетъчната ДНК, има алтернативно име - биохимично. Тази област на науката се формира на пресечната точка на биохимията и генетиката. Комбинираната научна посока е продуктивна област на човешки изследвания, която е предоставила на научната общност голямо количество полезна информация, която не е достъпна за хора, занимаващи се само с биохимия или генетика. Експериментите, провеждани от професионалисти в тази област, включват работа с множество форми на живот и организми от различни видове и категории. Най-значимите резултати, получени от научната общност, са резултат от изследването на човешките гени, както и различнимикроорганизми. Сред последните сред най-важните са Eisheria coli, ламбда фагите на тези микроби, гъбичките neurospore crassa и Saccharomyces cerevisia.
Генетични бази
Дълго време учените не се съмняват във важността на хромозомата при трансфера на наследствена информация между поколенията. Както показаха специализирани тестове, хромозомите се образуват от киселини, протеини. Ако проведете експеримент с оцветяване, протеинът ще бъде освободен от молекулата, но NA ще остане на мястото си. Учените разполагат с по-голямо количество доказателства, които ни позволяват да говорим за натрупването на генетична информация в NK. Именно чрез тях данните се предават между поколенията. Организмите, образувани от клетки, вируси, които имат ДНК, получават информация от предишното поколение чрез ДНК. Някои вируси съдържат РНК. Именно тази киселина е отговорна за предаването на информация. РНК, ДНК са NK, които се характеризират с определени структурни прилики, но има и разлики.
Изучавайки ролята на ДНК в наследствеността, учените са открили, че молекулите на такава киселина съдържат четири вида азотни съединения и дезоксирибоза. Благодарение на тези елементи се предава генетична информация. Молекулата съдържа пуринови вещества аденин, гуанин, пиримидинови комбинации тимин, цитозин. Химичната молекулярна основа са остатъци от захар, редуващи се с остатъци от фосфорна киселина. Всеки остатък има връзка с въглеродната формула чрез захари. Азотните основи са прикрепени отстрани към захарните остатъци.
Имена и дати
Учени,изследвайки биохимичните и молекулярните основи на наследствеността, те успяха да идентифицират структурните особености на ДНК едва през 53-та. Авторството на научната информация е възложено на Крик, Уотсън. Те доказаха, че всяка ДНК отчита биологичните специфични качества на наследствеността. Когато изграждате модел, трябва да помните за удвояването на частите и способността за натрупване, предаване на наследствена информация. Потенциално молекулата е в състояние да мутира. Химическите компоненти, тяхната комбинация, съчетана с подходите на рентгенови дифракционни изследвания, направи възможно определянето на молекулярната структура на ДНК като двойна спирала. Образува се от половинки спирали от антипаралелен тип. Захарно-фосфатните гръбнаци са подсилени с водородни връзки.
В изследването на молекулярната основа на наследствеността и променливостта, трудовете на Чаргаф са от особено значение. Ученият се посвети на изучаването на нуклеотидите, присъстващи в структурата на нуклеиновата киселина. Както беше възможно да се разкрие, всеки такъв елемент се образува от азотни основи, фосфорни остатъци, захар. Установено е съответствие на моларното съдържание на тимин, аденин, установено е сходството на този параметър за цитозин и гуанин. Предполагаше се, че всеки остатък от тимин има сдвоен аденин, а за гуанин има цитозин.
Също, но толкова различно
Изучавайки нуклеиновите киселини като основа на наследствеността, учените установиха, че ДНК принадлежи към категорията на полинуклеотидите, образувани от множество нуклеотиди. Възможни са най-непредвидимите поредици от елементи във веригата. Теоретично, серийното разнообразие нямаограничения. ДНК има специфични качества, свързани със сдвоените последователности на нейните компоненти, но сдвояването на основите се случва според биологичните и химичните закони. Това ви позволява да дефинирате предварително последователности от различни вериги. Това качество се нарича комплементарност. То обяснява способността на молекулата да възпроизвежда перфектно собствената си структура.
Когато изучават наследствеността и променливостта чрез ДНК, учените откриват, че нишките, които образуват ДНК, са шаблоните за образуването на комплементарни блокове. За да настъпи реакция, молекулата се развива. Процесът е придружен от разрушаване на водородните връзки. Базите взаимодействат с допълващи се компоненти, което води до генериране на специфични връзки. След фиксиране на нуклеотидите настъпва омрежването на молекулата, което води до появата на ново полинуклеотидно образувание, чиято последователност от части е предварително определена от изходния материал. Ето как се появяват две еднакви молекули, наситени с еднаква информация.
