Теория генетического кодирования

Еще в 1922 в двадцать восьмом году Фридрих Гриффитц показал в своих экспериментальных работах, что наследственный материал может передаваться не только от живых существ к живым, но и от мертвых к живым.

Это в первую очередь бактерии, представители прокариот у которых нет четко оформленного ядра и наследственный материал - единственная хромосома, имеющая кольцевую форму, лежит прямо в цитоплазме.

Гриффитц использовал два вида штаммов пневмококков, которые вызывают пневмонию: это штамм шероховатый,невирулентный, который имеет на поверхности твердой среды на которую сеют отдельные клетки вот такую форму. Это мелкие колонии имеющие, вот такую вот складчатую поверхность, похожую отчасти на шифер, при этом у них нет клеточной стенки, а следовательно и нет патологических свойств. Эти бактерии не могут вызывать развитие болезни ну то есть пневмонии или воспаление легких в отличие от гладкого штамма, который так называется потому что на поверхности колоний образуется гладкая, блестящая оболочка, состоящая из клеточных стенок отдельных клеток, при этом колонии получаются большими оболочка имеет много углеводных составляющих, поэтому она собственно и является патогенным началом.

Гриффитц рассматривал чистый экспериментальный подход работая  с лабораторными мышами. Если взять клетки невирулентного штамма, суспензировать их в воде или в любой другой физиологической жидкости, а затем эту суспензию индицировать мыши, то никаких эффектов не наблюдается.

Если же взять клетки вирулентного штамма и проделать ту же самую процедуру то мы видим что очень быстро развивается пневмония и если ее не лечить наступает летальный исход.

Гриффитц и делал некий экспериментальный шаг, который заключался в том, что он смешал живые клетки непатогенные и мертвые убитые клетки патогенного штамма. Через некоторое время инкубации совместной, была сделана инъекия и мы видим летальный исход.

Это говорит только о том что было какое-то материальное начало, химическое соединение, которое кодирует в себе наследственные свойства вызывать или не вызывать патогенные действия и это начало перешло из мертвых клеток в живые осуществив таким образом трансформацию. Таким образом была открыта явление обмена генетическим материалом между клетками.

 1944 считается годом окончательного установления химической природой наследственного материала было показано что этим веществом этим биохимическим началом, которое несет наследственный материал, является нуклеиновая кислота, а именно дезоксирибонуклеиновая кислота.

С этого момента начинается эра ДНК, которая началась с открытия наследственных свойств нуклеиновых кислот, которые соответственно перед собой имела развитие эра классической генетики.

в 1953 году была структура дезоксирибонуклеиновой кислоты структура днк и именно с этого момента начинается рассмотрение теории генетического кодирования.

1950 год Эрвин Чаргафф. Правило Чаргаффа А=Т, Г=Ц.

1953 Джеймс Уотсон и Френсис Крик. Днк меет структуру двойной спирали.

1958 М. Меселсон и Ф. Сталь полуконсервативный синтез ДНК

1961-1967 Маршалл Ниренберг, Хейр Корана Роберт Холли, синди Бреннер, Френсис Крик. Расшифровка генетического кода.

1961 году 1961 году состоялся пятый международный биохимический конгресс в городе москва у нас на территории нашего московского государственного университета

Структура днк мы видим что эта двойная спираль,имеет регулярную структуру,что расстояние между двумя нитями постоянно и это определяет ее химическую биологическую стабильность. Спираль состоит из оставов.

 К дезоксирибозе в положении 1 присоединяется особые соединения это азотистые основания. Существует два вида оснований это пуриновые основания соответственно аденин и гуанин и два более узких оснований это пуриновые и пиримидиновые основания.

Все вместе образует структуру под названием Нуклеотид, Днк состоит из нуклеотидов.

