Генетика и самовоспроизводство жизни

Частное образовательное учреждение высшего профессионального образования  «Институт экономики, управления и  права (г.Казань)»

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

по дисциплине

«Современная естественнонаучная картина мира»

на тему:

«Генетика и самовоспроизводство жизни»

 

 

 

 

                                                                                  Выполнила студентка 1 курса

                                                                                        заочного отделения

 

 

 

 

 

Казань, 2012.

Содержание

Введение………………………………………………........…..………………….3

1. Значение клетки……………………………………...…………………… . . . .4

2. Воспроизводство жизни………………………….………………...…….. . . . .7

3. Развитие генетики…………………………………..…………....………. . . . 10

4. Генетическая инженерия  и генетика в XXI в……..…………....……… . . . 14

Заключение………………………………………………..…………........……. 16

Список использованных источников……………………………........………. .18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Генетика (греч. genos - происхождение) - наука, изучающая механизм и закономерности наследственности и изменчивости организмов.

Общая масса всех живых  организмов на Земле равна около 3,6?10¹² т, что составляет всего лишь около 0,02 % от массы всех неживых тел или косного вещества, по терминологии В. Вернадского.

С учетом информации, которой  располагают сегодня ученые, о  свойствах, строении, обмене веществ  и других особенностях живых систем некоторые исследователи дают определения  жизни, однако общепризнанного определения  жизни нет.

Более того, часто во многих авторитетных изданиях их авторы, как  правило, избегают вопроса об общем  определении жизни, ссылаясь, вполне справедливо, на недостаточную изученность  живых систем.

Например, в начале своей  интересной и во многом спорной книги  «Эгоистический ген» Р. Докинз пишет, что  основной тезис его книги заключен в утверждении: все животные и человек представляют собой машины, создаваемые генами.

И в то же самое время, немного дальше по тексту, это автор  правильно подчеркивает, что человек  является единственным живым существом, на которое преобладающее влияние  оказывает культура, приобретенная  предыдущими поколениями.

Ниже приводятся определения  жизни из книги: «Биология, пособие-репетитор»: «Жизнь - это макромолекулярная система, для которой характерна определенная иерархическая организация, а также  способность к воспроизведению, обмен веществ, тщательно регулируемый поток энергии, -являет собой распространенный центр упорядоченности в менее  упорядоченной Вселенной».

Это определение принадлежит  К. Гробстейну, известному американскому  биологу.

 

1. Значение клетки

Научное знание в области  строения 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 прошлом веке после научной  революции в физике, и благодаря  ей биология выбилась в лидеры «соревнования» между науками.

Во второй половине XX в. 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 атом 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».

Основное вещество клетки - белки, молекулы которых обычно содержат несколько сот аминокислот и  похожи на бусы или браслеты с брелоками, состоящими из главной и боковой  цепей.

У всех живых видов имеются  свои особые белки, определяемые генетическим аппаратом. В клетке и происходит процесс воспроизводства белков в соответствии с генетическим кодом  организма. Без клетки генетический аппарат не мог бы существовать.

Если же случится, 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  человека, их значение заключается именно в защите специфического строения данного организма (теория иммунитета разработана русским ученым И.И. Мечниковым).

О размерах клетки и содержания в ней веществ свидетельствует  такая аналогия.

«Представьте себе, что  мы увеличим человека до размеров Великобритании. Тогда одна его клетка будет примерно такой же величины, как фабричное  здание. Внутри клетки находятся большие  молекулы, содержащие тысячи атомов, в  том числе молекулы нуклеиновой  кислоты. Так вот, даже при этом огромном увеличении, которое мы себе вообразили, молекулы нуклеиновой кислоты будут  тоньше электрических проводов».

Сопоставление клетки с фабрикой не случайно. «Любой живой организм можно уподобить гигантской фабрике, на которой производится множество  разнообразных химических продуктов; на ней производится и энергия, приводящая в движение всю фабрику. Более  того, она может воспроизводить самое  себя (что для обычных фабрик совершенно невозможно!).

И если теперь вспомнить, насколько  сложны все эти производственные процессы, то станет ясно, что весь сложный  комплекс операций, производимых на фабрике, нельзя вести как попало, без должной  организации, без подразделения  на цеха, внутри которых установлены  рядами станки и машины, и т.д.

