Генетика и самовоспроизводство жизни Выполнила Рябинина Лия

Генетика и самовоспроизводство жизни Выполнила: Рябинина Лия

Клетка v элементарная единица строения и жизнедеятельности всех организмов (кроме вирусов, о которых нередко говорят как о неклеточных формах жизни), обладающая собственным обменом веществ, способная к самостоятельному существованию, самовоспроизведению и развитию. v Все живые организмы либо, как многоклеточные животные, растения и грибы, состоят из множества клеток, либо, как многие простейшие и бактерии, являются одноклеточными организмами. Раздел биологии, занимающийся изучением строения и жизнедеятельности клеток, получил название

Клетка

Клеточная мембрана vотделяет содержимое любой клетки от внешней среды, обеспечивая её целостность; регулируют обмен между клеткой и средой; v внутриклеточные мембраны разделяют клетку на специализированные замкнутые отсеки — компартменты или органеллы, в которых поддерживаются определённые условия среды. v Клеточная мембрана представляет собой двойной слой (бислой) молекул класса липидов, большинство из которых представляет собой так называемые сложные липиды — фосфолипиды. Молекулы липидов имеют гидрофильную ( «головка» ) и гидрофобную ( «хвост» ) часть. При образовании мембран гидрофобные участки молекул оказываются обращены внутрь, а гидрофильные — наружу. Толщина мембраны составляет 7— 8 нм

Клеточное ядро v один из структурных компонентов эукариотической клетки, содержащий генетическую информацию (молекулы ДНК), осуществляющий основные функции: хранение, передача и реализация наследственной информации с обеспечением синтеза белка. v Ядро состоит из хроматина, ядрышка, кариоплазмы (или нуклеоплазмы) и ядерной оболочки. v В клеточном ядре происходит репликация (или редупликация) — удвоение молекул ДНК, а также транскрипция — синтез молекул РНК на молекуле ДНК. Синтезированные в ядре молекулы РНК модифицируются, после чего выходят в цитоплазму. Образование обеих субъединиц рибосом происходит в специальных образованиях клеточного ядра — ядрышках. v Таким образом, ядро клетки является не только вместилищем генетической информации, но и местом, где этот материал функционирует и воспроизводится.

Цитоплазма v внутренняя среда клетки, кроме ядра и вакуоли, ограниченная плазматической мембраной. Включает в себя гиалоплазму — основное прозрачное вещество цитоплазмы, находящиеся в ней обязательные клеточные компоненты — органеллы, а также различные непостоянные структуры — включения. v Цитоплазма представляет собой водянистое вещество – цитозоль (90 % воды) В состав цитоплазмы входят все виды органических и неорганических веществ. В ней присутствуют также нерастворимые отходы обменных процессов и запасные питательные вещества

Белки v высокомолекулярные органические вещества, состоящие из соединённых в цепочку пептидной связью альфа-аминокислот. v В живых организмах аминокислотный состав белков определяется генетическим кодом, при синтезе в большинстве случаев используется 20 стандартных аминокислот. Множество их комбинаций дают большое разнообразие свойств молекул белков. v Функции белков в клетках живых организмов более разнообразны, чем функции других биополимеров — полисахаридов и ДНК. Так, белкиферменты катализируют протекание биохимических реакций и играют важную роль в обмене веществ. Некоторые белки выполняют структурную или механическую функцию, образуя цитоскелет, поддерживающий форму клеток. Также белки играют важную роль в сигнальных системах клеток, при иммунном ответе и в клеточном цикле.

Аминокислоты (аминокарбо новые кисло ты) — органические соединения, в молекуле которых одновременно содержатся карбоксильные и аминные группы.

Незаменимые аминокислоты v Незаменимые аминокислоты — необходимые аминокислоты, которые не могут быть синтезированы в том или ином организме, в частности, в организме человека. Поэтому их поступление в организм с пищей необходимо. v Незаменимыми для взрослого здорового человека являются 8 аминокислот: валин, изолейцин, лизин, метионин, треони н, триптофан и фенилалани н; v Для детей незаменимыми также являются аргинин и гистидин.