ДНК — полимер, мономерами которой являются дезоксирибонуклеотиды. Модель пространственного строения молекулы ДНК в виде двойной спирали была предложена в 1953 г. Дж. Уотсоном и Ф. Криком (для построения этой модели они использовали работы М. Уилкинса, Р. Франклин, Э. Чаргаффа).

Молекула ДНК образована двумя полинуклеотидными цепями, спирально закрученными друг около друга и вместе вокруг воображаемой оси, т.е. представляет собой двойную спираль (исключение — некоторые ДНК-содержащие вирусы имеют одноцепочечную ДНК). Диаметр двойной спирали ДНК — 2 нм, расстояние между соседними нуклеотидами — 0,34 нм, на один оборот спирали приходится 10 пар нуклеотидов. Длина молекулы может достигать нескольких сантиметров. Молекулярный вес — десятки и сотни миллионов. Суммарная длина ДНК ядра клетки человека — около 2 м.

Полинуклеотидная цепь образуется в результате реакций конденсации нуклеотидов. При этом между 3'-углеродом остатка дезоксирибозы одного нуклеотида и остатком фосфорной кислоты другого возникает фосфоэфирная связь (относится к категории прочных ковалентных связей). Один конец полинуклеотидной цепи заканчивается 5'-углеродом (его называют 5'-концом), другой — 3'-углеродом (3'-концом).

Против одной цепи нуклеотидов располагается вторая цепь. Расположение нуклеотидов в этих двух цепях не случайное, а строго определенное: против аденина одной цепи в другой цепи всегда располагается тимин, а против гуанина — всегда цитозин, между аденином и тимином возникают две водородные связи, между гуанином и цитозином — три водородные связи. Закономерность, согласно которой нуклеотиды разных цепей ДНК строго упорядоченно располагаются (аденин — тимин, гуанин — цитозин) и избирательно соединяются друг с другом, называется принципом комплементарности. Следует отметить, что Дж. Уотсон и Ф. Крик пришли к пониманию принципа комплементарности после ознакомления с работами Э. Чаргаффа. Э. Чаргафф, изучив огромное количество образцов тканей и органов различных организмов, установил, что в любом фрагменте ДНК содержание остатков гуанина всегда точно соответствует содержанию цитозина, а аденина — тимину («правило Чаргаффа»), но объяснить этот факт он не смог.

Генетический код – это система записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот, основанная на определённом чередовании последовательностей нуклеотидов в ДНК или РНК, образующих кодоны, соответствующие аминокислотам в белке.

Генетический код имеет несколько свойств.

1. Триплетность.
2. Вырожденность или избыточность.
3. Однозначность.
4. Полярность.
5. Неперекрываемость.
6. Компактность.
7. Универсальность.

Репликация ДНК — процесс самоудвоения, главное свойство молекулы ДНК. Репликация относится к категории реакций матричного синтеза, идет с участием ферментов. Под действием ферментов молекула ДНК раскручивается, и около каждой цепи, выступающей в роли матрицы, по принципам комплементарности и антипараллельности достраивается новая цепь. Таким образом, в каждой дочерней ДНК одна цепь является материнской, а вторая — вновь синтезированной. Такой способ синтеза называется полуконсервативным.

В репликации участвуют следующие ферменты:

1. геликазы («расплетают» ДНК);
2. дестабилизирующие белки;
3. ДНК-топоизомеразы (разрезают ДНК);
4. ДНК-полимеразы (подбирают дезоксирибонуклеозидтрифосфаты и комплементарно присоединяют их к матричной цепи ДНК);
5. РНК-праймазы (образуют РНК-затравки, праймеры);
6. ДНК-лигазы (сшивают фрагменты ДНК).

Транскрипция — это процесс синтеза молекулы РНК на участке ДНК, используемом в качестве матрицы. Смысл транскрипции заключается в переносе генетической информации с ДНК на РНК. Молекула ДНК состоит из двух комплиментарных друг другу цепей, а РНК — только из одной.

