Iedzimtības likumi ir piesaistījuši cilvēku uzmanību kopš brīža, kad pirmo reizi kļuva skaidrs, ka ģenētika ir kaut kas materiālāks par dažiem augstākiem spēkiem. Mūsdienu cilvēks zina, ka organismiem ir spēja vairoties līdzīgi viņiem pašiem, savukārt pēcnācēji saņem īpašas pazīmes un īpašības, kas raksturīgas viņu vecākiem. Reprodukcija tiek realizēta, pateicoties spējai pārnest ģenētisko informāciju starp paaudzēm.
Teorija: Tev nekad nevar būt par daudz
Iedzimtības likumus aktīvi sāka pētīt tikai salīdzinoši nesen. Iespaidīgs solis šajā jautājumā tika sperts pagājušajā gadsimtā, kad Satons un Boveri iepazīstināja sabiedrību ar jaunu hipotēzi. Toreiz viņi ierosināja, ka hromosomas, iespējams, satur ģenētiskus datus. Nedaudz vēlāk tehnoloģija ļāva ķīmiski izpētīt hromosomu sastāvu. Tas atklājaspecifisku olb altumvielu nukleīna savienojumu klātbūtne. Izrādījās, ka proteīni ir raksturīgi ļoti daudzām struktūrām un ķīmiskā sastāva specifikai. Zinātnieki ilgu laiku uzskatīja, ka tieši olb altumvielas ir galvenais aspekts, kas nodrošina ģenētisko datu pārnesi starp paaudzēm.
Desmitiem gadu pētījumi par šo tēmu ir devuši jaunu ieskatu par šūnu DNS nozīmi. Kā atklājuši zinātnieki, tikai šādas molekulas ir materiāls noderīgas informācijas nesējs. Molekulas ir hromosomas elements. Mūsdienās gandrīz ikviens no mūsu tautiešiem, kas ieguvis vispārējo izglītību, kā arī daudzu citu valstu iedzīvotāji, labi zina, cik nozīmīgas cilvēkam ir DNS molekulas, cilvēka ķermeņa normāla attīstība. Daudzi iedomājas šo molekulu nozīmi iedzimtības ziņā.
Ģenētika kā zinātne
Molekulārajai ģenētikai, kas nodarbojas ar šūnu DNS izpēti, ir alternatīvs nosaukums – bioķīmiskā. Šī zinātnes joma veidojās bioķīmijas un ģenētikas krustpunktā. Kombinētais zinātniskais virziens ir produktīva cilvēku pētījumu joma, kas ir nodrošinājusi zinātnieku aprindām lielu daudzumu noderīgas informācijas, kas nav pieejama cilvēkiem, kas saistīti tikai ar bioķīmiju vai ģenētiku. Eksperimenti, ko veic profesionāļi šajā jomā, ietver darbu ar daudzām dažāda veida un kategoriju dzīvības formām un organismiem. Nozīmīgākie zinātniskās aprindas iegūtie rezultāti ir cilvēka gēnu izpētes rezultāts, kā arī dažādimikroorganismiem. Starp pēdējiem svarīgākajiem ir Eisheria coli, šo mikrobu lambda fāgi, neurospore crassa sēnes un Saccharomyces cerevisia.
Ģenētiskās bāzes
Zinātniekiem jau ilgu laiku nav šaubu par hromosomas nozīmi iedzimtas informācijas pārnesē starp paaudzēm. Kā liecina specializētie testi, hromosomas veido skābes, olb altumvielas. Ja veicat krāsošanas eksperimentu, proteīns tiks atbrīvots no molekulas, bet NA paliks vietā. Zinātniekiem ir vairāk pierādījumu, kas ļauj runāt par ģenētiskās informācijas uzkrāšanos NK. Ar to starpniecību dati tiek pārsūtīti starp paaudzēm. Organismi, ko veido šūnas, vīrusi, kuriem ir DNS, saņem informāciju no iepriekšējās paaudzes caur DNS. Daži vīrusi satur RNS. Tieši šī skābe ir atbildīga par informācijas pārraidi. RNS, DNS ir NK, kam raksturīgas noteiktas struktūras līdzības, taču ir arī atšķirības.
