Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

 профессионального  образования

Петрозаводский  государственный университет

Кольский  филиал 
 
 

         

                                          Преподаватель доц. Ртвеладзе В.В.

          Дисциплина  “Концепции                           современного естествознания” 
 
 
 
 

Становление и развитие генетики 
 
 
 

Контрольная работа

группа  АФ – 2/04

заочная форма обучения

экономический факультет

специальность 080105 (060400)

Финансы и кредит 

Постновой Ирины Евгеньевны 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Апатиты

2005

 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
 

 

     ВВЕДЕНИЕ

 

    Рассматриваемая тема достаточно актуальна в современных  условиях, в том числе и для  нашей страны, так как является основополагающей для определения и решения практически всех вопросов воспроизводства жизни на Земле.

    Целью контрольной работы является изучение теоретических основ становления и развития генетики.

    Для достижения цели поставлены следующие задачи:

1. Изучение основных составляющих воспроизводства жизни;

• значение  клетки и способы ее деления;
• носители информации – нуклеиновые кислоты;
• основа жизни – белки;
• единица наследственной информации – ген.

2. Изучение основных понятий  и этапов развития генетики;

3. Основные характеристики генетической (генной) и клеточной инженерии (клональное размножение растений и животных).

    Раскрытие темы невозможно без определения  понятия генетики.

    Генетика  – наука о наследственности, способах передачи признаков от родителей  к детям, о механизмах индивидуальной изменчивости организмов и способах управления изменчивостью.

    Научное значение строения  всего живого в большей степени достоверно за счет успехов, достигнутых новой наукой - молекулярной биологией. Можно сказать, что примерно в середине прошлого столетия произошла научная революция в биологии, вторая в нашем веке, после научной революции в физике, и благодаря ей биология выбилась в лидеры «соревнования» между науками.

    Что касается биологии, то биологи прежних лет в целом продвигались сверху вниз. Они начинали с целого организма, потом разнимали его на части и рассматривали отдельные органы и ткани; далее они изучали отдельные клетки под микроскопом - так мало-помалу они продвигались вниз, от сложного к простому. Новая биология начинает с другого конца и продвигается с самого низа  вверх. Она начала с простейших компонентов живого организма стала изучать отдельные молекулы и их взаимодействие внутри клеток, пренебрегая всем остальным. Теперь пришла пора обратиться к этому остальному и двигаться вверх вдоль иерархии биологической организации. По этому пути и идет современная биология

 

1. Становление и развитие генетики

1.1. Значение клетки

 

    Во  второй половине XX века были выяснены вещественный состав, структура клетки и процессы, происходящие в ней. «Клетка - это своего рода атом в биологии. Точно так же, как разные химические соединения сложены из атомов, так и живые организмы состоят из огромных скоплений клеток. Из работ физиков мы знаем, что все атомы очень похожи друг на друга: в центре каждого атома находится массивное, положительно заряженное ядро, а вокруг него вращается облако электронов – это как бы Солнечная система в миниатюре! Клетки, подобно атомам, также очень сходны друг с другом. Каждая клетка содержит в середине плотное образование, названное ядром, которое плавает в «полужидкой» цитоплазме. Все вместе заключено в клеточную мембрану».¹

    Основное  вещество клетки - белки, молекулы которых обычно содержат несколько сот аминокислот  похожих на бусы, состоящие из главной и боковой цепей. У всех живых видов имеются свои особые белки, определяемые генетическим аппаратом. Собственно, клетка и нужна для аппарата воспроизводства, который находится в ее ядре. Без клетки генетический аппарат не мог бы существовать.

    Если  же случится так, что в клетку попадут  вредные для организма бактерии и другие инородные тела, то с ними вступает в бой иммунная система - блуждающие клетки, которые у низших животных играют роль пищеварительных органов, а у высших животных, в том числе у человека, их значение заключается именно в защите специфического строения данного организма (теория иммунитета разработана русским ученым И. И. Мечниковым).

    Попадающие  в организм белки расщепляются на аминокислоты, которые затем используются им для построения собственных белков. Нуклеиновые кислоты создают ферменты, управляющие реакциями. Например, для одного процесса брожения нужна дюжина ферментов, каждый из которых управляет одной реакцией и действует только на строго определенный вид молекул. Все ферменты - белки. Фермент похож на дирижера, который играет всегда со своим оркестром.

    В качестве примера процессов, проходящих в клетках и тканях организма, рассмотрим роль гемоглобина - глобулярного белка красных кровяных клеток - эритроцитов, цепи которого свернуты в сферу. Присутствием гемоглобина обусловлен красный цвет крови. Функция этого белка состоит в том, чтобы переносить кислород из легких к тканям. Гемоглобин обладает замечательной способностью связывать молекулярный кислород. Точнее говоря, одна молекула гемоглобина может связать одновременно четыре молекулы кислорода. В легких, где давление кислорода выше, происходит присоединение молекул кислорода к гемоглобину. Гемоглобин доставляет их к тканям, но там давление ниже, и кислород освобождается. Далее происходит диффузия кислорода внутри клеток. В клетке молекулы кислорода встречаются с другим белком - миоглобином. Молекула миоглобина в четыре раза меньше гемоглобина и способна связать только одну молекулу кислорода. Миоглобин тоже красный; этим объясняется красный цвет мяса. Молекулы кислорода переходят от гемоглобина к миоглобину, где и хранятся до тех пор, пока не потребуется клетке.

