Zákony dědičnosti přitahují lidskou pozornost od doby, kdy se poprvé ukázalo, že genetika je něco hmotnějšího než nějaké vyšší síly. Moderní člověk ví, že organismy mají schopnost se reprodukovat podobně jako oni sami, zatímco potomci dostávají specifické rysy a vlastnosti vlastní jejich rodičům. Reprodukce je realizována díky schopnosti přenášet genetickou informaci mezi generacemi.
Teorie: Nikdy nemůžete mít příliš mnoho
Zákony dědičnosti se začaly aktivně zkoumat teprve relativně nedávno. Působivý krok vpřed v této věci byl učiněn v minulém století, kdy Sutton a Boveri přinesli veřejnosti novou hypotézu. Tehdy navrhli, že chromozomy pravděpodobně nesou genetická data. O něco později technologie umožnila chemické studium složení chromozomů. Odhalilo topřítomnost specifických nukleových sloučenin proteinů. Ukázalo se, že proteiny jsou vlastní obrovské rozmanitosti struktur a specifik chemického složení. Dlouhou dobu se vědci domnívali, že právě proteiny jsou hlavním aspektem, který zajišťuje přenos genetických dat mezi generacemi.
Desetiletí výzkumu na toto téma poskytly nový pohled na důležitost buněčné DNA. Jak vědci odhalili, pouze takové molekuly jsou hmotným nosičem užitečné informace. Molekuly jsou prvkem chromozomu. Dnes si téměř každý z našich krajanů, kteří získali všeobecné vzdělání, stejně jako obyvatelé mnoha dalších zemí, dobře uvědomuje, jak významné jsou molekuly DNA pro člověka, normální vývoj lidského těla. Mnozí si význam těchto molekul představují z hlediska dědičnosti.
Genetika jako věda
Molekulární genetika, která se zabývá studiem buněčné DNA, má alternativní název – biochemická. Tato oblast vědy vznikla na průsečíku biochemie a genetiky. Kombinovaný vědecký směr je produktivní oblastí lidského výzkumu, která vědecké komunitě poskytla velké množství užitečných informací, které nejsou dostupné lidem zabývajícím se pouze biochemií nebo genetikou. Experimenty prováděné profesionály v této oblasti zahrnují práci s mnoha formami života a organismy různých typů a kategorií. Nejvýznamnější výsledky získané vědeckou komunitou jsou výsledkem studia lidských genů, jakož i různýchmikroorganismy. Mezi ty nejdůležitější patří Eisheria coli, lambda fágy těchto mikrobů, houby neurospore crassa a Saccharomyces cerevisia.
Genetické základy
Vědci již dlouhou dobu nepochybují o důležitosti chromozomu při přenosu dědičné informace mezi generacemi. Jak ukázaly specializované testy, chromozomy jsou tvořeny kyselinami, bílkovinami. Pokud provedete experiment s barvením, protein se uvolní z molekuly, ale NA zůstane na svém místě. Vědci mají větší množství důkazů, které nám umožňují mluvit o akumulaci genetické informace v NK. Právě jejich prostřednictvím se data přenášejí mezi generacemi. Organismy tvořené buňkami, viry, které mají DNA, přijímají informace z předchozí generace prostřednictvím DNA. Některé viry obsahují RNA. Právě tato kyselina je zodpovědná za přenos informací. RNA, DNA jsou NK, které se vyznačují určitými strukturálními podobnostmi, ale jsou zde i rozdíly.
Při studiu role DNA v dědičnosti vědci zjistili, že molekuly takové kyseliny obsahují čtyři typy sloučenin dusíku a deoxyribózu. Díky těmto prvkům se přenáší genetická informace. Molekula obsahuje purinové látky adenin, guanin, pyrimidinové kombinace thymin, cytosin. Chemickou molekulární kostrou jsou cukerné zbytky střídající se se zbytky kyseliny fosforečné. Každý zbytek má vazbu na uhlíkový vzorec prostřednictvím cukrů. Dusíkaté báze jsou po stranách připojeny ke zbytkům cukru.
