Ген и его свойства

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Введение…………………………………………………………………...3
2. Определение понятия «ген», его основные признаки и сущность генетики как науки........................................................................................4
3. Характеристика генетики как науки……………………………………..8
4. Теоретическое и практическое значение современной генетики……...……………………………………………………………14
5. Заключение………………………………………………………………..19
6. Список литературы……………………………………………………….21

         ВВЕДЕНИЕ

В контрольной работе на тему «Ген и его свойства. Генетика и практика» я рассмотрю такие понятия как ген, генетика: основное содержание ,   практическое и теоретическое значение в современности.

Генетика по праву может  считаться одной из самых важных областей биологии. На протяжении тысячелетий  человек пользовался генетическими  методами для улучшения домашних животных и возделываемых растений, не имея представления о механизмах, лежащих в основе этих методов. Судя по разнообразным археологическим  данным, уже 6000 лет назад люди понимали, что некоторые физические признаки могут передаваться от одного поколения  другому.

В первом вопросе расскажу о понятии гена в его сущности и попробую показать, почему ген  является предметом генетики как  науки.

Во втором – что такое  генетика и раскрою ее сущность как  науки: взаимосвязь с другими  науками и методы исследования  ее.

В третьем – познавательное значение генетики для развития биологических  наук: открытия, связанные с генетикой, достижения в сферах биотехнологии, селекции, медицинской и генной инженерии, а также этических проблемах  клонирования и трансгенных продуктов.

В заключении подведу итог, в котором расскажу основные достижения генетики  и объясню, почему важно  дальнейшее развитие данной науки.

Дайте определение понятия  «ген», охарактеризуйте его основные  признаки и определите сущность генетики как науки.

Ген (от греч. génos — род, происхождение) - элементарная единица наследственности, представляющая собой отрезок молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты — ДНК (у некоторых вирусов — рибонуклеиновой кислоты — РНК). По химическому составу – это нуклеиновые кислоты, в составе которых основную роль играют азот и фосфор. Ген представляет собой элементарную единицу функции наследственного материала. Это означает, что фрагмент молекулы ДНК, соответствующий отдельному гену и определяющий, благодаря содержащейся в нем биологической информации, возможность развития конкретного признака, является далее неделимым в функциональном отношении.

Было доказано, что гены расположены в хромосомах, но их молекулярная структура долгое время  оставалась неизвестной.  В крупных  организмах общее их количество может  достигать многих миллиардов. По своему уровню ген – внутриклеточная  молекулярная структура, а по назначению – «мозговой центр» клетки и всего  организма. Один и тот же ген может  влиять на формирование ряда признаков  организма (множественное действие генов), это характерно для большинства  генов. Выражение ген зависит  также от внешних условий, влияющих на все процессы реализации генотипа в фенотип.

Доказательство реального существования  генов было получено основоположником генетики Менделем в 1865 при изучении гибридов растений, исходные формы которых различались по одному, двум или трём признакам. Мендель пришёл к заключению, что каждый признак организмов должен определяться наследственными факторами, передающимися от родителей потомкам с половыми клетками, и что эти факторы при скрещиваниях не дробятся, а передаются как нечто целое и независимо друг от друга. После менделевского обнаружения существования наследственных факторов, впоследствии названных генами, появилась новая наука – генетика, которая как раз на это и опирается. Однако принципиальные результаты его опытов были поняты и оценены наукой лишь в 1900 году, когда голландский учёный Х. де Фриз, немецкий - К. Корренс и австрийский - Э. Чермак вторично открыли законы наследования признаков, установленные Менделем.

Термин «Ген» введён датским биологом В. Иогансеном в 1909 году.

Ген представляет собой сложную микросистему, обеспечивающую жизнедеятельность клетки и организма в целом. Теория гена, постоянно углубляющаяся и развивающаяся, является основой генетической инженерии, конечной целью которой служит создание организмов с новыми наследственными свойствами.

В последней четверти 19 века было высказано предположение, что важную роль в передаче наследственных факторов играют хромосомы, а в 1902—1903 гг. американский цитолог Сёттон и немецкий учёный Т. Бовери представили цитологические доказательства того, что менделевские правила передачи и расщепления признаков можно объяснить перекомбинированием материнских и отцовских хромосом при скрещиваниях. Американский генетик Т. Х. Морган в 1911 году начал разрабатывать хромосомную теорию наледственности.