Иными словами, для того чтобы  в живом организме все процессы протекали согласованно, необходима какая-то определенная организация  составляющих его структур». Ученые выясняют, как работает эта «фабрика»  и какой механизм ее воспроизводства.

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 каждой клетке несколько тысяч «дирижеров-ферментов». Это станки и машины «фабрики».

В качестве примера процессов, проходящих в клетках и тканях организма, рассмотрим роль гемоглобина - глобулярного белка красных кровяных клеток - эритроцитов, цепи которого свернуты в сферу.

По словам Дж. Кендрью, «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 внутрь клеток. В клетке молекулы кислорода  встречаются с другим белком - миоглобином. Это как бы младший брат гемоглобина; его молекула в четыре раза меньше и способна взять не четыре, а  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 потребуются  клетке».

Молекулярная биология, изучающая  биологические процессы на молекулярном уровне, - один из наиболее ярких примеров конвергенции двух наук: физики и биологии.

Начиная с первых десятилетий  прошлого века, произошло так называемое «впутывание» физики и химии в  объяснении природы живого. Хотя ряд  ученых, не биологов по образованию, уже  участвовали в исследовании природы  живого. Луи Пастер, Георг Мендель  были, например, физиками по образованию.

Дискуссии по поводу «впутывания» физики и химии в объяснение живого основывалось, как правило, на следующей  аргументации.

Все организмы состоят  из атомов, следовательно, они должны подчиняться физическим и химическим законам. Организмам принадлежит способность  создания упорядоченности из беспорядка, но физико-химическая сторона этой способности не выходит за пределы  второго закона термодинамики. Жизнь  поддерживается за счет ядерных реакций  в недрах Солнца. Жизнь и дождевые тучи - это явления единого мира. Ген, как единица наследственности и изменчивости, - это апериодический кристалл, сопротивляющийся флуктуациям (отклонениям), нарушающим условия существования  живого. Это движение привело к  современному уровню развития генетики и исследованию эволюции живого.

 

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 набором хромосом (части ядер клеток), идентичными наборам родительской клетки.

Мейоз - это деление клеточного ядра с образованием четырех дочерних ядер, каждое из которых содержит вдвое меньше хромосом, чем исходное ядро.

Первый способ характерен для всех клеток, кроме половых; второй - для половых клеток. При всех формах клеточного деления ДНК каждой хромосомы реплицируется.

Воспроизводство себе подобных и наследование признаков осуществляется с помощью наследственной информации, материальным носителем которой  выступают молекулы дезоксирибонуклеиновой кислоты. ДНК состоит из двух цепей, идущих в противоположных направлениях и закрученных одна вокруг другой наподобие электрических проводов (напоминает винтовую лестницу).

В клетке человека ДНК распределена на 23 пары хромосом и содержит около 1 млрд пар оснований, дина ее около 1 м.

Если составить цепочку  из ДНК всех клеток одного человека, то она сможет протянуться через  всю Солнечную систему.

Носители информации - нуклеиновые кислоты - содержат азот и выполняют три функции:

1) самовоспроизведение;

2) хранение информации;

3) реализацию этой информации  в процессе роста новых клеток. Мономеры нуклеиновых кислот  несут информацию, по которой  строятся аминокислоты (каждой аминокислоте, входящей в белок, соответствует  определенный набор из трех  мономеров НК - так называемый  триплет). Генетическая информация, содержащаяся в нуклеиновых кислотах, проявляется в образовании ферментов,  которые делают возможным строение  живого тела.

Реализация многообразной  информации о свойствах организма  осуществляется путем синтеза различных  белков согласно генетическому коду. Сходство и различие тел определяется 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 (знаменитая гипотеза - «один ген - один фермент»). Гены расположены  в хромосомах.

Процесс воспроизводства  состоит из трех частей, называющихся тремя ключевыми словами: репликация, транскрипция, трансляция.

Репликация - это удвоение молекулы ДНК, необходимое для последующего деления клеток.

В основе способности клеток к самовоспроизведению лежат  уникальное свойство ДНК самокопироваться и строго равноценное деление  репродуцированных хромосом. После  этого клетка может делиться на две  идентичные.

Как происходит репликация? 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).