Paveldimumo dėsniai patraukė žmonių dėmesį nuo tada, kai pirmą kartą tapo aišku, kad genetika yra kažkas materialesnio už kai kurias aukštesnes galias. Šiuolaikinis žmogus žino, kad organizmai turi galimybę daugintis panašiai kaip jie patys, o palikuonys įgyja specifinių savybių ir savybių, būdingų jų tėvams. Dauginimasis realizuojamas dėl galimybės perduoti genetinę informaciją tarp kartų.
Teorija: niekada negali turėti per daug
Paveldimumo dėsniai buvo pradėti aktyviai tyrinėti tik palyginti neseniai. Įspūdingas žingsnis į priekį šiuo klausimu buvo žengtas praėjusiame amžiuje, kai Suttonas ir Boveri iškėlė visuomenei naują hipotezę. Tada jie pasiūlė, kad chromosomos tikriausiai turi genetinius duomenis. Kiek vėliau technologija leido cheminiu būdu ištirti chromosomų sudėtį. Tai atskleidėspecifinių b altymų nukleininių junginių buvimas. Paaiškėjo, kad b altymai yra būdingi daugybei struktūrų ir cheminės sudėties specifikos. Ilgą laiką mokslininkai manė, kad būtent b altymai yra pagrindinis aspektas, užtikrinantis genetinių duomenų perdavimą tarp kartų.
Dešimtmečius šios temos tyrinėjimai suteikė naujų įžvalgų apie ląstelės DNR svarbą. Kaip atskleidė mokslininkai, tik tokios molekulės yra materialus naudingos informacijos nešėjas. Molekulės yra chromosomos elementas. Šiandien beveik kiekvienas mūsų tautietis, įgijęs bendrą išsilavinimą, taip pat daugelio kitų šalių gyventojai puikiai žino, kokios reikšmingos žmogui yra DNR molekulės, normaliai žmogaus organizmo raidai. Daugelis įsivaizduoja šių molekulių reikšmę paveldimumo požiūriu.
Genetika kaip mokslas
Molekulinė genetika, susijusi su ląstelių DNR tyrimais, turi alternatyvų pavadinimą – biocheminė. Ši mokslo sritis susiformavo biochemijos ir genetikos sankirtoje. Kombinuota mokslinė kryptis yra produktyvi žmogaus tyrimų sritis, suteikusi mokslo bendruomenei daug naudingos informacijos, kuri nėra prieinama žmonėms, dirbantiems tik su biochemija ar genetika. Šios srities profesionalų atliekami eksperimentai apima darbą su daugybe įvairių tipų ir kategorijų gyvybės formų ir organizmų. Reikšmingiausi mokslo bendruomenės gauti rezultatai yra žmogaus genų tyrimo rezultatas, taip pat įvairūsmikroorganizmai. Tarp pastarųjų, tarp svarbiausių, yra Eisheria coli, šių mikrobų lambda fagai, neurospore crassa grybai ir Saccharomyces cerevisia.
Genetinės bazės
Ilgą laiką mokslininkai neabejoja chromosomos svarba perduodant paveldimą informaciją iš kartos į kartą. Kaip parodė specializuoti testai, chromosomas formuoja rūgštys, b altymai. Jei atliksite dažymo eksperimentą, b altymas bus išleistas iš molekulės, bet NA išliks vietoje. Mokslininkai turi daugiau įrodymų, leidžiančių kalbėti apie genetinės informacijos kaupimąsi NK. Būtent per juos duomenys perduodami tarp kartų. Ląstelių suformuoti organizmai, virusai, turintys DNR, per DNR gauna informaciją iš ankstesnės kartos. Kai kuriuose virusuose yra RNR. Būtent ši rūgštis yra atsakinga už informacijos perdavimą. RNR, DNR yra NK, kurioms būdingi tam tikri struktūriniai panašumai, tačiau yra ir skirtumų.
Tirdami DNR vaidmenį paveldimumui, mokslininkai nustatė, kad tokios rūgšties molekulėse yra keturių tipų azoto junginių ir dezoksiribozės. Dėl šių elementų perduodama genetinė informacija. Molekulėje yra purininių medžiagų adenino, guanino, pirimidino derinių timino, citozino. Cheminis molekulinis pagrindas yra cukraus likučiai, besikeičiantys su fosforo rūgšties likučiais. Kiekvienas likutis turi ryšį su anglies formule per cukrų. Azoto pagrindai yra pritvirtinti prie cukraus likučių šonuose.
