В данном разделе изучаются следующие вопросы: структура и функции нуклеиновых кислот (ДНК, РНК); генетический код и его основные свойства; строение, функции и основные свойства гена; строение и функционирование генетического материала у прокариот (бактерий, вирусов, фагов, плазмид).
Необходимо вначале ознакомиться с экспериментами Ф. Гриффита и О. Эвери по генетической трансформации у пневмококков, в которых было доказано, что генетическая информация обусловлена дезоксирибонуклеиновой кислотой (ДНК).
Важным открытием в молекулярной генетике явилось установление Дж. Уотсоном и Ф. Криком структуры молекулы ДНК в виде двойной спирали.
ДНК является полимером, состоящим из мономеров — нуклеотидов, которые различаются только одним из четырех азотистых оснований (аденин-А, гуанин-Г, цитозин-Ц, тимин-Т). Обратите внимание на правило Чаргаффа, согласно которому нити ДНК соединяются между собой на основе взаимодополняемости (комплементарности) этих оснований (А—Т, Г—Ц). Именно этот принцип лежит в основе репликации (самоудвоения) ДНК — каждая одиночная нить как бы достраивает дочернюю комплементарную нить. У всех живых организмов основные черты строения ДНК одинаковы, а ее специфичность определяется различной последовательностью азотистых оснований.
|
|
После ознакомления со строением и особенностями репликации ДНК переходите к изучению строения, типов и функций РНК. Выясните при этом основные отличия РНК от ДНК. Обратите внимание на размеры молекул разных типов РНК.
В соответствии с центральной догмой Ф. Крика, генетическая информация от гена к молекуле белка передается по схеме:
После изучения этих вопросов необходимо внимательно ознакомиться с проблемой генетического кода и биосинтеза белка. В 50—60 годы были установлены основные понятия генетического кода: нуклеотид ДНК или РНК — это «буква языка»; триплет или кодон (три нуклеотида) — «Слово языка»— соответствует аминокислоте, а ген (около 1000 пар азотистых оснований) — «фраза», в соответствии с которой синтезируется полипептидная цепь. Генетический код состоит из 64 триплетов (43 = 64), кодирующих 20 аминокислот (см. учебник 1).
Ознакомившись с генетическим кодом синтеза белка, рассмотрите процесс синтеза полипептидной цепи аминокислот в цитоплазме. В нем участвуют рибосомы, и-РНК, т-РНК, ферменты. Это последний этап перехода генетической информации от гена к структуре белка, или трансляция.
Пример. В одной из цепочек молекулы ДНК (матричная нить) нуклеотиды чередуются следующим образом: Т—Г—Ц—А—Ц—Г—Т—Т—А—Ц—Г—Г. Выясните, какова последовательность нуклеотидов в другой (комплементарной) нити этой же молекулы ДНК. Проведите транскрипцию и трансляцию генетической информации. Выясните, как изменится состав первичной структуры белка, если в матричной цепочке ДНК произойдет мутация вставки нуклеотида Ц между третьим и четвертым нуклеотидами
|
|
Для решения задачи необходимо ознакомиться со словарем генетического кода. Обратите внимание на то, что одна и та же аминокислота может кодироваться несколькими триплетами (кодонами) — двумя, четырьмя, шестью. При решении задач следует использовать лишь один из имеющихся триплетов (любой).
Решение.
1. Построим другую цепочку этой же молекулы ДНК
2. Проведем считывание генетической информации с матричной нити ДНК (транскрипцию), а также трансляцию этой
информации с помощью словаря генетического кода
3. В ходе плюс-мутации произошла вставка нуклеотида Ц между третьим и четвертым нуклеотидами. В результате трансляции изменится и-РНК, а также набор аминокислот в полипептидной цепи белка.
В целях закрепления этого материала решите несколько задач, имеющихся в вопросах для контрольной работы (№ 112—117) и в практикуме по генетике (2).
В современном понимании ген представляет собой целостную структуру, состоящую из определенного участка ДНК. Он является элементарной единицей наследственности, стойко воспроизводящейся в поколениях и контролирующей развитие определенного признака. Особое внимание обратите на основные свойства гена, а именно:
1) постоянство (стабильность ДНК, стабильность фенотипа);
2) дискретность (существование конкретного гена как строго очерченного участка ДНК на фоне непрерывной последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК);
3) аллельность (существование гена в двух или нескольких состояниях, имеющих различное фенотипическое проявлений;
4) другие свойства (градуальность, специфичность, способность к плейотропии и полимерии).
Отметьте, что в составе генов имеются транскрибируемые участки, несущие информацию о структуре белка (экзоны); участки, не несущие такой информации (интроны); а также регуляторные участки для опознания гена и точки начала считывания при транскрипции.
Важным вопросом этого раздела является генетическая инженерия. Ее задачи связаны с получением генов путем их синтеза или выделения из одних клеток и последующего переноса таких генов и генетических структур или их копий в другие клетки. Таким методом уже созданы культуры бактерий, продуцирующие аминокислоту триптофан, гормоны: соматостатин, инсулин и интерферон и др. Изучите также другие направления генетической инженерии и их практическое значение (соматическая гибридизация, пересадка ядер и клеток, трансплантация зигот и эмбрионов и др.).
[1], [2], [3], [4], [6], [7], [12]