Естествознание. 10 класс

Урок 35. Как реализуется генетическая информация

Тезаурус

Генетический код – способ хранения генетической информации в ДНК в виде определённого сочетания нуклеотидов.

Триплет (кодон) – единица генетического кода, тройка нуклеотидных остатков (триплет) в ДНК или РНК, кодирующая, как правило, одну аминокислоту.

Транскрипция (от лат. транскрипцио – переписывание) генетической информации происходит путём синтеза молекулы м-РНК на одной из цепей хромосомной ДНК по принципу комплементарности, что обеспечивает сохранение последовательности нуклеотидов.

Трансляция (от лат. трансляцио – передача) – перевод последовательности нуклеотидов м-РНК (кодонов) в последовательность аминокислот белковой молекулы.

Значение молекулярной генетики

Гены контролируют наш рост, вес, цвет волос и кожи. Они отвечают за наследственные заболевания, оказывают влияние на наш характер и поведение. Изучением механизмов реализации генетической информации занимается молекулярная генетика.

В настоящее время молекулярная генетика играет важную роль в развитии фармацевтической и пищевой промышленности. Ряд лекарственных препаратов и пищевых добавок производится с помощью микробного синтеза с использованием генетически измененных микроорганизмов (бактерий, дрожжей и грибов). Молекулярно-генетические приемы применяются также для создания микроорганизмов, способных извлекать химические элементы из руды, разлагать токсические отходы, защищать растения от болезней и повышать их урожайность.

Велика роль молекулярной генетики и в развитии современной медицины. Общеизвестным является факт, что значительное число заболеваний человека имеет генетическую основу. Если еще совсем недавно в этот список входили только такие известные заболевания, как гемофилия, серповидноклеточная анемия, дальтонизм, хорея Гентингтона, то сегодня он пополнился новым перечнем – астмой, диабетом, гипертонией, раком, ВИЧ и др. В настоящее время в геноме человека идентифицировано более 1400 генов, связанных с наследственными заболеваниями. Задача генетиков – расшифровать их природу и указать пути лечения. Одним из интереснейших подходов в этом плане является разработка методологии «генной терапии». Такого рода эксперименты начаты еще в 1990 г. и за ними большое будущее.

Молекулярная генетика на современном этапе своего развития решает целый ряд глобальных биологических проблем. Современный уровень развития знаний позволяет изучать генетические процессы не только на организменном уровне, но и вдаваться глубоко внутрь организма, достигая уровня клетки, органелл и молекул. Ученые генетики в совершенстве овладели методами выделения нуклеиновых кислот, определения нуклеотидных последовательностей ДНК и РНК (секвенированием), ПЦР, методами клонирования генов, гибридизации и др. Используя генетический код, по нуклеотидной последовательности ДНК предсказывают последовательность аминокислот в белке, и в конечном итоге определяют функцию изучаемого гена. Результатом внедрения этих методов в биологию явилось создание проекта «Геном человека», который был начат в 1990 г. в США и предусматривал решение следующих вопросов: определение последовательности нуклеотидов в ДНК, установление строения, местоположения и функции всех генов человека. В 2003 г. вопрос секвенирования генома человека практически был решен (установлена последовательность нуклеотидов 99,99 % генома), в настоящее время продолжаются работы по идентификации генов, их локализации и расшифровке функций каждого из них. На повестке дня сегодня также стоит расшифровка геномов различных животных, растений и бактерий. Главным критерием при выборе объекта является либо его сельскохозяйственная значимость, либо интерес к нему в эволюционном плане, а также возможность использовать в качестве модели для изучения различных заболеваний человека.

Велика роль молекулярной генетики в решении вопросов экологии, в том числе, связанных со здоровьем человека. Известно, что человечество сыграло отрицательную роль по отношению к природе и окружающей среде. Исчезают животные, растения и микроорганизмы. Человек должен постоянно адаптироваться к изменяющимся условиям среды, вырабатывать механизмы противостояния вредным воздействиям. Генетика должна дать четкий ответ: каковы генетические последствия такого воздействия.

