Решающее доказательство того что днк является носителем генетической информации было получено

71 год назад ученые доказали, что носителем наследственной информации является ДНК

Даже в начале ХХ века многие биологи считали, что ДНК не имеет никакого отношения к передаче информации.

(Казань, 4 февраля, «Татар-информ»). 4 февраля 1944 года в США увидел свет номер «The Journal of Experimental Medicine» со статьей об одном из важнейших открытий в биологии. Освальд Эйвери (1877–1955) и его сотрудники Колин Маклауд и Маклин Маккарти в исследованиях, проведенных в лаборатории Рокфеллеровского медицинского института (Нью-Йорк), доказали, что носителем наследственной информации является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

ДНК была открыта Иоганном Фридрихом Мишером в 1869 году. Биологическая функция новооткрытого вещества была неясна, и долгое время ДНК считалась запасником фосфора в организме. Более того, даже в начале ХХ века многие биологи считали, что ДНК не имеет никакого отношения к передаче информации, поскольку строение молекулы, по их мнению, было слишком однообразным и не могло содержать закодированную информацию.

Постепенно было доказано, что именно ДНК, а не белки, как считалось раньше, является носителем генетической информации. Одно из первых решающих доказательств принесли эксперименты О.Эйвери, К.Маклауда и М.Маккарти по трансформации бактерий (1944). Им удалось показать, что за так называемую «трансформацию» (приобретение болезнетворных свойств безвредной культурой в результате добавления в нее мертвых болезнетворных бактерий) отвечают выделенные из пневмококков ДНК.

Вплоть до 1950-х годов точное строение ДНК, как и способ передачи наследственной информации, оставалось неизвестным. Хотя и было доподлинно известно, что ДНК состоит из нескольких цепочек, состоящих из нуклеотидов, никто не знал точно, сколько этих цепочек, и как они соединены.

Структура двойной спирали ДНК была предложена Френсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в 1953 году на основании рентгеноструктурных данных, полученных Морисом Уилкинсом и Розалинд Франклин, и «правил Чаргаффа», согласно которым в каждой молекуле ДНК соблюдаются строгие соотношения, связывающие между собой количество азотистых оснований разных типов. Позже предложенная Уотсоном и Криком модель строения ДНК была доказана, а их работа отмечена Нобелевской премией по физиологии и медицине 1962 года.

По материалам Calend.ru

Следите за самым важным и интересным в Telegram-канале Татмедиа

Источник

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ДОКАЗАТЕЛЬСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОЙ РОЛИ НУКЛЕИНОВОЙ КИСЛОТЫ

История изучения нуклеиновых кислот начинается с 1869 г., когда швейцарский химик Ф.Мишер обнаружил в клеточном ядре осо­бые вещества, обладающие свойствами кислот. Он дал им название нуклеиновых кислот (от лат. пис1еиз — ядро). В опытах английского бактериолога Ф.Гриффитса (1928) была продемонстрирована способность пневмококков к трансформации, было выдвинуто предположение о том, что «транс­формирующий агент», отождествляемый с «веществом наследствен­ности», находится в ядре. Суть эксперимента Гриффитса заключа­лась в следующем. При введении мышам непатогенных штаммов пневмококков (рис. 1.) животные не заболевали (Б). При введе­нии патогенных штаммов мыши гибли (А), однако при введении патогенных микробов, убитых нагреванием, мыши оставались здо­ровыми (В). Гриффитс показал, что при одновременном введении живых непатогенных и убитых патогенных микробов мыши погибали (Г). Гриффитс заключил, что живые микробы непатогенного штамма в присутствии клеток штамма патогенного приобретают наследственно закрепленные свойства патогенности (трансформируются). В последующем было доказано, что трансформация происходит не только в живом организме, но и in vitro, т.е. в пробирке. Следующее замечательное открытие принадлежит О. Эвери, К.МакЛеод и М.МакКарти, которые в 1944 г. точно определили химическую природу «трансформирующего агента» и идентифицировали его как дезоксирибонуклеиновую кислоту. Чистая ДНК, выделенная из клеток патогенного штамма, при добавлении в кулътуру непатогенных клеток

Рис. 1. Схема эксперимента Ф. Гриффитса.