В 1953 году английский биохимик Крик и американский биохимик Уотсон предложили модель строения молекулы ДНК и высказали предположение, вскоре полностью подтвердившееся, что последовательность нуклеотидов в полинуклеотидной цепи ДНК является кодом, в соответствии с которым осуществляется соединение аминокислотных остатков в полипептидной цепи белковых молекул, строящихся под контролем соответствующих генов. В дальнейшем этот генетический код был изучен более подробно. Доказано,

 что генетический код универсален,  т.е. он един для всех живых  организмов.

 Средняя по размерам молекула  белка содержит около 300 аминокислотных  остатков. Следовательно, средний  ген должен содержать не менее  1000—1500 нуклеотидов. Однако количество  нуклеотидных пар в обычной  молекуле ДНК по крайней мере в 10 раз превышает количество генов. Такая «избыточность» ДНК объясняется тем, что, например, у человека только 6—10% всей ДНК составляют кодирующие специфические нуклеотидные последовательности, остальные нуклеотиды в генетическом кодировании непосредственно не участвуют. Ген может изменяться в результате мутаций, которые в общем виде можно определить как нарушение существующей последовательности нуклеотидов в ДНК. Это изменение может быть обусловлено заменой одной пары нуклеотидов другой парой (трансверсии и транзиции), выпадением нуклеотидов (делеция), удвоением (дупликация) или перемещением участка (транслокация). В результате возникают новые аллели, которые могут быть доминантными, рецессивными или проявлять частичную доминантность. Спонтанное мутирование определяет генетическую, или наследственную, изменчивость организмов и служит материалом для эволюции.

Из выше сказанного можно сделать вывод вывод, что единственный вид молекул в клетке, которые гарантируют нашу индивидуальность – это ДНК. Гены в клетках всех организмов, включая человека, не только хранят информацию, но и работают: удваиваются, меняют свое расположение в хромосомах (рекомбинируют). И хотя все эти процессы протекают удивительно аккуратно и точно, тем не менее, иногда происходят ошибки - мутации. Все это лежит в основе нормальной естественной изменчивости генетического аппарата клеток.

Ген - сложная микросистема, обеспечивающая жизнедеятельность клетки и организма в целом. Теория гена, постоянно углубляющаяся и развивающаяся, является основой генетической инженерии, конечной целью которой служит создание организмов с новыми наследственными свойствами.

Охарактеризуйте  генетику  как науку

        Генетика – это биологическая наука о законах наследственности и изменчивости организмов и методах управления ими. Она раскрывает сущность того, каким образом каждая живая форма воспроизводит себя в следующем поколении, и как в этих условиях возникают наследственные изменения, которые передаются потомкам, участвуя в процессах эволюции и селекции. Наследственность и изменчивость – это две стороны одних и тех же основных жизненных процессов. В противоположности наследственности и изменчивости заключена диалектика живого.

На протяжении тысячелетий человек пользовался генетическими методами для улучшения домашних животных и возделываемых растений, не имея представления о механизмах, лежащих в основе этих методов. Судя по разнообразным археологическим данным, уже 6000 лет назад люди понимали, что некоторые физические признаки могут передаваться от одного поколения другому. Отбирая определенные организмы из природных популяций и скрещивая их между собой, человек создавал улучшенные сорта растений и породы животных, обладавшие нужными ему свойствами. Отцом генетики принято считать чешского монаха Грегори Менделя. ( 2, 115; http//bse.sci-lib.com/articlе 009305.html)

