Молекулярно-генетические основы наследственности и изменчивости

Генетика – это наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими.

Основы современной генетики были сформулированы Г. Менделем. Он открыл законы дискретной наследственности, выражающие распределение в потомстве наследственных факторов, названных вследствие генами.

Законы Менделя:

1. Закон единообразия гибридов первого поколения.

2. Закон независимого расщепления гибридов второго поколения, согласно которому гены, определяющие различные признаки, наследуются независимо друг от друга.

Мендель заранее предусмотрел две возможности:

1. признаки, наследуемые от одного родителя, передаются совместно;

2. признаки передаются потомству независимо один от другого.

В основе передачи наследственных признаков всего живого лежат, прежде всего, законы наследования, открытые Менделем. Они позволили сформулировать хромосомную теорию наследственности, согласно которой преемственность свойств в ряду поколений определяется преемственностью их хромосом, находящихся в ядре клеток и заключающих в себе всю генетическую информацию.

Мутации.

Мутацией называется изменение структуры или количества ДНК данного организма, приводящее к изменению генотипа. Любые мутации имеют неопределенный, случайный характер по отношению к вызывающим их изменениям внешней среды. Сколько-нибудь существенные эволюционные преобразования организмов не могут быть достигнуты посредством одной мутации, а достигаются серией малых мутаций. Мутации позволяют выживать виду при значительных изменениях окружающей среды, когда необходима перестройка нормы реакции. Новые мутации постоянно появляются в природе, т. к. существует множество особей каждого вида. Воздействие извне радиоактивными, ультрафиолетовыми лучами, химическими веществами может изменить «запись» наследственной информации. Происходит нарушение генетического кода и вместо нормального развития живого организма, предначертанного природой, наступает отступление от нормы – мутация.

Генная инженерия.

Генная инженерия – это раздел молекулярной биологии, который связан с целенаправленным конструированием новых, не существующих в природе сочетаний генов с помощью генетических и биохимических методов.

В высших организмах доля нуклеотидов в цепи ДНК, которые действительно кодируют последовательность аминокислот в белках, составляет около 5%. В остальных нуклеотидных последовательность ДНК закодирована информация о форме молекул ДНК.

Современная молекулярная биология позволяет вводить почти любой отрезок ДНК в микроорганизм, чтобы заставить его синтезировать тот белок, который кодирует данная ДНК. А современная органическая химия дает возможность синтезировать последовательности нуклеотидов – фрагменты генов. Такие фрагменты генов можно применять для изменения исходной последовательности оснований в гене, кодирующем нужный белок. Таким способом можно получить модифицированный белок с измененной последовательностью аминокислот, т. е. белок со структурой и функцией, ранее не существовавшими в природе.

Теория Опарина о происхождении жизни на Земле

Большой вклад в вопрос о происхождении жизни внесли академик биохимик А. И. Опарин, английские естествоиспытатели Дж. Бернал и Б. С. Холдейн и другие ученые.

Жизнь — это свойство материи, которое раньше не существовало и появилось в опреде­ленный момент истории Земли. Сущность жизни — обмен с внешней средой воспроизве­дение себе подобных, постоянное развитие.

История жизни и история Земли тесно свя­заны между собой. Возраст Земли насчитывает около 5 млрд. лет, а жизнь зародилась более 3,5 млрд. лет тому назад.

На начальных этапах истории Земля пред­ставляла собой раскаленную планету. В резуль­тате вращения и снижения температуры атомы тяжелых элементов оседали в центре, а атомы легких элементов (водорода, кислорода, угле­рода, азота) перемещались в поверхностные слои. Именно из легких элементов состоят тела живых организмов. В живой клетке содержится около 70 % кислорода, 17 % углерода, 10 % во­дорода, 3 % азота.

Далее появились химические соединения: вода, метан, углекислый газ, аммиак, цианистый водород. На этих этапах сформировалась атмо­сфера — продукт развития жизни на Земле.

При дальнейшем снижении температуры об­разовалась земная кора, т.к. некоторые газо­образные соединения перешли в жидкое и твер­дое состояния. Возникли большие водоемы.

В результате вулканической деятельности проис­ходили химические реакции, которые привели к появлению простейших органических соеди­нений.

При высокой температуре, ультрафиолетовом излучении, грозовых разрядах простые молеку­лы органических соединений при взаимодей­ствии с другими веществами усовершенствова­лись, усложнялись и появились более сложные органические соединения: жиры, углеводы, ами­нокислоты, белки и нуклеиновые кислоты. Они обладали важными свойствами — умение вос­производить аналогичные себе молекулы.

В это время все органические соединения находились в первичном океане, их концентра­ция увеличивалась, происходило взаимодей­ствие, смешивание и объединение в мелкие обособленные структуры раствора. Так появи­лись структурные образования — мембраны, которые сыграли важную роль в построении кле­ток. Первые организмы были одноклеточные прокариоты. Через несколько миллиардов лет образовались эукариоты. С их появлением на­метился выбор животного или растительного образа жизни, различия между которыми за­ключается в способе питания и связано с воз­никновением важнейшего для всего живого про­цесса — фотосинтеза.

Первые многоклеточные организмы возник­ли в результате объединения одноклеточных организмов и прошли долгий путь эволюции. Так жизнь развивалась и совершенствовалась. Те­перь живые существа появляются только вслед­ствие размножения.