трансформировала последние, придавая им свойства патогенности. Это новое свойство передавалось при дальнейшем размножении. При обработке трансформирующе­го агента специфическими веществами, разрушающими ДНК, трансформация не осуществлялась. Таким образом, было получе­но прямое доказательство генетической роли ДНК. Еще одним шагом в доказательстве генетической роли нуклеиновой кислоты является открытие правила эквивалентности,согласно которому в ДНК, выделенных из организмов различных видов, соотношение пуриновых и пиримидиновых оснований всегда одно и то же и составляет 1:1. Второе доказательство роли ДНК в передаче наследственной информации получили Н. Зиндер и Дж. Ледерберг. В 1952 г. они описали явление трансдукции. Они взяли U-образную трубку, между коленами которой находился антибактериальный фильтр. В одно колено поместили бактерии, способные синтезировать триптофан лизогенным бактериофагом, а в другое – триптофан не синтезирующий штамм. Через некоторое время в первом колене погибли все бактерии, а во втором штамм неспособный к синтезу триптофана получил эту способность. То есть произошла трасдукция – способность бактериофагов переносить фрагменты ДНК от одного штамма бактерий к другому и передавать соответствующие свойства. К началу 50-х гг. было получено множество данных (на различ­ных объектах), свидетельствующих об универсальности ДНК как носителя генетической информации. Вирусы, как было сказано ранее, имеют относительно простое строение: они состоят из бел­ковой оболочки, содержащей атомы серы, и заключенной внутри нее молекулы нуклеиновой кислоты, содержащей атомы фосфора. В 1952 г. А. Херши и М. Чейз проводили эксперименты с бактерио­фагом Т2 — особым видом вируса, убивающим зараженную бакте­риальную клетку (отсюда и название «бактериофаг», т.е. пожира­тель бактерии). Бактериофаг, проникая в кишечную палочку, быстро в ней размножается. Экспериментаторы размножали бактериофаги в клетках Е. coli, которые росли на двух различных средах: на среде, содержащей радиоактивный изо­топ серы ( 35 S), и на среде, содержащей радиоактивный изотоп фосфора ( 32 Р). Фаги, которые размножились на клетках, выросших на среде с радиоактивным изотопом серы, включали 35 S только в свои белковые оболочки. Фаги, размножившиеся на клетках, ко­торые выросли на среде с радиоактивным фосфором, содержали ДНК, меченную 32 Р. Затем полученными бактериофагами заража­ли клетки Е. соli, выращенные на обычной среде. Через короткое время эти клетки интенсивно встряхивали, чтобы отделить бакте­риофаги от стенок Е. coli. Затем делали анализ бактерии на наличие радиоактивности. Оказалось, что бактерии, зараженные фагами, выросшими на 35 S, не содержали радиоактивной метки, в то вре­мя как бактерии, зараженные фагами, размножившимися на 32 Р, были радиоактивными. Полученные результаты позволили авторам сделать два принципиальных вывода: 1) в бактериальную клетку проникает только фаговая ДНК, которая, размножаясь в клетке Е. соli, дает начало многочисленному потомству; 2) наследствен­ным материалом является ДНК, которая определяет не только струк­туру и свойства ДНК потомства, но и свойства фаговых белков. В 1953 г. Дж.Уотсон и Ф. Крик на основании результатов рентгеноструктурного анализа и биохимических данных предложили про­странственную модель структуры ДНК, объясняющую все ее свой­ства. Согласно предложенной модели молекула ДНК состоит из двух комплементарных (соответствующих) нитей. М. Мезельсон и Ф. Сталь доказали полуконсервативный механизм репликации (удвоения) ДНК. Выяснение структуры и функции нуклеиновых кислот позво­лило понять, каким образом живые организмы воспроизводят себя и как осуществляются кодирование генетической информации, ее хранение и реализация, необходимые для протекания всех жизненных процессов. К настоящему времени существенным образом обогащены знания о структуре и функции ДНК, значительно расширены возможности для исследований. Было обнаружено, что ДНК может как повреждаться, так и восстанавливаться, что молекулы ДНК мо­гут обмениваться друг с другом частями, закручиваться и раскру­чиваться. Было показано, что ДНК служит матрицей для синтеза РНК, а также сама способна синтезироваться в процессе обратной транскрипции с РНК. ДНК функционирует не только в ядре, но и в митохондриях. В настоящее время исследователи способны опре­делять последовательность нуклеиновых оснований в ДНК и осу­ществлять ее синтез.