Pētot DNS lomu iedzimtībā, zinātnieki atklājuši, ka šādas skābes molekulas satur četru veidu slāpekļa savienojumus un dezoksiribozi. Pateicoties šiem elementiem, tiek pārraidīta ģenētiskā informācija. Molekula satur purīna vielas adenīnu, guanīnu, pirimidīna kombinācijas timīnu, citozīnu. Ķīmiskais molekulārais pamats ir cukura atliekas, kas mijas ar fosforskābes atlikumiem. Katram atlikumam caur cukuriem ir saikne ar oglekļa formulu. Slāpekļa bāzes ir piestiprinātas sānos pie cukura atlikumiem.
Vārdi un datumi
Zinātnieki,pētot iedzimtības bioķīmiskos un molekulāros pamatus, viņi spēja identificēt DNS strukturālās iezīmes tikai 53. g. Zinātniskās informācijas autorība ir uzticēta Krikam, Vatsonam. Viņi pierādīja, ka jebkura DNS ņem vērā iedzimtības bioloģiski specifiskās īpašības. Veidojot modeli, jums jāatceras par detaļu dubultošanu un spēju uzkrāt, pārsūtīt iedzimtu informāciju. Potenciāli molekula spēj mutēt. Ķīmiskās sastāvdaļas, to kombinācija kopā ar rentgenstaru difrakcijas pētījumu pieejām ļāva noteikt DNS kā dubultspirāles molekulāro struktūru. To veido antiparalēlā tipa spirāļu pusītes. Cukura-fosfāta mugurkauls ir pastiprināts ar ūdeņraža saitēm.
Iedzimtības un mainīguma molekulāro pamatu izpētē īpaši liela nozīme ir Šargafa darbiem. Zinātnieks veltīja sevi nukleīnskābes struktūrā esošo nukleotīdu izpētei. Kā varēja atklāt, katru šādu elementu veido slāpekļa bāzes, fosfora atliekas, cukurs. Tika atklāta timīna, adenīna molārā satura atbilstība, konstatēta šī parametra līdzība citozīnam un guanīnam. Tika pieņemts, ka katrā timīna atlikumā ir pārī savienots adenīns, bet guanīnam ir citozīns.
Tāds pats, bet tik atšķirīgs
Pētot nukleīnskābes kā iedzimtības pamatu, zinātnieki konstatēja, ka DNS pieder pie polinukleotīdu kategorijas, ko veido daudzi nukleotīdi. Ir iespējamas visneparedzamākās elementu secības ķēdē. Teorētiski sērijveida daudzveidībai navierobežojumiem. DNS ir īpašas īpašības, kas saistītas ar tās komponentu pāru sekvencēm, bet bāzu savienošana pārī notiek saskaņā ar bioloģiskajiem un ķīmiskajiem likumiem. Tas ļauj iepriekš definēt dažādu ķēžu secības. Šo kvalitāti sauc par komplementaritāti. Tas izskaidro molekulas spēju perfekti reproducēt savu struktūru.
Pētot iedzimtību un mainīgumu, izmantojot DNS, zinātnieki atklāja, ka DNS veidojošie pavedieni ir veidnes komplementāru bloku veidošanai. Lai notiktu reakcija, molekula atritinās. Procesu pavada ūdeņraža saišu iznīcināšana. Bāzes mijiedarbojas ar komplementāriem komponentiem, kas noved pie specifisku saišu veidošanās. Pēc tam, kad nukleotīdi ir fiksēti, notiek molekulas šķērssavienošanās, kā rezultātā parādās jauns polinukleotīdu veidojums, kura daļu secību iepriekš nosaka izejmateriāls. Tādā veidā parādās divas identiskas molekulas, kas piesātinātas ar identisku informāciju.