Ферменты(энзимы) v обычно белковые молекулы или молекулы РНК (рибозимы) или их комплексы, ускоряющие (катализирующие) химические реакции в живых системах. Реагенты в реакции, катализируемой ферментами, называются субстратами, а получающиеся вещества — продуктами. v Ферменты выступают в роли катализаторов практически во всех биохимических реакциях, протекающих в живых организмах — ими катализируется более 4000 разных биохимических реакций. Ферменты играют важнейшую роль во всех процессах жизнедеятельности, направляя и регулируя обмен веществ организма. v Ферментативная активность может регулироваться активаторами и ингибиторами (активаторы — повышают, ингибиторы — понижают). v Белковые ферменты синтезируются на рибосомах, а РНК — в ядре.

Модель фермента нуклеозидфосфорилазы

Гемоглобин v сложный железосодержащий белок кровосодержащих животных, способный обратимо связываться с кислородом, обеспечивая его перенос в ткани. У позвоночных животных содержится в эритроцитах v Главная функция гемоглобина состоит в переносе кислорода. У человека в капиллярах лёгких в условиях избытка кислорода последний соединяется с гемоглобином. Током крови эритроциты, содержащие молекулы гемоглобина со связанным кислородом, доставляются к органам и тканям, где кислорода мало; здесь необходимый для протекания окислительных процессов кислород освобождается из связи с гемоглобином. Кроме того, гемоглобин способен связывать в тканях небольшое количество диоксида углерода (CO 2) и освобождать его в лёгких. Монооксид углерода (CO) связывается с гемоглобином крови намного сильнее (почти в 500 раз), чем кислород, образуя карбоксигемоглобин (Hb. CO).

Молекула гемоглобина: 4 субъединицы глобина окрашены в разные цвета

Эритроциты (от греч. ἐρυθρός — красный и κύτος — вместилище, клетка) высокоспециализированные клетки, функцией которых является перенос кислорода из лёгких к тканям тела и транспорт диоксида углерода (CO 2) в обратном направлении v Формирование эритроцитов (эритропоэз) происходит в костном мозге черепа, рёбер и позвоночника. Продолжительность жизни — 3— 4 месяца, разрушение (гемолиз) происходит в печени и селезёнке. v Наиболее специализированы эритроциты млекопитающих, лишённые в зрелом состоянии ядра и органелл и имеющие форму двояковогнутого диска, обуславливающую высокое отношение площади к объёму, что облегчает газообмен. Особенности цитоскелета и клеточной мембраны позволяют эритроцитам претерпевать значительные деформации и восстанавливать форму (эритроциты человека диаметром 8 мкм проходят через капилляры диаметром 2— 3 мкм)

ОПЛОДОТВОРЕНИЕ (сингамия) - слияние мужских и женских половых клеток (гамет) у растений, животных и человека, в результате чего образуется зигота, способная развиваться в новый организм. Оплодотворение лежит в основе полового размножения и обеспечивает передачу наследственных признаков от родителей потомкам.

Оплодотворенное яйцо является теперь одной клеткой, которая начинает делиться на две клетки; затем происходит следующее деление — возникает 4, 8, 16 клеток и так далее. При этом яйцо передвигается и попадает в матку. Оно зарывается в рыхлую слизистую оболочку, как в постельку. Его обслуживает богатая сеть кровеносных сосудов, которые приносят ценнейшие для его развития вещества. Так возникает зародыш человека. Человеческий зародыш сперва настолько мал, что бывает виден только в микроскоп. Очень скоро однако он развивается в чрезвычайно сложный дифференцированный организм! Его развитие отличается строгой закономерностью. Взгляните на рисунки, на которых изображено «дробление» яйца, то есть деление на все большее и большее число клеток. Возникает шарообразное тело, состоящее из размножившихся клеточек. При дальнейшем делении внутри шара возникает полость, тело увеличивается в объеме и в центре начинает слегка вдаваться внутрь; в конце концов одна из сторон полностью впячивается в полость. До этого момента все клетки были тождественны. Теперь все меняется. Группы клеток начинают дифференцироваться: одни становятся основой для кожи, из других возникают внутренние органы, отдельные части тела.