Vardai ir datos
Mokslininkai,tirdami biocheminius ir molekulinius paveldimumo pagrindus, jiems pavyko nustatyti DNR struktūrinius ypatumus tik 53 m. Mokslinės informacijos autorystė priskirta Crickui, Watsonui. Jie įrodė, kad bet kuri DNR atsižvelgia į specifines biologines paveldimumo savybes. Kurdami modelį, turite atsiminti apie dalių padvigubėjimą ir galimybę kaupti, perduoti paveldimą informaciją. Potencialiai molekulė gali mutuoti. Cheminiai komponentai, jų derinys, kartu su rentgeno spindulių difrakcijos tyrimų metodais, leido nustatyti DNR kaip dvigubos spiralės molekulinę struktūrą. Jį sudaro antilygiagrečio tipo spiralių pusės. Cukraus ir fosfato pagrindai yra sustiprinti vandenilinėmis jungtimis.
Tiriant paveldimumo ir kintamumo molekulinį pagrindą, Chargaff darbai yra ypač svarbūs. Mokslininkas atsidėjo nukleorūgšties struktūroje esančių nukleotidų tyrimui. Kaip buvo galima atskleisti, kiekvieną tokį elementą sudaro azoto bazės, fosforo likučiai, cukrus. Nustatyta timino, adenino molinio kiekio atitikimas, nustatytas šio parametro panašumas citozinui ir guaninui. Buvo daroma prielaida, kad kiekviena timino liekana turi porinį adeniną, o guanine – citoziną.
Tas pats, bet toks skirtingas
Tyrinėdami nukleino rūgštis kaip paveldimumo pagrindą, mokslininkai nustatė, kad DNR priklauso polinukleotidų, sudarytų iš daugybės nukleotidų, kategorijai. Galimos pačios nenuspėjamiausios elementų sekos grandinėje. Teoriškai serijinė įvairovė neturiapribojimai. DNR turi specifinių savybių, susijusių su suporuotomis jos komponentų sekomis, tačiau bazių poravimas vyksta pagal biologinius ir cheminius dėsnius. Tai leidžia iš anksto nustatyti skirtingų grandinių sekas. Ši savybė vadinama papildomumu. Tai paaiškina molekulės gebėjimą tobulai atkurti savo struktūrą.
Tirdami paveldimumą ir kintamumą per DNR, mokslininkai išsiaiškino, kad DNR sudarančios grandinės yra papildomų blokų formavimo šablonai. Kad įvyktų reakcija, molekulė išsivynioja. Procesą lydi vandenilio jungčių sunaikinimas. Bazės sąveikauja su papildomais komponentais, todėl susidaro specifinės jungtys. Fiksavus nukleotidus, įvyksta molekulės kryžminis ryšys, dėl kurio susidaro naujas polinukleotidas, kurio dalių seką iš anksto nulemia pradinė medžiaga. Taip atsiranda dvi identiškos molekulės, prisotintos identiškos informacijos.
Replika: pastovumo ir pokyčių garantas
Aukščiau aprašyta, suteikia supratimą apie paveldimumo ir kintamumo įgyvendinimą per DNR. Replikacijos mechanizmas paaiškina, kodėl DNR yra kiekvienoje organinėje ląstelėje, o chromosoma yra unikalus organoidas, kuris dauginasi kiekybiškai ir kokybiškai išskirtiniu tikslumu. Šis realaus pasiskirstymo metodas nebuvo įmanomas, kol nebuvo nustatytas dvigubos spiralinės molekulės papildomos struktūros faktas. Crickas, Watsonas, anksčiau manęs, kokia yra molekulinė struktūra, pasirodė esąs visiškai teisus, nors laikui bėgant mokslininkai pradėjo abejoti savo replikacijos proceso vizijos teisingumu. Iš pradžių buvo manoma, kad spiralės iš vienos grandinės atsiranda vienu metu. Yra žinoma, kad fermentai, katalizuojantys molekulinę sintezę laboratorijoje, veikia tik viena kryptimi, tai yra, pirmiausia atsiranda viena grandinė, tada antra.
Šiuolaikiniai žmogaus paveldimumo tyrimo metodai leido imituoti nepertraukiamą DNR generavimą. Modelis pasirodė 68 m. Jos pasiūlymo pagrindas buvo eksperimentinis darbas naudojant Eisheria coli. Mokslinio darbo autorystė priskirta Orzaki. Šiuolaikiniai specialistai turi tikslių duomenų apie sintezės niuansus, susijusius su eukariotais, prokariotais. Iš genetinės molekulinės šakutės vystymasis vyksta generuojant fragmentus, laikomus kartu DNR ligazės.
Sintezės procesai laikomi nenutrūkstamais. Replikacinė reakcija apima daugybę b altymų. Molekulė išsivynioja dėl fermento, šios būsenos išsaugojimą garantuoja destabilizuojantis b altymas, o sintezė vyksta per polimerazę.
Nauji duomenys, naujos teorijos
Naudodami šiuolaikinius žmogaus paveldimumo tyrimo metodus, ekspertai nustatė, iš kur kyla replikacijos klaidos. Paaiškinimas tapo įmanomas, kai atsirado tikslios informacijos apie molekulių kopijavimo mechanizmus ir specifines molekulinės struktūros ypatybes. Replikacijos schema daro prielaidąpirminių molekulių skirtumai, kurių kiekviena pusė veikia kaip naujos grandinės matrica. Sintezė realizuojama dėl bazių vandenilinių ryšių, taip pat medžiagų apykaitos procesų atsargų mononukleotidų elementų. Norint sukurti tiamino, adenino arba citozino, guanino ryšius, reikalingas medžiagų perėjimas į tautomerinę formą. Vandens aplinkoje kiekvienas iš šių junginių yra kelių formų; jie visi yra tautomeriniai.
Yra labiau tikėtinų ir rečiau paplitusių variantų. Išskirtinis bruožas yra vandenilio atomo padėtis molekulinėje struktūroje. Jei reakcija vyksta su retu tautomerinės formos variantu, susidaro ryšiai su netinkama baze. DNR grandinė gauna neteisingą nukleotidą, elementų seka kinta stabiliai, atsiranda mutacija. Mutacijos mechanizmą pirmasis paaiškino Crickas, Watsonas. Jų išvados sudaro šiuolaikinės mutacijos proceso idėjos pagrindą.
RNR funkcijos
Tyrinėdami paveldimumo molekulinį pagrindą, mokslininkai negalėjo ignoruoti ne mažiau svarbios nei DNR nukleorūgšties – RNR. Jis priklauso polinukleotidų grupei ir turi struktūrinių panašumų su anksčiau aprašytais. Pagrindinis skirtumas yra ribozės kaip likučių, veikiančių kaip anglies pagrindo, naudojimas. Primename, kad DNR šį vaidmenį atlieka dezoksiribozė. Antrasis skirtumas yra tas, kad timiną pakeičia uracilas. Ši medžiaga taip pat priklauso pirimidinų klasei.
Tyrinėdami genetinį DNR ir RNR vaidmenį, mokslininkai pirmiausia nustatė santykinainežymūs elementų cheminių struktūrų skirtumai, tačiau tolesnis temos tyrimas parodė, kad jie atlieka kolosalų vaidmenį. Šie skirtumai pakoreguoja kiekvienos molekulės biologinę reikšmę, todėl minėti polinukleotidai gyviems organizmams vienas kito nepakeičia.
Dažniausiai RNR susidaro iš vienos grandinės, skiriasi viena nuo kitos dydžiu, tačiau dauguma jų yra mažesnės už DNR. Virusai, turintys RNR, savo struktūroje turi tokias molekules, sukurtas iš dviejų grandžių – jų struktūra yra kuo artimesnė DNR. RNR genetiniai duomenys kaupiami ir perduodami iš kartos į kartą. Kitos RNR skirstomos į funkcinius tipus. Jie generuojami DNR šablonuose. Procesą katalizuoja RNR polimerazės.
Informacija ir paveldimumas
Šiuolaikinis mokslas, tirdamas molekulinius ir citologinius paveldimumo pagrindus, nukleino rūgštis įvardijo kaip pagrindinį genetinės informacijos kaupimo objektą – tai vienodai taikoma visiems gyviems organizmams. Daugumoje gyvybės formų DNR vaidina pagrindinį vaidmenį. Molekulės sukauptus duomenis stabilizuoja nukleotidų sekos, kurios atkuriamos ląstelių dalijimosi metu pagal nepakitusią mechanizmą. Molekulinė sintezė vyksta dalyvaujant fermentų komponentams, o matrica visada yra ankstesnė nukleotidų grandinė, kuri materialiai perduodama tarp ląstelių.
Kartais biologijos ir mikrobiologijos studijų studentams pateikiami genetikos problemų sprendimai, siekiant vizualiai parodyti priklausomybes. Paveldimumo molekulinės bazės tokiose problemose laikomos santykinėmis su DNR,taip pat RNR. Reikia atsiminti, kad molekulės, kurios genetiką užfiksuoja RNR iš vienos spiralės, reprodukciniai procesai vyksta pagal metodą, panašų į aprašytą anksčiau. Šablonas yra RNR, kurios forma gali būti atkartota. Tai atsiranda ląstelių struktūroje dėl infekcinės invazijos. Šio proceso supratimas leido mokslininkams patobulinti geno reiškinį ir išplėsti žinių apie jį bazę. Klasikinis mokslas geną supranta kaip informacijos, perduodamos iš kartos į kartą ir atskleistą eksperimentiniame darbe, vienetą. Genas gali mutuoti, derinamas su kitais to paties lygio vienetais. Fenotipas, kurį turi organizmas, tiksliai paaiškinamas genu – tai pagrindinė jo funkcija.
