Кодирование наследственной информации

Федеральное агенство по образованию Российской Федерации Северо- Западный государственный  заочно технический университет.

 

 

 

 

Курсовая  работа по дисциплине «Биология человека и животных»

Тема  «Кодирование наследственной информации»

 

 

 

 

                                                                                             Кафедра:ИП и СОБ

                                                                                          Работу выполнила

                                                                                          Студентка 2 курса

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт- Петербург 2009г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление.

1. Введение……………………………………………………………………………3
2. Структура ДНК……………………………………………………..…….……….4
3. Биохимические основы наследственности…………………….……………..6
4. Генетический код…………………………………………………………..…….11
5. Передача генетической информации от родителей к потомкам………….15
6. Заключение………………………………………………………………………..16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.ВВЕДЕНИЕ.

 

 

Наследуемые признаки заложены в материальных единицах, генах, которые располагаются в  хромосомах клеточного ядра. Химическая природа генов известна с 1944 г.: речь идет о дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК). Физическая структура была выяснена в 1953 г.  Двойная спираль этой макромолекулы  объясняет механизм наследственной передачи признаков.

Присматриваясь  к окружающему нас миру, мы отмечаем великое разнообразие живых существ  – от растений до животных. Под этим кажущимся разнообразием в действительности скрывается удивительное единство живых  клеток – элементов, из которых собран любой организм и взаимодействием  которых определяется  его гармоничное  существование. С позиции вида сходство между отдельными особями велико, и все-таки не существует двух абсолютно  идентичных организмов (не считая однояйцовых  близнецов). В конце XIX века в работах Грегора Менделя были сформулированы основные законы, определившие наследственную передачу признаков из поколения в поколение. В начале ХХ века в опытах Т.Моргана было показано, что элементарные наследуемые признаки обусловлены материальными единицами (генами), локализованными в хромосомах, где они располагаются последовательно друг за другом.

В 1944 г. работы Эвери, Мак-Леода и Мак-Карти определили химическую природу генов: они состоят  из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Через 10 лет Дж. Уотсон и Ф. Крик предложили модель физической структуры молекулы ДНК. Длинная молекула образована двойной  спиралью, а комплиментарное взаимодействие между двумя нитями этой спирали  позволяет понять, каким образом  генетическая информация точно копируется (реплицируется) и передается последующим  поколениям.

Одновременно  с этими открытиями ученые пытались проанализировать и «продукты» генов, т.е. те молекулы, которые синтезируются  в клетках под их контролем. Работы Эфрусси, Бидла и Татума накануне второй мировой войны выдвинули  идею о том, что гены «продуцируют»  белки. Итак, ген хранит информацию для синтеза белка (фермента), необходимого для успешного осуществления  в клетке определенной реакции. Но пришлось подождать до 60-х годов, прежде чем  был разгадан сложный механизм расшифровки  информации, заключенной в ДНК, и  ее перевода в форму белка. В конце  концов, во многом благодаря трудам Ниренберга (США), был открыт закон  соответствия между ДНК и белками  – генетический код.

 

 

 

 

 

 

 

2.СТРУКТУРА ДНК.

 

Еще в 1869 году швейцарский  биохимик Фридрих Мишер обнаружил  в ядре клеток соединения с кислотными свойствами и с еще большей  молекулярной массой, чем белки. Альтман  назвал их нуклеиновыми кислотами, от латинского слова «нуклеус» - ядро. Так же, как и белки, нуклеиновые  кислоты являются полимерами. Мономерами их служат нуклеотиды, в связи с  чем нуклеиновые кислоты можно  еще назвать полинуклеотидами.

Нуклеиновые кислоты были найдены в клетках  всех организмов, начиная от простейших и кончая высшими. Самое удивительное, что химический состав, структура  и основные свойства этих веществ  оказались сходными у разнообразных  живых организмов. Но если в построении белков принимают участие около 20 видов аминокислот, то разных нуклеотидов, входящих в состав нуклеиновых кислот, всего четыре.

В живых  клетках содержится два  типа нуклеиновых  кислот – дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). Как ДНК, так и РНК несут в себе нуклеотиды, состоящие из трех компонентов: азотистого основания, углевода, остатка фосфорной  кислоты. Однако комбинация этих компонентов  в ДНК и РНК несколько различны.