  В начале своего  развития генетика была изолирована  от других наук. Эта изоляция  была быстро преодолена. Для исследования  природы явлений наследственности  и изменчивости генетические  методы сочетались с методами  цитологии, физики, химии, математики, биохимии, иммунологии и ряда  других наук. Было показано, что  материальной основой наследственности  и изменчивости при их специфике  для разных категорий системы организмов в принципе едины для всего живого: человека, животных, растений, микроорганизмов и вирусов. Целью ее было выявление общих законов передачи признаков от одного поколения другому. Затем перед генетикой встала новая задача - выявить механизмы, лежащие в основе этих законов и связать их с микроструктурами клетки. Далее возник вопрос: как и каким образом, физико-химические свойства наследственного вещества и содержащаяся в нем генетическая информация могут перевоплощаться в признаки развивающегося организма? Классическая генетика породила генетику молекулярную. Содержащаяся в оплодотворенном яйце генетическая информация охватывает весь комплекс признаков и особенностей, которые организм проявляет в течение всего онтогенеза, т.е. от момента оплодотворения до смерти. Этими сложными биохимическими процессами, лежащими в основе развития всех признаков морфологических, физиологических и любых других, вплоть до поведенческих, занимается другая отрасль генетики - феногенетика. Как организм не может существовать вне окружающей среды, так и формирование его признаков в результате активности наследственного вещества происходит в строго определенных условиях, и каждый признак зависит не только от наследственного фона, но и от условий, в которых он развивается. Исследования взаимосвязей наследственного вещества и окружающей среды является чрезвычайно важной проблемой феногенетики.

 Генетика изучает явления  наследственности и изменчивости  на различном уровне организации  живой материи. Молекулярная генетика исследует ее на молекулярном уровне, а другие отрасли генетики занимаются этими проблемами на уровне клетки, организма и, наконец, на уровне сообщества особей, населяющих общую территорию, принадлежащих к одному виду, объединенных потенциальной возможностью обмена наследственными факторами и действием отбора – задача популяционной генетика - раздел генетики, изучающий генетическое строение и динамику генетического состава популяций. Факторами, определяющими в популяциях изменения частот отдельных генов и генотипов, являются мутационный процесс, характер внутрипопуляционных скрещивании и межпопуляционные миграции, случайные флюктуации  и единственный направляющий фактор эволюции - естественный отбор. В природных условиях эффективность этих факторов возрастает вследствие их взаимодействия. Основополагающую роль в создании и развитии  сыграли в 20-30-х гг. 20 в. работы С. С. Четверикова (СССР), Р. Фишера и Дж. Холдейна (Великобритания), С. Райта (США).

Началом экспериментальной  явилась работа Четверикова (1926), теоретически предсказавшего огромную генетическую гетерогенность (неоднородность) природных популяций и наметившего пути её изучения. Широкое распространение в популяциях гетерозигот по разным типам мутаций, а также структурно измененных хромосом было показано работами школы Четверикова в СССР, школы Ф. Добржанского в США и многими др. исследователями. С эволюционной точки зрения генетическая гетерогенность, т. е. накопленная популяцией наследственная изменчивость, - это своеобразный «мобилизационный резерв» (И. И. Шмальгаузен), используемый популяцией при постепенных или внезапных изменениях условий среды. Популяции, обладающие большим генетическим разнообразием, имеют обычно большую численность и плодовитость. Однако вместе с тем генетическая гетерогенность ведёт к накоплению в популяции генов, снижающих жизнеспособность и плодовитость гомозигот, что обусловливает уменьшение средней приспособленности популяции (т. н. генетический груз популяции). В ряде случаев в популяциях устанавливаются высокие (до нескольких десятков %) частоты разных мутаций. Это может быть связано с большей относительной жизнеспособностью гетерозигот, с изменением приспособленности разных генотипов по сезонам года, с зависимостью приспособленности данного генотипа от плотности и генотипического состава популяции и т. и. Исследования генетической гетерогенности, генетического груза популяции, полиморфизма и связей этих явлений с экологическими факторами - важнейшие направления современной популяционной генетики. Интенсивно развивается математическая популяционная генетика, начало которой было положено в 1908 работой английского математика Г. Харди. Построение и анализ математических моделей, широко применяемых в ней, позволяют выделить и точнее сформулировать основные задачи экспериментальных исследований, а иногда дать их качественное или даже количественное решение. Для изучения сложных популяционно-генетических систем применяют построение моделей на ЭВМ.

 Развитие популяционной  генетики позволило понять основные  механизмы видообразования. Она  тесно связана с разработкой  проблем антропологии, медицинской  генетики, селекции животных, растений,  микроорганизмов и формулирует  научные основы сохранения и  рационального использования генофондов  живых организмов на Земле. 

Каждая из этих отраслей генетики имеет свои методы исследований и цели, хотя все они взаимосвязаны. Если феногенетика доводит развитие какого-либо признака в организме  до уровня молекулярных изменений, то и популяционная генетика сводит генетические изменения, которым подвергается популяция, к молекулярным изменениям наследственного вещества под действием  мутаций и отбора.