Воспроизводство - функция обеспечения продления рода, себе подобных. Более того, организм должен улучшать породу из поколения в поколение или менять, как минимум, передавать, накапливать информацию. Именно поэтому природа предусмотрела смерть, а не бесконечное улучшение организма - природа пытается исключить переход в тупик отдельной особи бесконечным развитием. Воспроизводство и улучшение приспособляемости - важнейшая функция и должна быть как у живых, так и искусственных организмов.

Деление клеток Деление клетки характерный именно для живых организмов процесс появления из родительской клетки двух и более новых клеток. Прокариотические клетки делятся надвое. Сначала клетка удлиняется. В ней образуется поперечная перегородка. Затем дочерние клетки расходятся. Эукариотические клетки делятся двумя способами: митоз и мейоз.

Митоз непрямое деление клетки, наиболее распространенный способ репродукции эукариотических клеток. Биологическое значение митоза состоит в строго одинаковом распределении хромосом между дочерними ядрами, что обеспечивает образование генетически идентичных дочерних клеток и сохраняет преемственность в ряду клеточных поколений. v Митоз — один из фундаментальных процессов онтогенеза. Митотическое деление обеспечивает рост многоклеточных эукариот за счёт увеличения популяции тканевых клеток. В результате митотического деления клеток меристем увеличиваются тканевые популяции растительных клеток. Дробление оплодотворённого яйца и рост большинства тканей у животных также происходит путём митотических делений v Первые описания митотических фаз и установление их последовательности были предприняты в 70— 80 -х годах XIX века. В конце 1870 -х — начале 1880 -х годов немецкий гистолог Вальтер Флемминг для обозначения процесса непрямого деления клетки ввёл термин «митоз»

Мейоз (от греч. meiosis — уменьшение) редукционное деление клетки — деление ядра эукариотической клетки с уменьшением числа хромосом в два раза. v разновидность митоза, в результате которого из диплоидных (2 п) соматических клеток половых желез образуются гаплоидные гаметы (1 n). При оплодотворении ядра гаметы сливаются, и восстанавливается диплоидный набор хромосом. Таким образом, мейоз обеспечивает сохранение постоянного для каждого вида набора хромосом и количества ДНК. v Мейоз представляет собой непрерывный процесс, состоящий из двух последовательных делений, называемых мейозом I и мейозом II. В каждом делении различают профазу, метафазу, анафазу и телофазу. v В результате мейоза I число хромосом уменьшается вдвое (редукционное деление): при мейозе II гаплоидность клеток сохраняется (эквационное деление). Клетки, вступающие в мейоз, содержат генетическую информацию 2 n 2 хр.

Соматическая клетка Соматические клетки (др. -греч. σῶμα — тело) — клетки, составляющие тело (сому) многоклеточных организмов и не принимающие участия в половом размножении (все клетки животного или растения за исключением половых клеток (гамет)).

Половая клетка Гаметы (от греч. γᾰμετή — жена, γᾰμέτης — муж) — репродуктивные клетки, имеющие гаплоидный (одинарный) набор хромосом и участвующие в гаметном, в частности, половом размножении. При слиянии двух гамет в половом процессе образуется зигота, развивающаяся в особь (или группу особей) с наследственными признаками обоих родительских организмов, продуцировавших гаметы. У некоторых видов возможно и развитие в организм одиночной гаметы (неоплодотворённой яйцеклетки) — партеногенез.

Хромосома (др. -греч. χρῶμα — цвет и σῶμα — тело)

v нуклеопротеидные структуры в ядре эукариотической клетки (клетки, содержащей ядро), которые становятся легко заметными в определённых фазах клеточного цикла (во время митоза или мейоза). v Хромосомы представляют собой высокую степень конденсации хроматина, постоянно присутствующего в клеточном ядре. Исходно термин был предложен для обозначения структур, выявляемых в эукариотических клетках, но в последние десятилетия всё чаще говорят о бактериальных хромосомах. В хромосомах сосредоточена большая часть наследственной информации.