Reprodukcija: pastāvības un pārmaiņu garants
Iepriekš aprakstītais sniedz priekšstatu par iedzimtības un mainīguma ieviešanu caur DNS. Replikācijas mehānisms izskaidro, kāpēc DNS atrodas katrā organiskajā šūnā, savukārt hromosoma ir unikāls organoīds, kas reproducē kvantitatīvi un kvalitatīvi ar izcilu precizitāti. Šī reālās izplatīšanas metode nebija iespējama, līdz tika konstatēts molekulas dubultās spirālveida komplementārās struktūras fakts. Kriks, Vatsons, iepriekš pieņēmis, kāda ir molekulārā struktūra, izrādījās pilnīgi pareizi, lai gan laika gaitā zinātnieki sāka šaubīties par sava redzējuma pareizību par replikācijas procesu. Sākumā tika uzskatīts, ka spirāles no vienas ķēdes parādās vienlaikus. Ir zināms, ka enzīmi, kas laboratorijā katalizē molekulāro sintēzi, darbojas tikai vienā virzienā, tas ir, vispirms parādās viena ķēde, tad otrā.
Mūsdienu cilvēka iedzimtības izpētes metodes ir ļāvušas simulēt pārtrauktu DNS veidošanos. Modelis parādījās 68. gadā. Viņas priekšlikuma pamatā bija eksperimentāls darbs, izmantojot Eisheria coli. Zinātniskā darba autorība ir uzticēta Orzaki. Mūsdienu speciālistiem ir precīzi dati par sintēzes niansēm attiecībā uz eikariotiem, prokariotiem. No ģenētiskās molekulārās dakšas attīstība notiek, ģenerējot fragmentus, ko kopā satur DNS ligāze.
Sintēzes procesi tiek pieņemti kā nepārtraukti. Replikācijas reakcija ietver daudzus proteīnus. Molekulas attīšana notiek fermenta dēļ, šī stāvokļa saglabāšanu garantē destabilizējošais proteīns, un sintēze notiek caur polimerāzi.
Jauni dati, jaunas teorijas
Izmantojot mūsdienu cilvēka iedzimtības izpētes metodes, eksperti ir noskaidrojuši, no kurienes rodas replikācijas kļūdas. Izskaidrojums kļuva iespējams, kad kļuva pieejama precīza informācija par molekulu kopēšanas mehānismiem un molekulārās struktūras īpatnībām. Replikācijas shēma paredzvecāku molekulu atšķirības, katrai pusei darbojoties kā jaunas ķēdes matricai. Sintēze tiek realizēta, pateicoties bāzu ūdeņraža saitēm, kā arī vielmaiņas procesu krājuma mononukleotīdu elementiem. Lai radītu tiamīna, adenīna vai citozīna, guanīna saites, ir nepieciešama vielu pāreja uz tautomēru formu. Ūdens vidē katrs no šiem savienojumiem ir sastopams vairākos veidos; tie visi ir tautomēri.
Ir ticamākas un retāk sastopamas iespējas. Atšķirīga iezīme ir ūdeņraža atoma atrašanās vieta molekulārajā struktūrā. Ja reakcija norit ar retu tautomēriskās formas variantu, tā rezultātā veidojas saites ar nepareizu bāzi. DNS virkne saņem nepareizu nukleotīdu, elementu secība mainās stabili, notiek mutācija. Mutācijas mehānismu vispirms izskaidroja Kriks, Vatsons. Viņu secinājumi veido pamatu mūsdienu idejai par mutācijas procesu.