1.2. Воспроизводство жизни

 

    Три самых важных составляющих процесса развития организма:

1. оплодотворение (слияние половых клеток) при половом размножении; 
2. воспроизводство в клетке по данной матрице определенных веществ и структур;
3. деление клеток, в результате которого организм растет из одной оплодотворенной яйцеклетки.

    Существует  два способа деления клеток. Митоз - это такое деление клеточного ядра, при котором образуются два дочерних ядра с наборами хромосом (части ядер клеток), идентичными наборам родительской клетки. Мейоз - это деление клеточного ядра с образованием четыре дочерних ядер, каждое из которых содержит вдвое меньше хромосом, чем исходное ядро. Первый способ характерен для всех клеток, кроме половых, второй - для половых клеток.

    Носители  информации - нуклеиновые кислоты - содержат азот и выполняют три функции: 1) самовоспроизведение; 2) хранение информации; 3) реализация этой информации в процессе роста новых клеток. Среди нуклеиновых кислот различают дезоксирибонуклеиновую (ДНК) и рибонуклеиновую (РНК) кислоты. ДНК встречается преимущественно в хромосомах ядра клетки, а РНК - как в ядре, так и в цитоплазме.

    Молекулы  нуклеиновых кислот очень велики: они содержат десятки, сотни и тысячи звеньев - нуклеотидов. Молекулы РНК состоят из меньшего числа нуклеотидов по сравнению с молекулой ДНК,  а вместо азотистого основания тимина  содержит  урацил. В составе молекулы ДНК содержатся остатки сахара дезоксирибозы, молекула же РНК содержит остатки другого сахара - рибозы. Отсюда и название этих кислот [1, стр. 99-100].

    Последовательность нуклеотидов в цепи (то есть первичная структура нуклеиновой кислоты) еще не определяет всех ее свойств. Очень важна вторичная структура - форма, которую приобретает реальная молекула нуклеиновой кислоты. Вторичную структуру молекулы ДНК установили английские ученые Д.Уотсон и Ф.Крик в 1958 году. Они же создали ее модель. Теперь она общепринята и называется моделью Уотсона-Крика.

    Оказалось, что молекула ДНК находится в природе обычно в форме двойной спирали: две нити ДНК обвивают друг друга подобно двум переплетенным проводам (рисунок).

    Комбинации  четырех азотистых оснований, входящих в состав ДНК, образуют так называемый генетический код. Последний представляет собой особый химический язык, на котором записывается наследственная информация.

    

    Схема двойной спирали ДНК 

    Основой жизни животных и растительных клеток являются белки. Это - сложнейшие органические соединения, состоящие из большего или меньшего количества аминокислот. Белки выполняют различные функции, и они достаточно разнообразны. Так, например, в мышечных волокнах содержится белок миозин, в эритроцитах - гемоглобин, в поджелудочной железе - инсулин и т. п. В обмене веществ в организме принимают участие белки, называемые ферментами. Синтез, то есть образование, белков происходит в цитоплазме клетки, а специфические особенности белков определяются генетической информацией, заключающейся в ДНК хромосом [2, стр. 180].

    Сходство  и различие тел определяются набором белков. Чем ближе организмы друг к другу, тем более сходны их белки Молекулы ДНК - это как бы набор, с которого «печатается» организм в типографии Вселенной. Участок молекулы ДНК, служащий матрицей для синтеза одного белка, называют «геном».

    Процесс воспроизводства состоит из трех частей, называющихся тремя ключевыми словами: репликация, транскрипции трансляция. Репликация - это удвоение молекулы ДНК, необходимое для последующего деления клеток.

    Процесс репликации ДНК состоит в следующем: ДНК распределяется на две цепи, а затем из нуклеотидов, свободно плавающих в клетке, формируется вдоль каждой цепи еще одна цепь. Этот процесс можно сравнить с печатанием фотокарточек. Так как каждая клетка многоклеточного организма возникает из одной зародышевой клетки в результате многократных делений, все клетки организма имеют одинаковый набор генов.

    Вторая  часть процесса воспроизводства - транскрипция представляет собой перенос кода ДНК путем образования одноцепочечной молекулы информационной РНК на одной нити ДНК (информационная РНК - копия части молекулы ДНК, одного или группы рядом лежащих генов, несущих информацию о структуре белков, необходимых для выполнения одной функции).

    Третья  часть процесса воспроизводства - трансляция - это синтез белка на основе генетического кода информационной РНК в особых частях клетки - рибосомах, куда доставляет аминокислоты транспортная РНК.

    Основной  механизм, с помощью которого молекулярная биология объясняет передачу и переработку генетической информации, по существу, является петлей обратной связи. ДНК, содержащая в линейноупорядоченном виде всю информацию, необходимую для синтеза различных протеинов, участвует в последовательности реакций, в ходе которых вся информация кодируется в виде определенной последовательности различных протеинов. Некоторые ферменты осуществляют обратную связь среди синтезированных протеинов, активируя и регулируя не только различные стадии превращений, но и автокаталитический процесс репликации ДНК, позволяющий копировать генетическую информацию с такой же скоростью, с какой размножаются клетки [1, стр. 102-103].