Дезоксирибонуклеино вая кислота Дезоксирибонуклеи новая кислота (ДНК) макромолекула (одна из — трех основных, две другие — РНК и белки), обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов. ДНК содержит информацию о структуре различных видов РНК и белков.

В ДНК встречается четыре вида азотистых оснований (аденин, гуанин, тимин и цитозин). Азотистые основания одной из цепей соединены с азотистыми основаниями другой цепи водородными связями согласно принципу комплементарности: аденин соединяется только с тимином, гуанин — только с цитозином.

Расшифровка структуры ДНК (1953 г. ) стала одним из поворотных моментов в истории биологии. За выдающийся вклад в это открытие Фрэнсису Крику, Джеймсу Уотсону, Морису Уилкинсу была присуждена Нобелевская премия по физиологии или медицине 1962 г. Розалинд Франклин, которая получила рентгенограммы, без которых Уотсон и Крик не имели бы возможность сделать выводы о структуре ДНК, умерла в 1958 г. , а Нобелевскую премию не дают посмертно.

Геном v Гено м — совокупность наследственного материала, заключенного в клетке организма. Геном содержит биологическую информацию, необходимую для построения и поддержания организма. Большинство геномов, в том числе геном человека и геномы всех остальных клеточных форм жизни, построены из ДНК, однако некоторые вирусы имеют геномы из РНК. v Существует также и другое определение термина «геном» , в котором под геномом понимают совокупность генетического материала гаплоидного набора хромосом данного вида. v У человека (Homo sapiens) геном состоит из 23 пар хромосом, находящихся в ядре, а также митохондриальной ДНК. Двадцать две аутосомы, две половые хромосомы Х и Y, а также митохондриальная ДНК человека содержат вместе примерно 3, 1 млрд пар оснований.

Геном человека и вирус.

Репликация ДНК (от лат. replicatio, возобновление, повторение) Реплика ция ДНК— процесс синтеза дочерней молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты на матрице родительской молекулы ДНК. В ходе последующего деления материнской клетки каждая дочерняя клетка получает по одной копии молекулы ДНК, которая является идентичной ДНК исходной материнской клетки. Этот процесс обеспечивает точную передачу генетической информации из поколения в поколение. Репликацию ДНК осуществляет сложный ферментный комплекс, состоящий из 15— 20 различных белков, называемый реплисомой (англ. replisome).

Процесс репликации: раскручивание двойной спирали ДНК — синтез комплементарных цепей ДНК-полимеразой — образование двух молекул ДНК из одной.

Транскрипция (от лат. transcriptio — переписывание) Транскри пция(от лат. transcriptio — переписывание) — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос генетической информации с ДНК на РНК. Транскрипция (фотография под трансмиссионным электронным микроскопом). Begin — начало транскрипции, End — конец транскрипции, DNA — ДНК.

Схема обратной транскрипции

Трансляция (от лат. translatio — перевод) — процесс синтеза белка из аминокислот на матрице информационной (матричной) РНК (и. РНК, м. РНК), осуществляемый рибосомой. Общая схема трансляции.

Рибосома (от «рибонуклеиновая кислота» и греч. «сома» – тело) Рибосо ма— важнейший немембранный органоид живой клетки сферической или слегка эллипсоидной формы, диаметром от 15— 20 нанометров (прокариоты) до 25— 30 нанометров (эукариоты), состоящий из большой и малой субъединиц. Рибосомы служат для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК, или м. РНК. Этот процесс называется трансляцией.

Схема синтеза рибосом в клетках эукариот.

Грегор Иоганн Мендель австрийский биолог и ботаник, сыгравший огромную роль в развитии представления о наследственности. Открытие им закономерностей наследования моногенных признаков (эти закономерности известны теперь как Законы Менделя) стало первым шагом на пути к современной генетике.