Moksloje genas, kaip funkcinis paveldimumo pagrindas, iš pradžių buvo laikomas ir vienetu, atsakingu už rekombinaciją, mutaciją. Šiuo metu patikimai žinoma, kad už šias dvi savybes atsako į DNR įtraukta nukleotidų pora. Tačiau funkciją atlieka šimtų ir net tūkstančių vienetų nukleotidų seka, kuri lemia aminorūgščių b altymų grandines.
B altymai ir jų genetinis vaidmuo
Šiuolaikiniame moksle, tiriant genų klasifikaciją, paveldimumo molekulinės bazės nagrinėjamos b altymų struktūrų reikšmės požiūriu. Visą gyvą medžiagą iš dalies sudaro b altymai. Jie laikomi vienu iš svarbiausių komponentų. B altymai yra unikali aminorūgščių seka, kuri lokaliai transformuojasiveiksnių buvimas. Dažnai yra dvi dešimtys aminorūgščių tipų, kitos susidaro veikiant fermentams iš pagrindinių dvidešimties.
B altymų savybių įvairovė priklauso nuo pirminės molekulinės struktūros, aminorūgščių polipeptidų sekos, sudarančios b altymą. Atlikti eksperimentai aiškiai parodė, kad aminorūgštis turi griežtai apibrėžtą lokalizaciją DNR nukleotidų grandinėje. Mokslininkai tai vadino b altymų elementų ir nukleorūgščių paralelėmis. Šis reiškinys vadinamas kolineariškumu.
DNR savybės
Biochemija ir genetika, tiriančios paveldimumo molekulinį pagrindą, yra mokslai, kuriuose ypatingas dėmesys skiriamas DNR. Ši molekulė klasifikuojama kaip linijinis polimeras. Tyrimai parodė, kad vienintelė struktūros transformacija yra nukleotidų seka. Jis atsakingas už aminorūgščių sekos kodavimą b altyme.
Eukariotų DNR yra ląstelės branduolyje, o b altymų generavimas vyksta citoplazmoje. DNR neatlieka b altymų generavimo proceso šablono vaidmens, o tai reiškia, kad reikalingas tarpinis elementas, atsakingas už genetinės informacijos pernešimą. Tyrimai parodė, kad vaidmuo priskirtas RNR šablonui.
Kaip rodo mokslinis darbas, skirtas paveldimumo molekulinėms bazėms, informacija perduodama iš DNR į RNR. RNR gali perduoti duomenis į b altymus ir DNR. B altymas gauna duomenis iš RNR ir siunčia juos į tą pačią struktūrą. Nėra tiesioginių ryšių tarp DNR ir b altymų.
Genetinisinformacija: tai įdomu
Kaip parodė moksliniai darbai, skirti paveldimumo molekulinėms bazėms, genetiniai duomenys yra inertiška informacija, kuri realizuojama tik esant išoriniam energijos š altiniui ir statybinei medžiagai. DNR yra molekulė, kuri neturi tokių išteklių. Ląstelė gauna tai, ko jai reikia iš išorės per b altymus, tada prasideda transformacijos reakcijos. Yra trys informacijos keliai, kurie palaiko gyvybę. Jie yra susiję vienas su kitu, bet nepriklausomi. Genetiniai duomenys perduodami paveldimi DNR replikacijos būdu. Duomenys yra užkoduoti genomo – šis srautas laikomas antruoju. Trečias ir paskutinis yra maistiniai junginiai, kurie nuolat prasiskverbia į ląstelių struktūrą iš išorės, aprūpindami ją energija ir statybinėmis medžiagomis.
Kuo labiau struktūrizuotas organizmas, tuo daugiau genomo elementų. Įvairus genų rinkinys įgyvendina jame užšifruotą informaciją suderintais mechanizmais. Duomenų turtingas langelis nustato, kaip įdiegti atskirus informacijos blokus. Dėl šios kokybės padidėja gebėjimas prisitaikyti prie išorinių sąlygų. Įvairi genetinė informacija, esanti DNR, yra b altymų sintezės pagrindas. Genetinė sintezės kontrolė yra teorija, kurią Monod ir Jacob suformulavo 1961 m. Tuo pačiu metu pasirodė operono modelis.
