Механизми на наследственост

Подготвен от ученичка от 8 клас „G”, Чеснокова Арина

Ръководител - Н. Д. Белова

- Откриване на генетичния код…………………………………………………..4

- Фактори, влияещи върху мутацията……………………………………………. 6

Сиамски, бохемски и други близнаци………………………………………..12

Всяко ново поколение растения и животни е много подобно на своите родители: при кръстосването на две сиамски котки се появяват само сиамски котенца, а не котенца от друга порода. Тази тенденция на живите организми да приличат на своите родители се наричанаследственост.Въпреки че приликата между родители и потомство е голяма, тя обикновено не е абсолютна. Повечето черти са силно повлияни от условията, в които индивидът расте и се развива.

Клонът на биологията, занимаващ се с явленията на наследствеността и изучаването на законите, управляващи приликите и разликите между сродни организми, се наричагенетика.

Растежът на всяко растение или животно става в резултат на разделянето и увеличаването на размера на клетките, които изграждат тялото. Това клетъчно делене, което е изключително подреден процес, се наричамитоза.

Разглеждайки деляща се клетка в микроскоп, след подходящо фиксиране и оцветяване, можете да видите в нейното ядро продълговати тъмно оцветени тела, нареченихромозоми.Всяка хромозома съдържа множество наследствени фактори, всеки от които се различава по един или друг начин от всички останали. Тези наследствени единици се наричат гени; всеки ген контролира унаследяването на една или повече черти. Въпреки че гените са забележително стабилни и се предават на последователни поколения с голяма прецизност, те претърпяват промени от време на време,наречен m u t a c и i m и . След като генът е мутирал в нова форма, новата форма е стабилна и обикновено не е по-податлива на нови промени от оригиналния ген.

Концепцията за дискретни наследствени фактори е формулирана от основателя на генетиката Грегор Мендел още през 60-те години на миналия век, но е приета и осъзната от науката едва в началото на 20 век ... В същото време В. Йохансен нарича тези фактори гени и хромозомите на ядрото единодушно са признати за мястото на тяхното локализиране в клетката. До 50-те години обаче не се знае нищо нито за материалната природа на гените, нито за механизмите на тяхното действие и контрол върху формирането на чертите. Гените бяха съдени "задочно", без да знаят какво точно се крие зад тази дума. Както един от живите теоретични генетици по-късно се пошегува: "Генът е митична единица на предполагаемата наследственост". Или, както съвсем сериозно каза известният американски генетик С. Бензер: "Гените са атомите на наследствеността". Атом означава неделим.

През 1927 г. българският учен Николай Константинович Колцов, известен цитолог, генетик, директор на Института по експериментална биология, прави доклад, в който излага своите доста хипотетични възгледи за материалната природа на гените и хромозомите. Противоположната гледна точка беше изразена от професор-химик А.А. Коли. Той сравнява размера на главата на сперматозоида (30 микрона при човека), който съдържа половината от цялата наследствена информация на потомството, с известните тогава размери на протеиновите молекули. Оказа се, че в този обем може да има само няколко големи молекули, леко надвишаващи броя на самите хромозоми.

И така, наследствеността е много сложна биологично, но проста химически. Съвместими ли са тези гледни точки? Студентът Колцов си спомни този сблъсък. След 35 години,вече като зрял учен, той формулира една от първите хипотези за материалната природа на хромозомите и гените. Разбира се, това беше направено на нивото на знанието на своето време, така че много идеи по-късно се промениха значително, но най-дълбоките предположения се оказаха верни. През 1935 г. Колцов представя тази хипотеза в по-подробна и илюстрирана форма.

По това време някои свойства на протеините вече са били открити. Първо станаха известни молекулните тегла на протеините, които според различни оценки са в диапазона от 10 - 2000 хиляди D. (Сега такива молекули се наричат макромолекули). На второ място, беше показано, че различните протеини се разпадат на най-малко 17 вида аминокиселини (по-нататък - 20). Ако си представим, че протеините са линейни молекули и според данните от рентгеновата дифракция линейният размер на аминокиселините е около 0,003 µm, тогава линейните вериги от само 100 връзки вече ще бъдат 0,3 µm, което е доста сравнимо с видимите размери на хромозомите и клетъчното ядро (3 - 10 µm).

Колцов предположи, че хромозомите са огромни молекули от протеини или снопове от такива молекули. Тимонуклеиновата киселина (бъдещата ДНК) се разглежда като "сравнително просто органично съединение, на което би било странно да се припише ролята на носител на наследствени свойства".