Реплика: гарант за постоянство и промяна
Описаното по-горе дава представа за прилагането на наследствеността и променливостта чрез ДНК. Механизмът на репликация обяснява защо ДНК присъства във всяка органична клетка, докато хромозомата е уникален органоид, който се възпроизвежда количествено и качествено с изключителна точност. Този метод на реално разпределение не беше осъществим, докато не беше установен фактът на двойната спирална комплементарна структура на молекулата. Крик, Уотсън, след като преди това предположи каква е молекулярната структура, се оказа напълно прав, въпреки че с течение на времето учените започнаха да се съмняват в правилността на тяхната визия за процеса на репликация. Първоначално се смяташе, че спиралите от една верига се появяват едновременно. Известно е, че ензимите, които катализират молекулярния синтез в лабораторията, работят само в една посока, тоест първо се появява една верига, след това втората.
Съвременните методи за изследване на човешката наследственост направиха възможно да се симулира прекъснато генериране на ДНК. Моделът се появи през 68-ма. Основата за нейното предложение беше експериментална работа с Eisheria coli. Авторството на научна работа е възложено на Орзаки. Съвременните специалисти разполагат с точни данни за нюансите на синтеза по отношение на еукариоти, прокариоти. От генетичната молекулярна вилица развитието се осъществява чрез генериране на фрагменти, държани заедно от ДНК лигаза.
Приема се, че процесите на синтез са непрекъснати. Репликативната реакция включва множество протеини. Развиването на молекулата става благодарение на ензима, запазването на това състояние е гарантирано от дестабилизиращия протеин, а синтезът протича чрез полимеразата.
Нови данни, нови теории
Използвайки съвременни методи за изследване на човешката наследственост, експертите установиха откъде идват грешките при репликация. Обяснението стана възможно, когато стана достъпна точна информация за механизмите на копиране на молекулите и специфичните особености на молекулярната структура. Схемата за репликация предполагадивергенция на изходните молекули, като всяка половина действа като матрица за нова верига. Синтезът се осъществява благодарение на водородни връзки на основи, както и мононуклеотидни елементи от запаса от метаболитни процеси. За да се генерират връзки на тиамин, аденин или цитозин, гуанин, е необходим преход на веществата в тавтомерната форма. Във водната среда всяко от тези съединения присъства в няколко форми; всички те са тавтомерни.
Има по-вероятни и по-рядко срещани опции. Отличителна черта е позицията на водородния атом в молекулярната структура. Ако реакцията протича с рядък вариант на тавтомерната форма, това води до образуване на връзки с грешна основа. ДНК веригата получава неправилен нуклеотид, последователността на елементите се променя стабилно, възниква мутация. Мутационният механизъм е обяснен за първи път от Крик, Уотсън. Техните заключения формират основата на съвременната идея за мутационния процес.
РНК функции
Изучавайки молекулярната основа на наследствеността, учените не биха могли да пренебрегнат не по-малко важната от ДНК нуклеинова киселина - РНК. Той принадлежи към групата на полинуклеотидите и има структурни сходства с описаните по-рано. Ключовата разлика е използването на рибоза като остатъци, които действат като основа на въглеродния гръбнак. В ДНК, припомняме, тази роля играе дезоксирибозата. Втората разлика е, че тиминът се заменя с урацил. Това вещество също принадлежи към класа пиримидини.
Изучавайки генетичната роля на ДНК и РНК, учените първо определиха относителнонезначителни различия в химичните структури на елементите, но по-нататъшното проучване на темата показа, че те играят колосална роля. Тези разлики коригират биологичното значение на всяка от молекулите, така че споменатите полинуклеотиди не се заместват един друг за живите организми.
Най-често РНК се образува от една верига, различава се една от друга по размер, но повечето от тях са по-малки от ДНК. Вирусите, съдържащи РНК, имат в своята структура такива молекули, създадени от две вериги - структурата им е възможно най-близка до ДНК. В РНК генетичните данни се натрупват и предават между поколенията. Други РНК са разделени на функционални типове. Те се генерират върху ДНК шаблони. Процесът се катализира от РНК полимерази.
Информация и наследственост
Съвременната наука, изучаваща молекулярните и цитологични основи на наследствеността, идентифицира нуклеиновите киселини като основен обект на натрупване на генетична информация - това важи еднакво за всички живи организми. В повечето форми на живот ДНК играе ключова роля. Данните, натрупани от молекулата, се стабилизират от нуклеотидни последователности, които се възпроизвеждат по време на клетъчното делене по непроменен механизъм. Молекулярният синтез протича с участието на ензимни компоненти, докато матрицата винаги е предишната нуклеотидна верига, която се предава материално между клетките.