Дата добавления: 2015-06-10 ; просмотров: 710 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Прямые доказательства генетической роли ДНК

Лекция

Молекулярные основы наследственности

Классическая генетика

В основе открытий Г. Менделя о закономерностях наследования признаков (1865) лежит представление о дискретности – генетический материал состоит из дискретных единиц наследственности – генов. Вторичное открытие законов Менделя (1900) привело к бурному развитию менделевской генетики.

В начале XX в. Т. Морганом и его сотрудниками была доказана физическая связь между геном и хромосомой.

Несмотря на бурное развитие генетики основная концепция генетики – концепция гена – оставалась лишенной материального содержания. Что представляет собой образующее ген вещество, способное к саморепликации, мутациям и фенотипическому проявлению? В 1950 г. Г. Меллер писал: «…. истинная сущность генетической теории все еще покоится в глубинах неизвестного».

К началу 40-ых годов в результате принципиально новых подходов (физических и химических методов) создались реальные условия для раскрытия материальной основы гена, ранее абстрактного и неделимого. Многие физики обратились к решению биологических проблем, среди которых – какая физическая основа генетической информации.

Нильс Бор выдвинул идею, что некоторые биологические явления, возможно, нельзя будет объяснить полностью, исходя лишь из традиционных физических понятий. В 1935 г. ученик Н. Бора Макс Дельбрук в статье «О природе генных мутаций и структуре гена» писал, что именно генетика является той областью, в которой объяснения с позиций физики и химии могут оказаться «недостаточными» в том смысле, который имел в виде Бор. Так, например, невозможно описать классической физикой квантового поведения.

Значительным толчком к изучению природы гена послужил обзор Э. Шредингера « Что такое жизнь с точки зрения физика» (1945).

Нуклеиновые кислоты – носители наследственной информации

История изучения нуклеиновых кислот начинается с открытия швейцарского биохимика Фридриха Мишера, который в 1869 г. выделил из клеток гноя вещество и назвал его «нуклеином». Дальнейшие исследования спермы лосося выявили, что «нуклеин» обладает кислотными свойствами и его стали называть нуклеиновой кислотой.

Существует два типа нуклеиновых кислот – дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и рибонуклеиновая кислота (РНК). С помощью химического анализа и гистохимических методов окрашивания было установлено, что ДНК содержится в ядре клетки и, по-видимому, локализуется в хромосомах, тогда как РНК обнаруживается повсеместно – и в ядре, и в цитоплазме.

В клеточном ядре ДНК обнаруживается в виде нуклеопротеида. До 1944 г. о химическом составе и структуре хромосом и генов было известно крайне мало. Предполагалось, что генетическим материалом могут служить как нуклеиновые кислоты, так и хромосомные белки.

Генетические функции хромосом, такие как способность определять развитие признаков, способность к самоудвоению до начала 40-ых годов XX в. большинство ученых связывали с белками, так как белок может принимать множество уникальных конфигураций.

Косвенные доказательства генетической роли ДНК

1. ДНК присутствует во всех клетках – растительных, животных и бактериальных и содержится фактически только в ядрах этих клеток.

2. Все соматические клетки одного вида содержат строго постоянное количество ДНК независимо от их функциональной дифференцировки и метаболического состояния в противоположность РНК.

3. В гаплоидных зародышевых клетках количество ДНК составляет половину количества ДНК в диплоидных соматических клетках, то есть количество ДНК изменяется прямопропорционально плоидности соматических клеток.

4. Обнаружена прямая зависимость между поглощением УФ лучей определенной волны и количеством наследственных изменений у микроорганизмов. Максимальным мутагенным действием обладают УФ лучи той части спектра, (2537 А), в которой специфически поглощают нуклеиновые кислоты.