Хромозомата съдържа два генома, т.е. два пакета от еднакви протеинови молекули. Такива хетерогенно подредени хромозомни молекули могат да имат огромен брой изомери (комбинаторни варианти) със същия състав, но различен ред на символи-гени. Тъй като последователността от гени се наследява, хромозомата, дори в интерфазата на клетъчния цикъл (когато не се вижда под микроскоп), не може да се разпадне на генни компоненти; в противен случай те няма да могат да се образуват отново в същия ред. Следователно, в процеса на възпроизвеждане на хромозомата-молекули, последователността на гените трябва да бъде запазена. Според биологичната традиция това съображение е облечено под формата на афоризъм: „Всяка молекула е от молекула“ (лат. - „Omnis moleсula ex moleсula“).

"Ако признаем, че най-съществената част от хромозомата са дълги протеинови молекули, състоящи се от няколко десетки или стотици атомни групи от радикали, тогава концепцията на Морган за хромозомата като линейна серия от гени ще получи ясна конкретна основа. Радикалите на хромозомната молекула - гените - заемат напълно определено място в нея и най-малките химически промени в тези радикали, например, отстраняването на определени атоми и тяхното заместване с други, трябва да бъде източник на нови мутации".

От схемата на хромозомната организация, предложена от Колцов, следва, че е възможно да се търсят такива химични вещества, които са способни да модифицират страничните радикали, т.е. възможна е индуцирана химическа мутагенеза. В средата на 30-те години той предлага на младите си сътрудници да започнат да търсят такива химически мутагени. Най-големият успех от тях беше постигнат от Йосиф Абрамович Рапопорт, който с право се счита за един от откривателите на химическия мутагенез.

Сега можем обективно да оценим идеята на Колцов, който пръв предположи, че генетичният "скелет" на хромозомата е гигантска линейна макромолекула, изградена от ограничено разнообразие от мономери. Тази хипотеза обаче беше напълно оправдана за ДНК молекули, а не за протеини (въпреки че протеините също имат линейна структура и се състоят от мономери).

Вместо произволно сглобяване на гени в хромозома по време на нейното удвояване, Колцов предложи всъщност матричния принцип на възпроизвеждане на хромозоми, който запазва реда на гените. За да направи това, той постулира, така да се каже, "хомология" на отношенията между едноименните страничнирадикали (гени). Всичко това беше в добро съгласие с тогавашните идеи на генетиците за хомоложното сдвояване на гените в мейозата, за линейната структура на хромозомите и т.н. В допълнение, тази идея всъщност го подтикна да мисли за реалността на химическата мутагенеза.

Разбира се, много лични подробности и хипотетични идеи не са издържали проверката на времето. Протеините играят основна роля в хипотезата на Колцов, докато нуклеиновите киселини се оказват "зад кулисите" на изградената схема. Но това беше реалността на времето. Времето на нуклеиновите киселини идва по-късно - в края на 40-те - началото на 50-те години.

Идеята за хромозомна молекула направи дълбоко впечатление на най-близкия ученик на Н. К. Колцов - Н. В. Тимофеев-Ресовски.

Откриването на генетичния код

НАУКАТА от средата на ХХ век. беше шокиран от откриването на генетичния код. Въпреки че това събитие беше очаквано от всички учени, но когато се случи (1965 г.), научният свят не можа да устои на аплодирането. "Финалистите" за решаването на този проблем (Ф. Крик, Дж. Уотсън, М. Уилкинс, М. Ниренберг, Г. Коран, Р. Холи) бяха удостоени с Нобелови награди. Проблемът за генетичния код е заел централно място в учебниците по биология, генетика, молекулярна биология, биофизика и остава там и до днес. Но такова великолепно откритие беше предшествано от много години научни изследвания. Този проблем е формулиран за първи път от G.A. Гамов, който послужи като основа за теорията за генетичния код. Опитите за разшифроването му обаче бяха почти безплодни. Любимата техника на теоретичните физици - да се обмислят много възможни варианти за всички случаи - не донесе успех. Както по-късно каза Крик,„до 1959 г. проблемът с кодирането беше в упадък".биологът V.A. Engelgardt отговори: след петдесет години. Задачата наистина беше трудна, но не и безнадеждна. Противно на прогнозите, това стана ясно след една-две години, когато бяха открити експериментални подходи за неговото решаване.

Генетиците определят гена, тъй като е изследван, както следва: