Лекция 13 Биологическая картина мира продолжение n n

Лекция 13 Биологическая картина мира (продолжение) n n n Молекулярно-генетический уровень Белки. Их строение и функции Генетика. Строение ДНК Клеточный уровень Использование генетической информации в процессах жизнедеятельности. Синтез белка

ОСНОВНЫЕ УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОГО УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЕДИНИЦЫ ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ Молекулярногенетический Ген – фрагмент ДНК Редупликация ДНК (самовоспроизведение) Клеточный Клетка Клеточный метаболизм Онтогенетический (организменный) Особь Закономерные изменения организма Популяционновидовой Популяция Изменение генотипического состава популяции Биогеоценотический Биогеоценоз (экологическая система) Обмен веществом, энергией и информацией между компонентами биогеоценоза Биосферный Биосфера (совокупность биогеоценозов) Обмен веществом, энергией и информацией между биогеоценозами Ноосферный Ноосфера (сфера разума) Разумная (рациональная) деятельность человека, обусловленная процессом мышления Пневмасфера (сфера духа) Духовная (иррациональная) деятельность человека, определяемая волей, интуицией, чувством, верой, нравственностью и т. п. Пневмасферный

Молекулярно-генетический уровень Основу живых организмов составляют Биополимеры Белки Нуклеиновые кислоты Полисахариды

Белки n n n n n Белок – высокомолекулярный природный полимер, построенный из аминокислот, соединённых пептидной связью Структурные элементы белка: 20 аминокислот Природный белок содержит десятки или сотни аминокислот Молекулярная масса белка составляет от 10 тысяч до 1 миллиона а. е. м. На долю белков приходится до 50% сухой массы клетки Структура белка Первичная – цепь аминокислот Вторичная – закручивание цепи по винтовой линии Третичная – укладка пространственной спирали Четвертичная – образование агрегатов CH 2 SH H C NH 2 COOH Пример структуры аминокислоты (цистеин)

Основные функции белков в живом организме Строительная Составляют основу элементов клеток, костной соединительной ткани, шерсти, сосудов и т. д. и Каталитическая Все реакции в клетке катализируются особыми белками – ферментами. Двигательная Сократительные белки обеспечивают все виды движений – сокращение мышц и т. п. Транспортная Перенос ионов, липидов, сахаров и т. д. Например, гемоглобин переносит кислород Защитная Чужеродные вещества, внедрённые в организм, нейтрализуются особыми белками – антителами Энергетическая Преобразование и утилизация энергии, поступающей в организм с питанием Регуляторная Регуляторные белки контролируют биосинтез белков и нуклеиновых кислот (например гормоны) Информационная Рецепторные белки

Нуклеиновые кислоты n Нуклеиновые кислоты – биополимеры, осуществляющие хранение и передачу генетической информации во всех живых организмах. А именно – воспроизводство белков той же структуры и того же состава, что и у материнской клетки. n n ДНК – дезоксирибонуклеиновая кислота РНК – рибонуклеиновая кислота Генетика – отрасль биологии, изучающая закономерности наследственности и изменчивости живых организмов Генетический признак – любое свойство объекта, по которому существуют качественные или количественные различия, четко передаваемые из поколения в поколение

Строение дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) Дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) – биологический полимер, состоящий из двух полинуклеотидных цепей, соединённых друг с другом. Мономерами – струтурными составными единицами ДНК – явлются нуклеотиды Ф Остаток фосфорной кислоты OH P O OH Д Дезоксирибоза (сахар) А (Т, Г, Ц) Азотистое основание: А – аденин Т тимин Г – гуанин Ц – цитозин

Первичная структура ДНК Ф Д Т Д А Д Ц Д Г Д А Ф Первичная структура ДНК представляет собой полинуклеотидную цепь. Она образуется путём образования ковалентных связей между дезоксирибозой одного и остатком фосфорной кислоты другого нуклеотида Ф Ф Ф

Вторичная структура ДНК Ф Д Ф Д А Г Т Ц А Г Ф Д Ф Д Азотистые основания могут образовывать непосредственно друг с другом водородные связи. При этом аденин связывается только с тимином, а гуанин только с цитозином. Это свойство нуклеотидов называется комплементарностью. В результате образуется двойная цепочка взаимно комплементарных нуклеотидов – вторичная структура ДНК.

Третичная структура ДНК представляет собой трёхмерную спираль: § Диаметр спирали 2 нм § Длина шага 3, 4 нм § 1 виток – 1 - пар нуклеотидов

Пространственные модели левозакрученной (а) и правозакрученной (б) спиралей ДНК а б

Кодирование генетической информации n n n Ген – отрезок молекулы ДНК, содержащий информацию о структуре белка. Молекула ДНК фактически представляет собой набор нескольких сот генов. Г. А. Гамов в 1954 г. : кодирование генетической информации в молекулах ДНК осуществляется сочетанием нескольких нуклеотидов Триплетный код: каждая аминокислота шифруется тремя нуклеотидами, стоящими рядом в молекуле ДНК. Эта последовательность нуклеотидов называется триплет или кодон: Триплет ГЦА ТЦЦ ТАТ ГТА ТТТ Аминокислота аланин серин тирозин валин фенилаланин

Редупликация молекул ДНК Главное свойство молекулы ДНК, позволяющее использовать её для хранения наследственной информации, является способность к самокопированию - редупликации

Основные этапы развития генетики 1. Грегор Мендель (1822 -1884). В 1865 г. Открыл 2. 3. 4. 5. 6. 7. законы наследственности Август Вейсман (1834 -1914). Показал, что половые клетки обособлены от остального организма Гуго Де Фриз (1848 -1935). Открыл существование наследуемых мутаций Томас Морган (1866 -1945). Создал хромосомную теорию наследственности, по которой каждому виду присуще своё число хромосом Г. Миллер. В 1927 г. установил, что генотип может изменяться под действием рентгеновских лучей Дж Бидл и Э. Татум. В 1941 г. выявили генетическую основу процессов биосинтеза Джеймс Уотсон и Френсис Крик. В 1953 г. предложили модель молекулярной струтуры ДНК и механизм её репликации

Законы Менделя Скрещивая гладкий и морщинистый сорта гороха, Мендель установил следующие законы наследственности: 1. Закон единообразия: У гибридов первого поколения проявляются признаки только одного родителя – доминантный признак). Подавляемый признак – рецессивный признак. 2. Закон расщепления: в потомстве, полученном от скрещивания гибридов первого поколения, четверть особей имеют рецессивный признак, а три четверти – доминантный. 3. Закон независимого комбинирования: расщепление по каждой паре признаков идёт независимо от других пар признаков.

Хромосомы Ø Хромосомы представляют собой мультимолекулярные агрегаты, образованные преимущественно молекулами ДНК и белка. Свойства хромосом 1. Во всех соматических клетках организма число хромосом одинаково (диплоидный набор) 2. В половых клетках содержится вдвое меньше хромосом, чем в соматических клетках (гаплоидный набор) 3. У всех организмов одного вида число хромосом одинаково: n Человек – 23 пары n Голубь – 40 пар 4. В соматических клетках одна хромосома от отцовского организма и одна – от материнского. Поэтому их число всегда чётно

Строение хромосом А – типы хромосом; Б, В – тонкое строение хромосом: 1 – центромера; 2 – спирально закрученная нить ДНК; 3 – хроматиды; 4 – ядрышко

Эксперименты Менделя В зародышевую клетку попадают два наследственных задатка – от каждого из родителей. Если они неодинаковые, то у гибрида проявляется один – доминантный признак. Д Д Р Исходные родительские семена Гибриды первого поколения Гибриды второго поколения

Схематическое изображение клетки

Жизненный цикл клетки многоклеточного организма § А – митотический цикл; § Б – переход в дифференцированное состояние; § В – гибель клетки § 2 п – двойной набор хромосом § 2 с – количество ДНК в двойном наборе хромосом; § 4 с – удвоенное количество ДНК

Схема митоза § § § А, Б –интерфаза; В, Г – профаза; Д – метафаза; Е – анафаза; Ж, З – телофаза: 1. 2. 3. 4. 5. 6. центромера; ядрышко; центриоль; хромосома; ядерная оболочка; веретено.

Синтез и. РНК (транскрипция). В месте синтеза и. РНК цепи ДНК расходятся (расплетаются)

Схема строения т. РНК § : А, Б, В, Г – участки комплементарного соединения внутри одной цепочки РНК; § Д – активный центр (участок соединения с аминокислотой); § Е – участок комплементарного соединения с молекулой и. РНК

Соотношение последовательности триплетов ДНК, РНК и аминокислот в белковой молекуле

т. РНК Большая субъединица рибосомы и. РНК Малая субъединица рибосомы Синтез белковой молекулы. Аминокислоты: Ала – аланин; Вал – валин; Лей – лейцин; Три – триптофан; Фен – фенилаланин