Прямые доказательства генетической роли ДНК

Исследования, поведенные период с 1944 по1953 гг., доказали, что генетическую основу жизненных процессов составляет молекула ДНК.

Ранние генетические исследования были сконцентрированы на высших организмах, но первые сведения о физических и химических основах наследственности были получены при работе с микроорганизмами. Бактерии, вирусы оказались удобными объектами для исследования наследственности и природы генетического материала.

Преимущества микроорганизмов как генетических объектов:

1. Они обычно гаплоидны, нет перекрытия рецессивных генов доминантными, что позволяет сразу проявляться мутантному гену.

2. При размножении создают точные копии самих себя.

3. Скорость размножения. В питательной среде за один день плотность популяции, возникшей из одной клетки Escherichia coli, может достигнуть 2-3 10 9 бактерий в миллилитре.

Наиболее интенсивно исследуемый вид бактерий Escherichia coli – кишечная палочка.

Уникальная роль нуклеиновых кислот в передаче наследственной информации была показана в опытах трех совершенно различных типов.

1. ДНК – трансформирующий фактор пневмококка (Diplococcus pneumoniae).

Явление трансформации впервые обнаружил английский бактериолог Фредерик Гриффит в 1928 г. при изучении пневмококковой инфекции у мышей. Имеются вирулентные и невирулентные штаммы этого микроорганизма. Вирулентные штаммы вызывают заболевание пневмонией и образуют на твердой питательной среде гладкие блестящие колонии, обзначаемые буквой S (от англ. smooth – гладкий). Вирулентность определяется капсульным полисахаридом, расположенным на поверхности клеточной стенки. Несколько разных «типов» пневмококков несут различные полисахариды: тип I, тип II, тип III.

Любой из этих типов может дать мутантов, неспособных к образованию капсульных полисахаридов (утрачивается ферментативная активность, необходимая для синтеза слизистых оболочек). Невирулентные штаммы на твердой питательной среде образуют шероховатые колонии, обозначаемые букой R (от англ. rough – шероховатый). При инфицировании они фагоцитируются в организме животного и не вызывают воспаление легких.

R бактерии размножаются также успешно, как и S бактерии. Мутация S R идет исключительно в одном направлении, обратные мутации R S восстанавливают способность синтеза полисахаридной капсулы, тип которой в ривертантах всегда совпадает с типом полисахарида исходного родительского типа: I S I R, II S II R, III S III R и т.д ( различные серотипы).

1. Инъекция бактериями R штамма – мыши выживали.

2. Инъекция бактериями S штамма, убитых нагреванием – мыши выживали. При t = 65 0 C прекращается ферментативная активность бактериальной клетки, но сохраняется активность трансформирующего фактора.

3. Инъекция смеси клеток – штамма типа II R вместе с убитыми нагреванием клетками III S – мыши погибали от пневмококковой инфекции, вызванной вирулентными бактериями III S. Тот факт, что вирулентные бактерии синтезируют полисахаридную капсулу типа III, а не II, свидетельствовало о том, что эти клетки не могли возникнуть в результате обратной мутации в клетках II R (II R II S).

Вывод: какой-то компонент мертвых бактерий типа III S может трансформировать живых бактерий типа II R так, что они начинают синтезировать капсульный полисахарид типа III S.

Впоследствии трансформация невирулентных штаммов в вирулентные была обнаружена и в лабораторной культуре клеток. Метод in vitro (в пробирке) позволил исследовать природу трансформирующего фактора убитых нагреванием клеток III S непосредственно, не вводя их мышам и не дожидаясь гибели последних.

Механизм трансформации: фрагменты ДНК, в том числе содержащие ген, ответственный за синтез полисахарида, из убитых нагреванием клеток S попадают в R-клетки и посредством рекомбинации включаются в их ДНК.

Фундаментальное значение этого открытия не было оценено по следующим причинам:

1. Знания о химической структуре ДНК были неполными и неправильно интерпретировались. Считалось, что ДНК недостаточно сложноорганизованное химическое вещество для содержания огромного количества информации.

2. Многие ученые полагали, что химической основой генов служат белки, относительно которых было известно, что они устроены сложно, тогда как ДНК была оставлена роль структурного вещества.

3. Изучение наследственных основ бактерий в 1944 г. только начиналось, и не было установлено, что бактериальные гены во всех отношениях аналогичны генам высших организмов.

2. Нуклеиновые кислоты – наследственный материал вирусов

Бактериофаг Т2 – это вирус, инфицирующий бактериальную клетку E. сoli (от. греч фагиен – пожиратель). Вирус содержит ДНК (50 %), заключенную в белковую оболочку. При инфекции бактериальной клетки вирусная частица абсорбируется на клеточной поверхности, фаг прикрепляется к поверхности бактериальной клетки с помощью хвостовых нитей (фибрилл), расщепляет ферментами мембрану клетки и впрыскивает ДНК, белковая оболочка при этом остается на поверхности клетки. Вирусы паразитируют на генетическом уровне, фаговая ДНК разрушает бактериальную ДНК и использует ферментативную систему бактериальной клетки для синтеза вирусных частиц.

После заражения в клетке E. сoli образуются новые вирусные частицы и через 20 мин. при =37 С бактериальная клетка лизируется и около 100 дочерних вирусных частиц, идентичных обычно заразившей клетку частице, выходит наружу.

В 1952 г. Альфред Херши и Марта Чейз доказали роль ДНК для синтеза новых вирусных частиц.

Белок фага был помечен радиоактивным изотопом серы 35 S, лишь белковая составляющая содержит серу в составе аминокислот метионина и цистеина. ДНК пометили радиоактивным изотопом фосфора 32 Р, около 99 % 32 Р в фаге приходится на ДНК. Для введения меток, бактериофагом заражали бактериальные клетки, культивируемые в среде, компоненты которой содержали соответствующие изотопы. Меченными бактериофагами заражали клетки E. сoli, не содержащие 35 S и 32 Р.

Неадсорбированные частицы удаляли методом центрифугирования, Инфицированные бактерии подвергались сильному встряхиванию и разделяли полученный препарат путем центрифугирования на две фракции. Одна фракция содержала пустые фаговые оболочки, отделившиеся от клеточной стенки бактерий, при этом отделяется большая часть меченного белка 35 S (75-80 %). Другая фракция – сами бактерии, большая часть меченной 32 Р ДНК не отделяется при этом от бактериальной клетки, она оказалась внутри инфицированных бактерий. 20 % фаговой серы, которую не удается отделить от поверхности бактериальной клетки, составляют части отростков, прочно прикрепленных к поверхности бактерии и не отделяющиеся при втсряхивании.

В потомстве фага, образованном после инфицирования было найдено примерно 30 % исходной метки 32 Р, а от исходного белка менее 1 %.

Вывод:для образования копий фага в зараженнойбактериальной клетке существенна лишь ДНК родительского фага, тогда как новые фаговые частицы содержат как ДНК, так и белок. Было высказано проедположение, что белковый компонент фага защищает ДНК от расщепляющих ферментов и обеспечивает попадание ДНК в бактериальную клетку, тогда как ДНК представляет сбой собственно вещество наследственности.

Таким образом,на примере бактериофага Т2 еще раз был подтвержден общий вывод о генетической роли ДНК.

Данный эксперимент был признан в качестве решающего доказательства генетической роли ДНК. Было известно, что по характеру наследования признаков бактериофаг аналогичен высшим организмам. Его признаки точно воспроизводятся и подчиняются тем же правилам, что делает возможным линейное картирование мутаций.

К 1952 г было показано, что ДНК обладает достаточной химической сложностью для носителя наследственной информации.

3. Опыты на вирусе табачной мозаики (ВТМ)

ВТМ, как и большинство растительных вирусов, состоит из белка и рибонуклеиновой кислоты (РНК). Каждая частица вируса содержит РНК, состоящую из 6400 нуклеотидов, заключенных в белковую оболочку. Белковая оболочка состоит примерно из 2130 одинаковых субъединиц, каждая из которых представляет собой цепь из 158 аминокислот. При сборке аминокислот образуется спиральный желобок, в котором укладывается одна одноцепочечная РНК.

С помощью химических методов можно разделить РНК и белок вируса.

Обычно очищенный препарат РНК ВТМ сохраняет не более 0,1 % инфицирующей активности препарата интактного (неповрежденного) вируса. Инфекционность очищенной РНК быстро разрушается рибонуклеазой, не влияющей на инфекционность интактного вируса.

Исследователи Френкель-Конрат и Вильямс обнаружили, что при смешивании расфракционированных и очищенных белка и РНК происходит соединение обеих фракций и образуются морфологически зрелые, полностью инфекционные частицы.

Имеется множество разновидностей ВТМ, различающихся по кругу растений хозяев по вирулентности на разных растениях, между ними существуют различия в аминокислотном составе белков.

стандартный штамм ВТМ (тип S) = белок S + S РНК

штамм Н R = белок Н R + Н R РНК

сконструирован гибридный вирус = очищенный белок Н R + очищенная S РНК

Потомство гибридных вирусов имело тип белковой оболочки, соответствующий типу РНК в сконструированном вирусе. Состав белковой оболочки не наследовался. Он определялся исключительно РНК.

Таким образом, результаты проведенных исследований доказали, что именно нуклеиновые кислоты являются носителем наследственной информации во всех организмах (генетический материал всех организмов, исключая вирусов, представлен ДНК).

Источник

72 года назад ученые доказали, что носителем наследственной информации является ДНК

Даже в начале ХХ века многие биологи считали, что ДНК не имеет никакого отношения к передаче информации.

(Казань, 4 февраля, «Татар-информ»). 4 февраля 1944 года в США увидел свет номер «The Journal of Experimental Medicine» со статьей об одном из важнейших открытий в биологии. Освальд Эйвери (1877–1955) и его сотрудники Колин Маклауд и Маклин Маккарти в исследованиях, проведенных в лаборатории Рокфеллеровского медицинского института (Нью-Йорк), доказали, что носителем наследственной информации является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК).

ДНК была открыта Иоганном Фридрихом Мишером в 1869 году. Биологическая функция новооткрытого вещества была неясна, и долгое время ДНК считалась запасником фосфора в организме. Более того, даже в начале ХХ века многие биологи считали, что ДНК не имеет никакого отношения к передаче информации, поскольку строение молекулы, по их мнению, было слишком однообразным и не могло содержать закодированную информацию.

Постепенно было доказано, что именно ДНК, а не белки, как считалось раньше, является носителем генетической информации. Одно из первых решающих доказательств принесли эксперименты О.Эйвери, К.Маклауда и М.Маккарти по трансформации бактерий (1944). Им удалось показать, что за так называемую «трансформацию» (приобретение болезнетворных свойств безвредной культурой в результате добавления в нее мертвых болезнетворных бактерий) отвечают выделенные из пневмококков ДНК.

Вплоть до 1950-х годов точное строение ДНК, как и способ передачи наследственной информации, оставалось неизвестным. Хотя и было доподлинно известно, что ДНК состоит из нескольких цепочек, состоящих из нуклеотидов, никто не знал точно, сколько этих цепочек, и как они соединены.

Структура двойной спирали ДНК была предложена Френсисом Криком и Джеймсом Уотсоном в 1953 году на основании рентгеноструктурных данных, полученных Морисом Уилкинсом и Розалинд Франклин, и «правил Чаргаффа», согласно которым в каждой молекуле ДНК соблюдаются строгие соотношения, связывающие между собой количество азотистых оснований разных типов. Позже предложенная Уотсоном и Криком модель строения ДНК была доказана, а их работа отмечена Нобелевской премией по физиологии и медицине 1962 года.

По материалам Calend.ru

Следите за самым важным и интересным в Telegram-канале Татмедиа

Источник

Доказательства роли нуклеиновых кислот в передаче наследственной информации.

Общие свойства генетического материала и уровни организации генетического аппарата

На основании приведенных выше определений наследственности и изменчивости можно предположить, каким требованиям должен отвечать материальный субстрат этих двух свойств жизни.

Вся совокупность генов организма в функциональном отношении ведет себя как целое и образуя единую систему, называемую ГЕНОМОМ. Один и тот же ген в разных генотипах может проявлять себя по-разному. Геномный уровень организации объясняет взаимодействие генов как в одной, так и в разных хромосомах. На этом уровне происходит широкое взаимодействие и взаимовлияние наследственных задатков, локализующихся как в одной, так и в разных хромосомах. Итогом является взаимосоответствие генетической информации разных наследственных задатков и, следова­тельно, сбалансированное по времени, месту и интенсивности развитие признаков в процессе онтогенеза. Функциональная активность генов, режим репликации и мутационных изменений наследственного матери­ала также зависят от характеристик генотипа организма или клетки в целом. Об этом свидетельствует, например, относительность свойства доминантности.

Во-первых, генетический материал должен обладать способностью к самовоспроизведению, чтобы в. процессе размножения передавать наследственную информацию, на основе которой будет осуществляться формирование нового поколения. Во-вторых, для обеспечения устойчивости характеристик в ряду поколений наследственный материал должен сохранять постоянной свою организацию. В-третьих, материал наследственности и изменчивости должен обладать способностью приобретать изменения и воспроизводить их, обеспечивая возможность исторического развития живой материи в меняющихся условиях. Только в случае соответствия указанным требованиям материальный субстрат наследственности и изменчивости может обеспечить длительность и непрерывность существования живой природы и ее эволюцию.

Современные представления о природе генетического аппарата позволяют выделить три уровня его организации: генный, хромосомный и геномный. На каждом из них проявляются основные свойства материала наследственности и изменчивости и определенные закономерности его передачи и функционирования.

Доказательства роли нуклеиновых кислот в передаче наследственной информации.

2.1.Трансформация— это способность одного штамма бактерий встраивать участки молекулы ДНК другого штамма и приобретать при этом свойства последнего.

Одним из доказательств роли ДНК в передаче наследственной информации были опыты по трансформации бактерий (Ф. Гриффитс, 1928). Введение мышам:

В результате анализа результатов опытов было высказано предположение, что свойство вирулентности от одного штамма пневмококков к другому передают фрагментами молекулы ДНК. В 1944 г. О. Эйвери, К. МакЛеод и М. МакКарти подтвердили это предположение на более высоком методическом уровне.

ДНК вирулентного штамма в питательной среде

+ авирулентный живой штамм пневмококков

Рис. 20. Схема опытов по трансформации О. Эйвери и др.

Рис. 21.Схема опытов по трансдукции.

2.3. Еще одним доказательством того, что нуклеиновые кислоты, а не белки, являются носителями генетической информации, были опыты Х.

2.3. Еще одним доказательством того, что нуклеиновые кислоты, а не белки, являются носителями генетической информации, были опыты Х.

Френкель-Конрата (1950) с вирусом табачной мозаики (ВТМ).

При введении в растение табака:

Рис. 22. Схема опытов Х. Френкель-Конрата.

Так, с открытием явлений трансформации, трансдукции и механизмов взаимодействия вируса и клетки была доказана роль нуклеиновых кислот в передаче наследственной информации.

Таким образом, в начале 50-х годов прошлого столетия было доказано, что материальной единицей наследственности и изменчивости является ген, который имеет определенную структурно-функциональную организацию.

3-а) Изучение ДНК: строение, структура ДНК, функции

Для детального понимания сути метода ПЦР-диагностики необходимо совершить небольшой экскурс в школьный курс биологии.

Еще из школьных учебников мы знаем, что дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) — универсальный носитель генетической информации и наследственных признаков у всех

Открытие ДНК молекулы произошло в 1953 году. Френсис Крик и Джеймс Уотсон открыли структуру двойной спирали ДНК, их работа впоследствии была отмечена Нобелевской премией.