Трансляция представляет собой синтез полипептидной (белковой) цепи на молекуле информационной (она же матричная) РНК. По-другому трансляцию можно описать как перевод информации, закодированной с помощью нуклеотидов (триплетов-кодонов), в информацию, представленную в виде последовательности аминокислот.

«Прямой» генетикой называют исследования, в которых исходный интерес представляет фенотип, а эксперимент производится для обнаружения генетических факторов, влияющих на проявление фенотипа. В Обратной наоборот.

Ген — наследственный фактор, который несёт информацию об определённом признаке или функции организма, и который является структурной и функциональной единицей наследственности. В таком качестве термин «ген» был введён в 1909 году

После открытия нукл. Кислот в качестве носителя наследственной информации определение гена изменилось, и ген стали определять как участок ДНК (задающий последовательность полипептида либо функциональной РНК

Генотип – это все гены конкретной особи с указанием аллельного состояния каждого гена и наличия/отсутствия мутаций в межгенных участках ДНК.

Аллель – вариант последовательности гена в разном виде: от различия в одной букве последовательности до отсутствия целого куска последовательности или вставке лишнего. Эти различия возникают из-за мутации, которая могла произойти у далекого предка и передаться потомству через поколения. Таким образом, каждый ген у отдельного человека может быть представлен конкретным вариантом – аллелем. Для понимания аллелизма необходимо объяснить, что, например, различия в цвете глаз, волос, росте, чувствительности к алкоголю объясняются именно разными аллельными состояниями соответствующих генов.

Проблемы генетики:

[ ] Хранения наследственной информации

[ ] Происхождения наследственной информации

[ ] Изменчивости наследственной информации

[ ] Реализации наследственной информации

 

Оплодотворение (сингамия) — это слияние мужской половой клетки с женской, приводящее к образованию диплоидной зиготы, которая дает начало новому организму Главным в этом процессе является объединение ядер (пронуклеусов) женской и мужской половых клеток. Это объединение ядер называется кариогамией.

Типы полового размножения:

1 — нормальное оплодотворение, 2 — партеногенез, 3 — гиногенез, 4 — андрогенез

• Партеногенез — это такой половой процесс, при котором развитие нового организма происходит только из одной половой клетки — яйцеклетки — без оплодотворения. Партеногенез бывает соматический, или диплоидный, при котором яйцеклетка не претерпевает редукционного деления. Партеногенез бывает генеративный, при котором зародыш развивается из гаплоидной яйцеклетки, а диплоидность нового организма восстанавливается за счет эндомитоза при первом делении зиготы. Так размножаются многие беспозвоночные животные. Партеногенез у растений называют апомиксисом. При партеногенезе наследственность у потомства материнская.

Гиногенез — такое половое размножение, при котором сперматозоиды проникают в яйцеклетку, но их ядра не сливаются с ядром яйцеклетки, т. е. оплодотворения (кариогамии) не происходит. Гиногенез обнаружен у некоторых круглых червей, у серебристого карася, у некоторых растений — лютика, мятлика и др. В яйцеклетки могут проникать сперматозоиды и пыльца чужих видов. Наследственность при гиногенезе материнская

• • Андрогенез — это такой половой процесс, при котором развитие зиготы осуществляется за счет слияния ядер двух сперматозоидов в женской цитоплазме. Это происходит, если ядро яйцеклетки по каким-либо естественным причинам погибает, а в яйцеклетку проникает несколько сперматозоидов (при полиспермии). Такое развитие вызывается искусственно с целью получения 100 % самцов, так как они плетут кокон с большим содержанием шелка, чем кокон самки у тутового шелкопряда Обнаружен андрогенез и у некоторых растений: у табака, кукурузы и др.

При андрогенезе ядерная наследственность отцовская и только цитоплазма, ДНК пластид и митохондрий материнские

1990-е Геномные проекты
1990-е Пэт БРАУН. Микроэррей-анализ