Понякога на студенти в рамките на биологията и микробиологията се дава решение на задачи по генетика за визуална демонстрация на зависимости. Молекулните основи на наследствеността при такива проблеми се считат за относителни към ДНК,както и РНК. Трябва да се помни, че в случай на молекула, чиято генетика е записана от РНК от една спирала, репродуктивните процеси протичат по метод, подобен на описания по-рано. Шаблонът е РНК във форма, която може да бъде репликирана. Това се появява в клетъчната структура поради инфекциозна инвазия. Разбирането на този процес позволи на учените да прецизират феномена на гена и да разширят базата от знания за него. Класическата наука разбира гена като единица информация, предавана между поколенията и разкрита в експериментална работа. Генът е способен на мутации, комбинирани с други единици от същото ниво. Фенотипът, който един организъм притежава, се обяснява именно с гена - това е основната му функция.
В науката генът като функционална основа на наследствеността първоначално е разглеждан и като единица, отговорна за рекомбинация, мутация. Понастоящем е достоверно известно, че тези две качества са отговорност на нуклеотидната двойка, включена в ДНК. Но функцията се осигурява от нуклеотидна последователност от стотици и дори хиляди единици, които определят аминокиселинните протеинови вериги.
Протеините и тяхната генетична роля
В съвременната наука, изучавайки класификацията на гените, молекулярните основи на наследствеността се разглеждат от гледна точка на значението на протеиновите структури. Цялата жива материя е частично образувана от протеини. Те се считат за един от най-важните компоненти. Протеинът е уникална аминокиселинна последователност, която се трансформира локално, когатоналичие на фактори. Често има две дузини вида аминокиселини, други се генерират под въздействието на ензими от основните двадесет.
Разнообразието от протеинови качества зависи от първичната молекулярна структура, аминокиселинната полипептидна последователност, която образува протеина. Извършените експерименти ясно показаха, че аминокиселината има строго определена локализация в нуклеотидната верига на ДНК. Учените го нарекоха паралелите на протеиновите елементи и нуклеиновите киселини. Явлението се нарича колинеарност.
ДНК характеристики
Биохимията и генетиката, които изучават молекулярната основа на наследствеността, са науки, в които се отделя специално внимание на ДНК. Тази молекула е класифицирана като линеен полимер. Проучванията показват, че единствената трансформация, достъпна за структурата, е нуклеотидната последователност. Той е отговорен за кодирането на последователността от аминокиселини в протеина.
При еукариотите ДНК се намира в клетъчното ядро, а генерирането на протеин се извършва в цитоплазмата. ДНК не играе ролята на шаблон за процеса на генериране на протеини, което означава, че е необходим междинен елемент, който отговаря за транспортирането на генетична информация. Проучванията показват, че ролята е възложена на РНК шаблона.
Както е показано от научната работа, посветена на молекулярните основи на наследствеността, информацията се прехвърля от ДНК към РНК. РНК може да пренася данни до протеини и ДНК. Протеинът получава данни от РНК и ги изпраща към същата структура. Няма директни връзки между ДНК и протеини.
Генетичноинформация: това е интересно
Както показват научни разработки, посветени на молекулярните основи на наследствеността, генетичните данни са инертна информация, която се реализира само в присъствието на външен енергиен източник и строителен материал. ДНК е молекула, която няма такива ресурси. Клетката получава необходимото отвън чрез протеини, след което започват реакциите на трансформация. Има три информационни пътя, които осигуряват животоподдържане. Те са свързани помежду си, но независими. Генетичните данни се предават наследствено чрез репликация на ДНК. Данните са кодирани от генома - този поток се счита за втори. Третият и последен е хранителните съединения, които непрекъснато проникват в клетъчната структура отвън, осигурявайки я с енергия и градивни съставки.
Колкото по-високо структуриран е организмът, толкова по-многобройни са елементите на генома. Разнообразен набор от гени реализира криптираната в него информация чрез координирани механизми. Богатата на данни клетка определя как да се реализират отделни информационни блокове. Благодарение на това качество се увеличава способността за адаптиране към външни условия. Разнообразната генетична информация, съдържаща се в ДНК, е в основата на протеиновия синтез. Генетичният контрол на синтеза е теория, формулирана от Монод и Джейкъб през 1961 г. В същото време се появи моделът на оперон.