Большую роль генетика призвана сыграть в расшифровке механизмов лекарственной устойчивости микроорганизмов, патогенных для человека, животных и растений. Сегодня многие широко используемые антибиотики стали неэффективными. Это связано с появлением в клетках возбудителей новых мутаций, а также передачей в них генетических элементов (плазмид), которые сообщают устойчивость к антибиотикам и могут передаваться из клетки в клетку и распространяться в популяции бактерий с геометрической прогрессией. Задача генетиков – изучить это явление и блокировать распространение нехромосомных генетических элементов. Велика связь генетики и с другими биологическими науками, в частности с эволюцией. В основе возникшего в ходе длительного периода (более 4 млрд. лет) разнообразия живых организмов лежит и их адаптации к определенным условиям среды обитания лежит такое генетическое явление как изменчивость (мутационная и комбинативная). Изучение процессов эволюции напрямую связано со знанием законов генетики, действующих на популяционном уровне. Неразрывно связан с генетикой и такой раздел биологических знаний, как биология индивидуального развития организмов. В основе дифференциации клеток и тканей, а также образовании органов в ходе онтогенеза лежит дифференциальная экспрессия генов. Все шире генетические методы внедряются в цитологию, гистологию, таксономию растений и животных. Таким образом, без использования молекулярной генетики и ее методов сегодня не обходится практически ни одна биологическая дисциплина.

Таблица генетического кода

Генетический код – это соответствие одной знаковой системы (последовательность нуклеотидов в ДНК и РНК) другой (последовательность аминокислот в белке).

В таблице показан генетический код матричной рибонуклеиновой кислоты (мРНК), то есть он показывает все 64 возможные комбинации кодонов, состоящих из трех нуклеотидов (три-нуклеотидных единиц), которые определяют аминокислоты белка при сборке.

Напомним, как пользоваться таблицей генетического кода. Например, есть фрагмент иРНК с такой последовательностью нуклеотидов:

      А У Г У Ц Ц Г Г А А Ц Ц

Первый триплет нуклеотидов (А У Г) кодирует:

1. Смотрим столбец 1нуклеотид (столбец), находим А, получаем широкую строку с четырьмя подстроками (третья).

2. Среди столбцов для второго нуклеотида (верхняя строка) находим нужный (У); на пересечении найденных строки и столбца лежит ячейка с 4 аминокислотами.

3. Конкретную аминокислоту находим при помощи правого столбца (3 нуклеотид), в широкой строке, найденной в п.1, выбираем нужный из 4 нуклеотидов (Г) и получаем узкую подстроку, на пересечении со столбцом (п.2) - искомая аминокислота (Мет, Метионин).

Можно воспользоваться также циклической таблицей генетического кода: аминокислота находится по воображаемой стрелке, идущей от центра через первый, второй и третий нуклеотиды кодона. Нуклеотиды обозначены буквами латинского алфавита: : аденин (А), гуанин (G), цитозин (C ), урацил (U)

Примечание. Таблица генетического кода, представленная на странице, имеет один недостаток. Хотя утверждается, что речь идет о ДНК (см.: тимин, а не урацил), на самом деле имеются в виду нуклеотиды матричной РНК. Смысловая нить ДНК, по которой синтезировалась м-РНК, комплементарна приводимой. Но т.к. ДНК - двухцепочечная молекула, вторая нить ДНК, комплементарная смысловой, имеет ту же последовательность нуклеотидов, что и м-РНК:

Помните об этом, решая задачи!

Список литературы

Обязательная литература:

1. Естествознание. 10 класс [Текст]: учебник для общеобразоват. организаций: базовый уровень / И.Ю. Алексашина, К.В. Галактионов, И.С. Дмитриев, А.В. Ляпцев и др. / под ред. И.Ю. Алексашиной. – 3-е изд., испр. – М.: Просвещение, 2017.: с 152 - 154.

Дополнительная литература:

2. Синтез белка. Портал открытая биология // Электронный доступ: https://biology.ru/textbook/chapter8/section2/paragraph3/

3. Как происходит синтез белка. Научно-познавательный  журнал «Познавайка» // Электронный доступ: http://www.poznavayka.org/himiya/kak-proishodit-sintez-belka/

Предметы

По алфавиту По предметным областям

Классы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
angle-skew-bottom mix-copy next-copy-2 no-copy step-1 step-2 step-3 step-4 step-5 step-6 step-6