Фосфорная кислота в молекулах ДНК и  РНК одинакова. Углевод же имеется  в двух вариантах: у нуклеотидов  ДНК – дезоксирибоза, а у нуклеотидов  РНК – рибоза. И рибоза, и дезоксирибоза  – пятичленные, пятиуглеродистые соединения – пентозы. У дезоксирибозы, в  отличие от рибозы, лишь на один атом кислорода меньше, что и определяет ее название, так как дезоксирибоза  в переводе с латинского означает лишенная кислорода рибоза. Строгая  локализация дезоксирибозы в  ДНК, а рибозы в РНК, как раз  и определяет название этих двух видов  нуклеиновых кислот.

Третий  компонент нуклеотидов ДНК и  РНК – азотистые соединения, то есть вещества, содержащие азот и обладающие щелочными свойствами. В нуклеиновые  кислоты входят две группы  азотистых  оснований. Одни из них относятся  к группе пиримидинов, основу строения которых составляет шестичленное кольцо, а другие к группе пуринов, у которых  к пиримидинову кольцу присоединено еще и пятичленное кольцо.

В состав молекул ДНК и РНК входят два  разных пурина и два разных пиримидина. В ДНК имеются пурины – аденин, гуанин и пиримидины – цитозин, тимин. В молекулах РНК те же самые пурины, но из пиримидинов – цитозин и вместо тимина – урацил. В зависимости от содержания того или иного азотистого основания нуклеотиды называются адениловыми, тимиловыми, цитозиловыми, урациловыми, гуаниловыми.

Как же соединяются  между собой нуклеотиды в длинные  полинуклеотидные цепи? Оказывается, что  такое соединение осуществляется путем  установления связи между остатком молекулы фосфорной кислоты одного нуклеотида и углеводом другого. Образуется сахаро-фосфорный скелет молекулы полинуклеотида, к которому сбоку один за другим присоединяются азотистые основания.

Если  учесть, что в каждой нуклеиновой  кислоте по четыре вида азотистых  оснований, то можно представить  себе множество способов расположения их в цепи, подобно тому, как можно  в самой разной последовательности нанизать на нитку бусинки четырех  цветов – красные, белые, желтые. Зеленые. Последовательность расположения нуклеотидов  в цепях молекул нуклеиновых  кислот  так же, как и аминокислот  в молекулах белков, строго специфична для клеток разных организмов, то есть носит видовой характер.

ДНК представляет свою двойную спираль.

 

Полинуклеидные  цепи достигают гигантских размеров. Вполне понятно, что в связи с  этим они так же, как и белки, определенным образом упакованы  в клетке.

Модель  структуры молекулы ДНК впервые  создали биохимики из Кембриджского  университета в Англии Джеймс Уотсон и Френсис Крик. Было показано, что  молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных одна вокруг другой, с образованием двойной спирали. Причем контакты существуют между обеими полинуклеотидными цепями, точнее, между пурином одного нуклеотида и пиримидином другого. Так что  внешне молекулу ДНК можно представить  как своего рода перекрученную веревочную лестницу.

Образование связей в молекуле ДНК – процесс  строго закономерный. Адениловый нуклеотид  может образовывать связи лишь с  тимиловым, а гуаниловый только с  цитозиловым. Эта закономерность получила название принципа комплиментарности, то есть дополнительности. В самом  деле, такая строгая последовательность  в выборе пары наводит на мысль, что  в двойной молекуле ДНК аденин как бы дополняет тимин и наоборот, а гуанин соответственно – цитозин, как две половинки разбитого  зеркала.

 

Принцип комплиментарности позволяет понять механизм уникального свойства молекул  ДНК – их способность самовоспроизводиться. ДНК – это единственное вещество в живых клетках, обладающее подобным свойством. Процесс самовоспроизведения  молекул ДНК происходит при активном участии ферментов. Особые расплетающие белки последовательно как бы проходят вдоль системы водородных связей, соединяющих азотистые основания  обеих полинуклеотидных цепей, и  разрывают их. Образовавшиеся в результате одиночные полинуклеотидные цепи ДНК  достраиваются согласно принципу комплиментарности  с помощью фермента за счет свободных  нуклеотидов, всегда находящихся в  цитоплазме и ядре. Напротив гуанилового  нуклеотида  становится свободный  цитозиловый нуклеотид, а напротив цитозилового, в свою очередь, гуаниловый и так далее. Во вновь образовавшейся цепи возникают углеводно-фосфатные  и водородные связи. Таким образом, в ходе самовоспроизведения ДНК  из одной молекулы синтезируются  две новые.