RNS funkcijas
Pētot iedzimtības molekulāro pamatu, zinātnieki nevarēja ignorēt ne mazāk svarīgu kā DNS nukleīnskābi – RNS. Tas pieder pie polinukleotīdu grupas, un tam ir strukturāla līdzība ar iepriekš aprakstītajām. Galvenā atšķirība ir ribozes izmantošana kā atlikumi, kas darbojas kā oglekļa mugurkaula pamats. Mēs atceramies, ka DNS šo lomu spēlē dezoksiriboze. Otrā atšķirība ir tāda, ka timīnu aizstāj ar uracilu. Šī viela pieder arī pirimidīnu klasei.
Pētot DNS un RNS ģenētisko lomu, zinātnieki vispirms noteica relatīvonenozīmīgas atšķirības elementu ķīmiskajās struktūrās, taču tālāka tēmas izpēte parādīja, ka tiem ir kolosāla loma. Šīs atšķirības koriģē katras molekulas bioloģisko nozīmi, tāpēc minētie polinukleotīdi dzīviem organismiem viens otru neaizstāj.
Pārsvarā RNS veido viena virkne, atšķiras viena no otras pēc izmēra, taču lielākā daļa ir mazākas par DNS. Vīrusiem, kas satur RNS, savā struktūrā ir tādas molekulas, ko veido divi pavedieni - to struktūra ir pēc iespējas tuvāka DNS. RNS ģenētiskie dati tiek uzkrāti un nodoti starp paaudzēm. Citas RNS ir sadalītas funkcionālos veidos. Tie tiek ģenerēti uz DNS veidnēm. Šo procesu katalizē RNS polimerāzes.
Informācija un iedzimtība
Mūsdienu zinātne, pētot iedzimtības molekulāros un citoloģiskos pamatus, kā galveno ģenētiskās informācijas uzkrāšanas objektu ir noteikusi nukleīnskābes – tas vienlīdz attiecas uz visiem dzīviem organismiem. Lielākajā daļā dzīvības formu DNS ir galvenā loma. Molekulas uzkrātos datus stabilizē nukleotīdu sekvences, kuras tiek reproducētas šūnu dalīšanās laikā pēc nemainīga mehānisma. Molekulārā sintēze notiek, piedaloties enzīmu komponentiem, savukārt matrica vienmēr ir iepriekšējā nukleotīdu ķēde, kas tiek materiāli pārnesta starp šūnām.
Dažkārt studentiem bioloģijas un mikrobioloģijas ietvaros tiek dots ģenētikas problēmu risinājums vizuālai atkarību demonstrēšanai. Iedzimtības molekulārās bāzes šādās problēmās tiek uzskatītas par saistītām ar DNS,kā arī RNS. Jāatceras, ka tādas molekulas gadījumā, kuras ģenētiku fiksē RNS no vienas spirāles, reproduktīvie procesi notiek pēc metodes, kas līdzīga iepriekš aprakstītajai. Veidne ir RNS tādā formā, ko var replicēt. Tas parādās šūnu struktūrā infekcijas invāzijas dēļ. Šī procesa izpratne ļāva zinātniekiem pilnveidot gēna fenomenu un paplašināt zināšanu bāzi par to. Klasiskā zinātne gēnu saprot kā informācijas vienību, kas tiek pārraidīta starp paaudzēm un atklāta eksperimentālā darbā. Gēns spēj mutācijas, apvienojumā ar citām tāda paša līmeņa vienībām. Fenotipu, kas piemīt organismam, precīzi izskaidro gēns – tā ir tā galvenā funkcija.
Zinātnē gēns kā iedzimtības funkcionālais pamats sākotnēji tika uzskatīts arī par vienību, kas ir atbildīga par rekombināciju, mutāciju. Pašlaik ir ticami zināms, ka par šīm divām īpašībām atbild DNS iekļautais nukleotīdu pāris. Bet funkciju nodrošina simtiem un pat tūkstošiem vienību nukleotīdu secība, kas nosaka aminoskābju olb altumvielu ķēdes.