Jména a data
Vědci,při zkoumání biochemických a molekulárních základů dědičnosti byli schopni identifikovat strukturální rysy DNA až v 53. Autorství vědeckých informací je přiděleno Crickovi, Watson. Dokázali, že jakákoli DNA bere v úvahu biologické specifické vlastnosti dědičnosti. Při stavbě modelu si musíte pamatovat zdvojení dílů a schopnost akumulovat, přenášet dědičné informace. Molekula je potenciálně schopna mutovat. Chemické složky, jejich kombinace, ve spojení s přístupy rentgenových difrakčních studií, umožnily určit molekulární strukturu DNA jako dvoušroubovice. Je tvořena polovinami spirál antiparalelního typu. Cukrovo-fosfátové páteře jsou vyztuženy vodíkovými vazbami.
Při studiu molekulárního základu dědičnosti a variability mají práce Chargaffa zvláštní význam. Vědec se věnoval studiu nukleotidů přítomných ve struktuře nukleové kyseliny. Jak bylo možné odhalit, každý takový prvek je tvořen dusíkatými bázemi, zbytky fosforu, cukrem. Byla zjištěna korespondence molárního obsahu thyminu a adeninu, byla stanovena podobnost tohoto parametru pro cytosin a guanin. Předpokládalo se, že každý thyminový zbytek má spárovaný adenin a pro guanin existuje cytosin.
Stejné, ale tak odlišné
Při studiu nukleových kyselin jako základu dědičnosti vědci zjistili, že DNA patří do kategorie polynukleotidů tvořených četnými nukleotidy. Jsou možné nejnepředvídatelnější sekvence prvků v řetězci. Sériová diverzita teoreticky nemáomezení. DNA má specifické vlastnosti spojené s párovými sekvencemi jejích složek, ale párování bází probíhá podle biologických a chemických zákonů. To vám umožní předdefinovat sekvence různých řetězců. Tato kvalita se nazývá komplementarita. Vysvětluje schopnost molekuly dokonale reprodukovat svou vlastní strukturu.
Při studiu dědičnosti a variability prostřednictvím DNA vědci zjistili, že vlákna tvořící DNA jsou šablonami pro tvorbu komplementárních bloků. Aby došlo k reakci, molekula se rozvine. Proces je doprovázen destrukcí vodíkových vazeb. Báze interagují s komplementárními složkami, což vede ke vzniku specifických vazeb. Po fixaci nukleotidů dochází k zesítění molekuly, což vede ke vzniku nového polynukleotidu, jehož sekvence částí je předem určena výchozím materiálem. Takto se objeví dvě identické molekuly nasycené identickými informacemi.
Replika: garant stálosti a změny
Popsáno výše poskytuje představu o implementaci dědičnosti a variability prostřednictvím DNA. Replikační mechanismus vysvětluje, proč je DNA přítomna v každé organické buňce, zatímco chromozom je jedinečný organoid, který se reprodukuje kvantitativně a kvalitativně s výjimečnou přesností. Tato metoda skutečné distribuce nebyla proveditelná, dokud nebyla prokázána skutečnost, že molekula má komplementární strukturu s dvojitou šroubovicí. Crick, Watson, který předtím předpokládal, jaká je molekulární struktura, se ukázal jako zcela správný, i když vědci postupem času začali pochybovat o správnosti jejich vize procesu replikace. Nejprve se věřilo, že spirály z jednoho řetězce se objevují současně. Je známo, že enzymy, které v laboratoři katalyzují molekulární syntézu, fungují pouze jedním směrem, to znamená, že nejprve se objeví jeden řetězec, pak druhý.
Moderní metody studia lidské dědičnosti umožnily simulovat nespojitou tvorbu DNA. Model se objevil v 68. Základem jejího návrhu byla experimentální práce s použitím Eisheria coli. Autorství vědecké práce je přiděleno Orzakimu. Moderní specialisté mají přesné údaje o nuancích syntézy ve vztahu k eukaryotům, prokaryotům. Z genetické molekulární vidlice dochází k vývoji generováním fragmentů držených pohromadě DNA ligázou.