ДНК представляет собой двойную нить, скрученную в спираль. Каждая нить состоит из «кирпичиков» — из последовательно соединенных нуклеотидов. Каждый нуклеотид ДНК содержит одно из четырёх азотистых оснований — гуанин (G), аденин (A) (пурины), тимин (T) и цитозин (C) (пиримидины), связанное с дезоксирибозой, к последней, в свою очередь, присоединена фосфатная группа. Между собой соседние нуклеотиды соединены в цепи фосфодиэфирной связью, образованной 3’-гидроксильной (3’-ОН) и 5’-фосфатной группами (5’-РО3). Это свойство обуславливает наличие полярности в ДНК, т. е. противоположной направленности, а именно 5’- и 3’-концов: 5’-концу одной нити соответствует 3’-конец второй нити.

Открытие ДНК молекулы произошло в 1953 году. Френсис Крик и Джеймс Уотсон открыли структуру двойной спирали ДНК, их работа впоследствии была отмечена Нобелевской премией.

ДНК представляет собой двойную нить, скрученную в спираль. Каждая нить состоит из «кирпичиков» — из последовательно соединенных нуклеотидов. Каждый нуклеотид ДНК содержит одно из четырёх азотистых оснований — гуанин (G), аденин (A) (пурины), тимин (T) и цитозин (C) (пиримидины), связанное с дезоксирибозой, к последней, в свою очередь, присоединена фосфатная группа. Между собой соседние нуклеотиды соединены в цепи фосфодиэфирной связью, образованной 3’-гидроксильной (3’-ОН) и 5’-фосфатной группами (5’-РО3). Это свойство обуславливает наличие полярности в ДНК, т. е. противоположной направленности, а именно 5’- и 3’-концов: 5’-концу одной нити соответствует 3’-конец второй нити.

Первичная структура ДНК — это линейная последовательность нуклеотидов ДНК в цепи. Последовательность нуклеотидов в цепи ДНК записывают в виде буквенной формулы ДНК: например — AGTCATGCCAG, запись ведется с 5’- на 3’-конец цепи ДНК.

Вторичная структура ДНК образуется за счет взаимодействий нуклеотидов (в большей степени азотистых оснований) между собой, водородных связей. Классический пример вторичной структуры ДНК — двойная спираль ДНК. Двойная спираль ДНК — самая распространенная в природе форма ДНК, состоящая из двух полинуклеотидных цепей ДНК. Построение каждой новой цепи ДНК осуществляется по принципу комплементарности, т. е. каждому азотистому основанию одной цепи ДНК соответствует строго определенное основание другой цепи: в комплемнтарной паре напротив A стоит T, а напротив G располагается C и т.д.

Синтез ДНК. Репликация

Уникальным свойством ДНК является ее способность удваиваться (реплицироваться). В природе репликация ДНКпроисходит следующим образом: с помощью специальных ферментов (гираз), которые служат катализатором (веществами, ускоряющими реакцию), в клетке происходит расплетение спирали в том ее участке, где должна происходить репликация (удвоение ДНК). Далее водородные связи, которые связывают нити, разрываются и нити расходятся.

Таким образом, процесс репликации ДНК (удваивания) включает в себя три основных этапа:

Расплетение спирали ДНК и расхождение нитей

Образование новой цепи ДНК дочерней нити

В основе анализа методом ПЦР лежит принцип репликации ДНК — синтеза ДНК, который современным ученым удалось воссоздать искусственно: в лаборатории врачи вызывают удвоение ДНК, но только не всей цепи ДНК, а ее небольшого фрагмента.

Молекула ДНК человека — носитель генетической информации, которая записана в виде последовательности нуклеотидов с помощью генетического кода. В результате описанной выше репликации ДНК происходит передача генов ДНК от поколения к поколению.

Изменение последовательности нуклеотидов в ДНК (мутации) может приводить к генетическим нарушениям в организме.

Рибонуклеиновая кислота (РНК) – это однонитевой биополимер, в качестве мономеров которого выступают нуклеотиды. Матрицей для синтеза новых молекул РНК являются молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты (транскрипция РНК). Хотя в ряде случаев возможен и обратный процесс (образование новых ДНК на матрице РНК в ходе репликации некоторых вирусов). Также основой для биосинтеза РНК могут быть другие молекулы рибонуклеиновой кислоты (репликация РНК). В транскрипции РНК, происходящей в ядре клетки, участвует целый ряд ферментов, наиболее значимым из которых является РНК-полимераза.

Источник