§21 «Молекулярно-генетический уровень организации живой материи»

Процессы воспроизводства и наследования обеспечиваются образованием сложных органических соединений, белков и нуклеиновых кислот.

● Нуклеиновые кислоты – макромолекулы, ответственные за синтез белков.

В их состав входят:

- азотистые основания

- сахара (бентозы)

- фосфорная кислота

В зависимости от вида сахара различают на:

- РНК (рибоза)

- ДНК (дезоксирибоза)

Существует четыре типа азотистых оснований:

ДНК: РНК:

1) аденин 1) аденин

2) тинин 2) цитозин

3) цитозин 3) гуанин

4) гуанин 4) урацин

В 1953 г. Уотсон и Крик открыли строение молекулы ДНК. Молекула ДНК построена в виде двойной спирали – взаимоперевитой полинуклеотидной цепочки. Азотистые основания внутри спирали соединяются водородными связями.

Уотсон-криковские связи: А-Т Г-Ц

Цепи двойной спирали являются комплементарными, т.е. имеется однозначное соответствие между нуклеотидами.

Структура ДНК объясняет две важнейшие особенности молекулы ДНК:

- репликация (способность копировать саму себя)

- метаболическая устойчивость (устойчивость к разрушению, разложению)

Молекулы РНК чаще всего состоят из одной цепочки нуклеотидов.

Типы РНК:

- информационная

- транспортная

- рибосомная

● Белки – это цепочки аминокислот, которые удерживаются пептидными связями. Белки ~ полипептиды. В белках 20 видов аминокислот, порядок их чередования определяется генетическим кодом.

● Ген (от греч. genos - род, происхождение) – это единица наследственного материала, представляющая собой фрагмент ДНК, у некоторых вирусов – фрагмент РНК.

Один ген определяет синтез одного белка. Набор генов определяет свойства живых организмов.

Свойства генов:

- высокая устойчивость

- способность к мутациям (наследственным изменениям)

● Генетический код – это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательности расположения нуклеотидов в ДНК.

Этапы развития проблемы генетического кода:

1. Гамов в 1953 г. исследуя проблему генетического кода, обратил внимание на то, что можно записать последовательность нуклеотидов в виде букв кода. Для расшифровки можно было использовать криптографию.

2. В 1961 – 1966 гг. был экспериментально расшифрован код для бактерий и червей.

3. С 1966 г. и в наше время механизмы образования свойств кода и его развития. В 1989 г. был запущен проект «Геном человека».

Свойства генетического кода:

- кодирование каждой конкретной аминокислоты идёт за счёт последовательности трёх нуклеотидов, т.н. триплета (кодона). Бензер и Крик в 1961 г. установили триплетность кодона

- вырожденность кода, т.е. все аминокислоты кодируются более чем одни кодоном

- наличие межгенных знаков препинания (в конце каждого гена находится один из трёх кодонов – стоп-сигналов)

- однозначность (каждый кодон кодирует только одну аминокислоту)

- компактность (отсутствуют внутригенные знаки препинания)

- универсальность (генетический код един для всех живущих на Земле существ)

- помехоустойчивость (в каждом триплете можно провести несколько однократных замен без потери свойств). Можно провести до 23 замен, это приведёт к появлению «терминатора трансляции», что не даст развиваться кодону дальше

- неперекрываемость (каждый нуклеотид входит в состав одного кодона, но есть исключения)

В апреле 2003 г. британская «Селера Дженомикс» объявила, что геном человека расшифрован на 99,9%. Российские учёные расшифровали 3 и 21 пару хромосом человека. К 2010 г. будет возможна генная терапия 25 наследственных заболеваний, их профилактика и тестирование. К 2020 г. появятся лекарства, основанные на генной технологии, будет возможна терапия раковых заболеваний, появятся новые технологии лечения психических заболеваний. Широкое распространение получит фарматогенетика (фармацевтика, основанная на генных разработках).

К 2030 г. определение генома человека будет завершено. Уже сейчас найден ген, отвечающий за старение и к 2040 г. всё здравоохранение будет основано на генной инженерии. Предрасположенность к болезням будет определяться ещё до рождения, средняя продолжительность жизни достигнет 90 лет. Учёные научатся влиять на наследственность при помощи генной инженерии, основанной на создании методик целенаправленного манипулирования макромолекулами живых существ несущих в себе информацию.

Первый продукт, созданный на основе генной инженерии – инсулин. Были также созданы интерферон и гормоны роста, модифицированы многие продукты. Генетику применяют также для генетической экспертизы.

● Клонирование – это создание генетической копии организма.

Развитие этой отрасли генетики вызывает ряд морально-этических проблем. В 1988 г. было запрещено клонирование человека в 19 странах мира. Однако Германия, Великобритания, Россия и США в эту конвенцию не вошли.