Proteīni un to ģenētiskā loma
Mūsdienu zinātnē, pētot gēnu klasifikāciju, iedzimtības molekulārās bāzes tiek aplūkotas no olb altumvielu struktūru nozīmes viedokļa. Visu dzīvo vielu daļēji veido olb altumvielas. Tie tiek uzskatīti par vienu no nozīmīgākajiem komponentiem. Proteīns ir unikāla aminoskābju secība, kas lokāli transformējas, kadfaktoru klātbūtne. Bieži vien ir divi desmiti aminoskābju veidu, citi tiek ģenerēti fermentu ietekmē no galvenajiem divdesmit.
Olb altumvielu īpašību daudzveidība ir atkarīga no primārās molekulārās struktūras, aminoskābju polipeptīdu secības, kas veido proteīnu. Veiktie eksperimenti skaidri parādīja, ka aminoskābei ir stingri noteikta lokalizācija DNS nukleotīdu ķēdē. Zinātnieki to sauca par proteīnu elementu un nukleīnskābju paralēlēm. Parādību sauc par kolinearitāti.
DNS funkcijas
Bioķīmija un ģenētika, kas pēta iedzimtības molekulāros pamatus, ir zinātnes, kurās īpaša uzmanība tiek pievērsta DNS. Šī molekula ir klasificēta kā lineārs polimērs. Pētījumi ir parādījuši, ka vienīgā struktūrai pieejamā transformācija ir nukleotīdu secība. Tas ir atbildīgs par aminoskābju secības kodēšanu proteīnā.
Eukariotos DNS atrodas šūnas kodolā, un olb altumvielu veidošanās notiek citoplazmā. DNS nepilda veidnes lomu olb altumvielu ģenerēšanas procesā, kas nozīmē, ka ir nepieciešams starpelements, kas ir atbildīgs par ģenētiskās informācijas transportēšanu. Pētījumi liecina, ka loma ir piešķirta RNS veidnei.
Kā liecina zinātniskais darbs, kas veltīts iedzimtības molekulārajām bāzēm, informācija tiek pārnesta no DNS uz RNS. RNS var pārnest datus uz olb altumvielām un DNS. Olb altumviela saņem datus no RNS un nosūta tos uz to pašu struktūru. Starp DNS un olb altumvielām nav tiešas saiknes.
Ģenētiskiinfo: tas ir interesanti
Kā liecina zinātniskie darbi, kas veltīti iedzimtības molekulārajām bāzēm, ģenētiskie dati ir inerta informācija, kas tiek realizēta tikai ārēja enerģijas avota un būvmateriāla klātbūtnē. DNS ir molekula, kurai šādu resursu nav. Šūna saņem nepieciešamo no ārpuses caur olb altumvielām, tad sākas transformācijas reakcijas. Ir trīs informācijas ceļi, kas nodrošina dzīvības atbalstu. Tie ir saistīti viens ar otru, bet neatkarīgi. Ģenētiskie dati tiek pārmantoti ar DNS replikācijas palīdzību. Datus kodē genoms - šī plūsma tiek uzskatīta par otro. Trešais un pēdējais ir uztura savienojumi, kas pastāvīgi iekļūst šūnu struktūrā no ārpuses, nodrošinot to ar enerģiju un celtniecības sastāvdaļām.
Jo augstāk strukturēts organisms, jo vairāk genoma elementu. Daudzveidīgs gēnu komplekts ievieš tajā šifrēto informāciju, izmantojot koordinētus mehānismus. Datiem bagātā šūna nosaka, kā ieviest atsevišķus informācijas blokus. Pateicoties šai kvalitātei, palielinās spēja pielāgoties ārējiem apstākļiem. Daudzveidīgā ģenētiskā informācija, ko satur DNS, ir proteīnu sintēzes pamats. Sintēzes ģenētiskā kontrole ir Monoda un Jēkaba 1961. gadā formulēta teorija. Tajā pašā laikā parādījās operona modelis.