 

ДНК в  клетке локализована в основном в  ядре, в его структурных компонентах  – хромосомах.

 

 

 

 

 

 

3.БИОХИМИЧЕСКИЕ  ОСНОВЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ.

 

Белки

 

Это полимеры, состоящие из мономеров - аминокислот. В состав белков входит до 20 различных  аминокислот. Соединения из нескольких аминокислот называют пептидами. В  зависимости от их количества Е белке  бывают дипептиды, три-, тетра-, пента- или  полипептиды (от 6-10 до 300-500 аминокислот). Молекулярная масса белков колеблется от 5000 ДО нескольких миллионов. Белки  отличаются друг от друга не только составом и числом аминокислот, но и  последовательностью чередования  их в полипептидной цепи.

Организация белковых молекул:

1) первичная  структура - это полипептидная  цепь, т.е. аминокислоты, соединенные  ковалентными пептидными связями  в виде цепи;

2) вторичная  структура•- белковая нить закручена  в виде спирали, поддерживаемая  водородными связями; 

3) третичная  структура - спираль далее свертывается, образуя глобулу (клубок) или фибриллу (лучок нитей), специфичную для  каждого белка, поддерживается  водородными и бисульфитными  связями; 

4) четвертичная cтруктypa - состоит из нескольких  глобул; например, гемоглобин, состоит  из 4-х глобул.

Функции белка разнообразны:

1) каталитическая: белки-ферменты ускоряют биохимические  реакции организма; 

2) строительная: белки участвуют в образовании  всех клеточных мембран и органоидов;

3) двигательная: белки обеспечивают сокращение  мышц, мерцание ресничек, белки-гистоны,  сокращаясь, образуют хромосомы  из хроматина; 

4) защитная: антитела гамма-гло6улины - распознают  чужеродные для организма вещества  и способствуют их уничтожению; 

5) транспортная: белки переносят различные соединения (гемоглобин - кислород, белки плазмы -гормоны, лекарства и т.д.);

6) регуляторная: белки участвуют в регуляции  обмена веществ (гормоны роста,  гормон-инсулин, половые гормоны,  адреналин и др.);

7) энергетическая - при распаде 1 г белка до конечных продуктов выделяется 17,6 кДж. Энергии.

 

 

 

Нуклеиновые кислоты

 

К ним  относятся ДНК - и РНК.

В 1953 г. Д. Уотсон и Ф. Крик открыли структуру ДНК состоящую из двух цепей, спирально закрученных относительно друг друга. Каждая цепь - полимер, мономерами которого являются нуклеотиды. Каждый нуклеотид состоит из сахара дезоксирибозы, остатка фосфорной кислоты и одного из 4-х азотистых оснований (аденин, гуанин, тимин, цитозин).

Сахар связан с фосфорной группой ковалентной  связью, а с азотистыми основаниями - водородной связью.

Две цепи соединяются сла6ыми водородными  связями между азотистыми основаниями  по принципу комплементарности; аденин дополняется тимином, гуанин – цитазином.

Самой длинной  молекулой в организме является ДНК (108 нуклеотидов), имеющая очень  большую молекулярную массу.

Перед делением клетки ДНК удваивается, происходит реплuкацuя ДНК. Сначала с помощью  фермента ДНК-полимеразы разрываются  слабые водородные связи между двумя  цепями ДНК, а затем к каждой уже  отдельной цепочке достраиваются  по принципу комплементарности нуклеотиды (А-Т, Ц-Г), образуются уже 2 цепочки ДНК  абсолютно похожие друг на друга. Репликация ДНК обеспечивает точное воспроизведение генетической информации в поколениях клеток и организмов в целом.

Функции ДНК:

1) хранит  генетическую информацию, записанную  в виде последовательности нуклеотидов; 

2) передает  наследственную информацию с  ядра в цитоплазму.

Для этого  с ДНК снимает копию и-РНК  и переносит информацию к рибосомам - месту синтеза белка;

3) передает  наследственную информацию от  материнской клетки к дочерним, для этого перед делением клетка  ДНК реплицируется, а во время  деления превращается в суперспираль  с помощью белка-гистона (в  хромосому).