Procesy syntézy jsou považovány za kontinuální. Replikativní reakce zahrnuje četné proteiny. K uvolnění molekuly dochází vlivem enzymu, zachování tohoto stavu je zaručeno destabilizujícím proteinem a syntéza probíhá přes polymerázu.
Nová data, nové teorie
Pomocí moderních metod studia lidské dědičnosti odborníci zjistili, odkud pocházejí chyby replikace. Vysvětlení bylo možné, když byly k dispozici přesné informace o mechanismech kopírování molekul a specifických rysech molekulární struktury. Schéma replikace předpokládádivergence mateřských molekul, přičemž každá polovina působí jako matrice pro nový řetězec. Syntéza je realizována díky vodíkovým můstkům bází a také mononukleotidových prvků zásobních metabolických procesů. Aby se vytvořily vazby thiaminu, adeninu nebo cytosinu, guaninu, je nutný přechod látek do tautomerní formy. Ve vodním prostředí je každá z těchto sloučenin přítomna v několika formách; všechny jsou tautomerní.
Existují pravděpodobnější a méně obvyklé možnosti. Charakteristickým rysem je poloha atomu vodíku v molekulární struktuře. Pokud reakce probíhá se vzácnou variantou tautomerní formy, dochází k vytvoření vazeb s nesprávnou bází. Řetězec DNA dostává nesprávný nukleotid, sekvence prvků se stabilně mění, dochází k mutaci. Mutační mechanismus poprvé vysvětlil Crick, Watson. Jejich závěry tvoří základ moderní myšlenky mutačního procesu.
funkce RNA
Při studiu molekulárního základu dědičnosti nemohli vědci ignorovat neméně důležitou nukleovou kyselinu DNA – RNA. Patří do skupiny polynukleotidů a má strukturní podobnosti s těmi, které byly popsány dříve. Klíčovým rozdílem je použití ribózy jako zbytků, které fungují jako základ uhlíkové páteře. V DNA, jak si vzpomínáme, hraje tuto roli deoxyribóza. Druhým rozdílem je, že thymin je nahrazen uracilem. Tato látka také patří do třídy pyrimidinů.
Při studiu genetické role DNA a RNA vědci nejprve určili relativnínevýznamné rozdíly v chemických strukturách prvků, ale další studium tématu ukázalo, že hrají kolosální roli. Tyto rozdíly korigují biologický význam každé z molekul, takže zmíněné polynukleotidy se pro živé organismy navzájem nenahrazují.
Většinou je RNA tvořena jedním řetězcem, liší se od sebe velikostí, ale většina z nich je menší než DNA. Viry obsahující RNA mají ve své struktuře takové molekuly tvořené dvěma řetězci – svou strukturou se co nejvíce blíží DNA. V RNA se genetická data shromažďují a předávají mezi generacemi. Ostatní RNA se dělí na funkční typy. Jsou generovány na DNA templátech. Proces je katalyzován RNA polymerázami.
Informace a dědičnost
Moderní věda, která studuje molekulární a cytologické základy dědičnosti, určila nukleové kyseliny jako hlavní objekt akumulace genetické informace – to platí stejně pro všechny živé organismy. Ve většině forem života hraje DNA klíčovou roli. Data akumulovaná molekulou jsou stabilizována nukleotidovými sekvencemi, které jsou reprodukovány během buněčného dělení podle nezměněného mechanismu. Molekulární syntéza probíhá za účasti enzymových složek, přičemž matricí je vždy předchozí nukleotidový řetězec, který je materiálně přenášen mezi buňkami.
Někdy studenti v rámci biologie a mikrobiologie dostanou řešení problémů v genetice pro názornou demonstraci závislostí. Molekulární základy dědičnosti v takových problémech jsou považovány za relativní k DNA,stejně jako RNA. Je třeba mít na paměti, že v případě molekuly, jejíž genetika je zaznamenána RNA z jedné šroubovice, probíhají reprodukční procesy podle metody podobné té, která byla popsána dříve. Templátem je RNA ve formě, kterou lze replikovat. To se objevuje v buněčné struktuře v důsledku infekční invaze. Pochopení tohoto procesu umožnilo vědcům upřesnit fenomén genu a rozšířit znalostní základnu o něm. Klasická věda chápe gen jako jednotku informace přenášené mezi generacemi a odhalené v experimentálních pracích. Gen je schopen mutací, kombinovaných s jinými jednotkami stejné úrovně. Fenotyp, který organismus vlastní, je vysvětlen právě genem - to je jeho hlavní funkce.