Законы Менделя v Закон единообразия гибридов первого поколения (первый закон Менделя) — при скрещивании двух гомозиготных организмов, относящихся к разным чистым линиям и отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных проявлений признака, всё первое поколение гибридов (F 1) окажется единообразным и будет нести проявление признака одного из родителей.

v Закон расщепления (второй закон Менделя) — при скрещивании двух гетерозиготных потомков первого поколения между собой во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом отношении: по фенотипу 3: 1, по генотипу 1: 2: 1. v Закон независимого наследования (третий закон Менделя) — при скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум (и более) парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях (как и при моногибридном скрещивании). Когда скрещивались растения, отличающиеся по нескольким признакам, таким как белые и пурпурные цветы и желтые или зелёные горошины, наследование каждого из признаков следовало первым двум законам и в потомстве они комбинировались таким образом, как будто их наследование происходило независимо друг от друга. Первое поколение после скрещивания обладало доминантным фенотипом по всем признакам. Во втором поколении наблюдалось расщепление фенотипов по формуле 9: 3: 3: 1, то есть 9: 16 были с пурпурными цветами и желтыми горошинами, 3: 16 с белыми цветами и желтыми горошинами, 3: 16 с пурпурными цветами и зелёными горошинами, 1: 16 с белыми цветами и зелёными горошинами.

Рецессивный признак — признак, не проявляющийся у гетерозиготных особей вследствие подавления проявления рецессивного аллеля. Рецессивные признаки — признаки, проявление которых у гибридов первого поколения подавлено при условии скрещивания двух чистых линий, одна из которых гомозиготна по доминантному аллелю, а другая — по рецессивному. В этом случае (при моногибридном скрещивании) в соответствии с законом расщепления во втором поколении рецессивный признак вновь проявляется примерно у 25 % гибридов. Доминантный признак — признак, проявляющийся у гибридов первого поколения при скрещивании чистых линий. Результат наличия доминантного аллеля. Обычно «дикий тип» , то есть вариант, присущий большинству особей природных популяций — это доминантный признак. Например, чёрная окраска перьев у грачей — доминатный признак, а редко встречающаяся белая окраска, вызванная неспособностью синтезировать пигмент — рецессивный. Доминантные признаки могут быть обусловлены генами, расположенными в неполовых (аутосомах) хромосомах или в половых хромосомах (признаки, сцепленные с полом). В первом случае признак называется доминантно-аутосомным.

Хуго Де Фриз Термин «мутация» ввел голландский ботаник Гуго де Фриз — один из трех ученых, вторично открывших законы Менделя. Де Фриз производил опыты по скрещиванию различных форм ночной красавицы и других растений, встречающихся в Голландии в диком состоянии. Пересаживая эти растения в свой сад и скрещивая их друг с другом, он обнаружил, что при этом часто появляются необычные формы, резко отличающиеся от первоначального дикого типа. Эти новые формы сохраняли свои новые особенности и в последующих поколениях. Именно для таких внезапных изменений де Фриз придумал название мутации. О подобных отклонениях (которые прежде называли «спортами» ) упоминал еще Дарвин, но он полагал, что они возникают слишком редко и поэтому не могут иметь значения для эволюции.

Де Фриз пришёл к убеждению, что новые виды не возникают путём постепенного накопления непрерывных флюктуационных изменений, как считали дарвинисты, а путем внезапного появления резких изменений, превращающих один вид в другой. Бесчисленные эксперименты по скрещиванию растений и животных, проведенные после 1900 года, показали, что подобные мутации происходят постоянно и что их фенотипические эффекты могут иметь приспособительное значение и способствовать выживанию. С развитием теории гена термин мутация стали использовать для обозначения внезапных, скачкообразных случайных изменений в генах (или хромосомах).

Хуго Де Фриз

Мута ция(лат. mutatio — изменение) — стойкое (то есть такое, которое может быть унаследовано потомками данной клетки или организма) преобразование генотипа, происходящее под влиянием внешней или внутренней среды. Термин предложен Гуго де Фризом. Процесс возникновения мутаций получил название мутагенеза. Главный мутаген табачного дыма — бензпирен — связанный с одним из нуклеотидов молекулы ДНК.

Модификация — (позднелат. modificatio — установление меры, от лат. modus — мера, вид, образ, преходящее свойство и лат. facio — делать), преобразование, усовершенствование, видоизменение чего-либо с приобретением новых свойств. Модификации — качественно различные состояния или разновидности чего-либо.

Август Вейсман Создателем первой теории наследственности, показавшей биологам путь к решению ряда вопросов в этой области, был немецкий зоолог Август Вейсман. Именно его теория непрерывности зародышевой плазмы, опубликованная в 1855 г. , в значительной мере привлекла внимание многих ученых к экспериментальному и теоретическому исследованию зародышевой клетки - носительницы наследственности. Вейсман высказал и доказал правильность мнения о том, что переход родительских свойств на потомство зависит от прямой передачи родителями некоего материального вещества, оказывающего влияние на развитие потомства. Это гипотетическое вещество, по мнению Вейсмана, заключено в хромосомах и хроматине.

Клонирование (англ. cloning от др. -греч. κλών — «веточка, побег, отпрыск» ) появление естественным путем или получение нескольких генетически идентичных организмов путем бесполого (в том числе вегетативного) размножения. Термин «клонирование» в том же смысле нередко применяют и по отношению к клеткам многоклеточных организмов. Клонированием называют также получение нескольких идентичных копий наследственных молекул (молекулярное клонирование). Наконец, клонированием также часто называют биотехнологические методы, используемые для искусственного получения клонов организмов, клеток или молекул. Группа генетически идентичных организмов или клеток — клон.

Генетически модифицированный организм, генотип которого был искусственно изменён при помощи методов генной инженерии. Это определение может применяться для растений, животных и микроорганизмов. Генетические изменения, как правило, производятся в научных или хозяйственных целях. Генетическая модификация отличается целенаправленным изменением генотипа организма в отличие от случайного, характерного для естественного и искусственного мутационного процесса.

Интерферон (от лат. inter — взаимно, между собой и ferio — ударяю, поражаю), защитный белок, вырабатываемый клетками в организме млекопитающих и птиц, а также культурами клеток в ответ на заражение их вирусами. Подавляет размножение (репликацию) вирусов в клетке.

Вирус Ви рус (лат. virus — яд)— неклеточный инфекционный агент, который может воспроизводиться только внутри живых клеток[3]. Вирусы поражают все типы организмов, от растений и животных до бактерий и архей[4] (вирусы бактерий обычно называют бактериофагами). Обнаружены также вирусы, поражающие другие вирусы (вирусы-сателлиты).

Гибрид Гибри д(от лат. hibrida, hybrida — помесь) — организм (клетка), полученный вследствие скрещивания генетически различающихся форм. Понятие гибрид особенно распространено в ботанике, но применяется и в зоологии. Гибрид зебры и домашнего осла

Гибрид льва и тигрицы

Николай Иванович Вавилов - выдающийся отечественный генетик, селекционер, агроном, ботаник, географ-путешественник. Его вклад в науку биологию и географию культурных растений - общепризнан во всем мире. Одаренный исключительной способностью к теоретическим обобщениям, он создал стройные теории, прочно вошедшие в сокровищницу мировой науки, и сделал многое для поднятия нашей биологической и сельскохозяйственной науки. Закон вскрыл важную закономерность эволюции: у близких видов и родов возникают сходные наследственные изменения. Используя этот закон, по ряду признаков и свойств одного вида или рода можно предвидеть наличие сходных форм и у другого вида или рода. Закон параллельной изменчивости близких родов и видов, установленный Н. И. Вавиловым и связываемый с общностью происхождения, развивающий эволюционное учение Ч. Дарвина, был по достоинству оценен мировой наукой.

Томас Хант Морган (1866 -1945) — американский биолог, один из основоположников генетики, иностранный член-корреспондент РАН (1923) и иностранный почетный член АН СССР (1932). Президент Национальной АН США (1927 -31). Работы Моргана и его школы (Герман Джозеф Меллер, Алфред Генри Стертевант и другие) обосновали хромосомную теорию наследственности; установленные закономерности расположения генов в хромосомах способствовали выяснению цитологических механизмов законов Менделя Грегора Менделя и разработке генетических основ теории естественного отбора. Получил Нобелевскую премию в 1933 году.

Спасибо за внимание!!!