Ve vědě byl gen jako funkční základ dědičnosti zpočátku považován také za jednotku zodpovědnou za rekombinaci, mutaci. V současné době je spolehlivě známo, že za tyto dvě vlastnosti odpovídá nukleotidový pár obsažený v DNA. Ale funkci zajišťuje nukleotidová sekvence o stovkách a dokonce tisících jednotek, které určují aminokyselinové proteinové řetězce.
Proteiny a jejich genetická role
V moderní vědě studující klasifikaci genů jsou molekulární základy dědičnosti zvažovány z hlediska významu proteinových struktur. Veškerá živá hmota je částečně tvořena bílkovinami. Jsou považovány za jednu z nejvýznamnějších složek. Protein je jedinečná aminokyselinová sekvence, která se lokálně transformuje, kdyžpřítomnost faktorů. Často existují dva tucty typů aminokyselin, jiné jsou generovány pod vlivem enzymů z hlavních dvaceti.
Rozmanitost kvalit proteinu závisí na primární molekulární struktuře, aminokyselinové polypeptidové sekvenci, která tvoří protein. Provedené experimenty jasně ukázaly, že aminokyselina má přesně definovanou lokalizaci v nukleotidovém řetězci DNA. Vědci to nazvali paralelami proteinových prvků a nukleových kyselin. Tento jev se nazývá kolinearita.
Funkce DNA
Biochemie a genetika, které studují molekulární základy dědičnosti, jsou vědy, ve kterých je zvláštní pozornost věnována DNA. Tato molekula je klasifikována jako lineární polymer. Studie ukázaly, že jedinou dostupnou transformací struktury je nukleotidová sekvence. Je zodpovědný za kódování sekvence aminokyselin v proteinu.
U eukaryot je DNA umístěna v buněčném jádře a tvorba proteinu probíhá v cytoplazmě. DNA nehraje roli templátu pro proces generování proteinu, což znamená, že je zapotřebí mezičlánku, který je zodpovědný za transport genetické informace. Studie ukázaly, že role je přiřazena šabloně RNA.
Jak ukazují vědecké práce věnované molekulárním základům dědičnosti, informace se přenášejí z DNA do RNA. RNA může přenášet data do proteinu a DNA. Protein přijímá data z RNA a posílá je do stejné struktury. Mezi DNA a proteiny neexistují žádné přímé vazby.
Genetickýinfo: to je zajímavé
Jak ukázaly vědecké práce věnované molekulárním základům dědičnosti, genetická data jsou inertní informace, která se realizuje pouze za přítomnosti vnějšího zdroje energie a stavebního materiálu. DNA je molekula, která takové zdroje nemá. Buňka přijímá to, co potřebuje zvenčí prostřednictvím proteinů, poté začnou transformační reakce. Existují tři informační cesty, které poskytují podporu života. Jsou na sebe propojené, ale nezávislé. Genetická data se přenášejí dědičně replikací DNA. Data jsou kódována genomem – tento proud je považován za druhý. Třetí a poslední jsou nutriční sloučeniny, které neustále pronikají do buněčné struktury zvenčí a dodávají jí energii a stavební složky.
Čím více strukturovaný organismus, tím početnější prvky genomu. Různorodý genový soubor implementuje informace v něm zašifrované prostřednictvím koordinovaných mechanismů. Buňka bohatá na data určuje, jak implementovat jednotlivé informační bloky. Díky této kvalitě se zvyšuje schopnost adaptace na vnější podmínky. Rozmanité genetické informace obsažené v DNA jsou základem syntézy proteinů. Genetická kontrola syntézy je teorie formulovaná Monodem a Jacobem v roce 1961. Ve stejnou dobu se objevil model operona.
