Уникальность
Реферат на тему: ДНК и хромосомный механизм передачи наследственной информации
Аа
48900 символов
Теория машин и механизмов

ДНК и хромосомный механизм передачи наследственной информации

Введение

Актуальность работы. Под наследственной информацией понимают совокупность генов – материальных единиц наследственности, которая содержится в половых клетках. Передача этой информации осуществляется путем полового, бесполого и вегетативного размножения. При этом в онтогенезе реализуются признаки и свойства, которые обусловлены генотипом организма. Получая в процессе селекции животных ту или иную величину развития хозяйственно полезных признаков (например, уровень удоя, % жира и белка в молоке у коров, промеры экстерьера животных, толщина сала у свиней, яйценоскость птицы и т. п.) мы оцениваем ее фенотип, то есть реализацию генотипа.
В 1944 году американский генетик О. Эвери доказал, что носителем наследственности является дезоксиробонуклеиновая кислота (ДНК). В этот период была установлена структура молекулы ДНК.
Необходимо понять как устроена ДНК и хромосомный механизм передачи наследственной информации.
Объект исследования: ДНК и хромосомный механизм передачи наследственной информации.
Предмет исследования: особенности передачи наследственной информации через ДНК и хромосомный механизм.
Цель работы: рассмотреть ДНК и хромосомный механизм передачи наследственной информации
Для осуществления поставленной цели необходимо решить задачи:
- рассмотреть строение и типы ДНК;
- описать функции ДНК и РНК, транскрипция и трансляция;
- проанализировать хромосомный механизм передачи наследственной информации.


1. Строение и типы ДНК
ДНК – это сложная высокомолекулярная биологически активное соединение, которое является носителем генетической информации всех животных и растительных организмов, бактерий, некоторых вирусов.
Концепцию о структуре ДНК предложили в 1953 году Дж. Уотсон и Ф. Крик, которые на основе результатов химических и рентгеноструктурных исследований разработали модель двойной спирали. Каждая из нитей спирали представляет собой гетерополимер (от греческого έηεπορ – другой, часть сложных слов, означающая разнородность), который создается в результате соединения между собой большого количества нуклеотидов.
Каждый нуклеотид состоит из трех различных, связанных друг с другом частей: азотистого основания, углеводного компонента и остатка фосфорной кислоты (фосфатной группы). Различные нуклеотиды в нуклеиновых кислотах соединены друг с другом через фосфатную группу, которая все время чередуется с углеводным компонентом, а основы размещаются по бокам.
Углеводный компонент представлен дезоксирибозой (в ДНК) и рибозой (в РНК). Сахарные и фосфорные компоненты во всех нуклеиновых кислотах всегда одинаковые. Относительно основ, то их существует четыре разных типа – гуанин, цитозин, аденин, тимин.
Основания – аденин и гуанин относятся к пуринов, а цитозин и тимин – к пиримидинов. Для упрощения эти четыре основы обозначаются большими буквами кириллицей А, Ц, Г, и Т или латинскими буквами A, C, Г, T. Важно то, что в различных нуклеиновых кислотах эти четыре типа основ размещены в различной последовательности и, поскольку количество основ в каждой молекуле очень велико, из этих элементов может образоваться бесконечное количество различных нуклеиновых кислот. Биохимиком Чаргафом установлено, что в любой молекуле ДНК сумма пуринов равна сумме пиримидинов, причем количество аденина равняется тимина, количество гуанину – количества цитозину, а суммы Г + Ц и А + Т могут значительно различаться. Эти соотношения получили название правил Чаргафа. Таким образом, было установлено, что азотистые основы взаимодействуют между собой по принципу взаимодополнения (имеющего в молекулярной биологии название – комплементарность). Пуриновые и пиримидиновые азотистые основы, будучи комплементарными по своей структуре и заряду, всегда обусловливают взаимодействие аденина с тимином, а гуанина с цитозином. Благодаря химической структуре нуклеотидов, между аденином и тимином образуется два водородных связи, а между гуанином и цитозином-три. То есть, если аденин соединяется только с тимином, а гуанин с цитозином, тогда возможны только четыре варианта комбинаций: А-Т, или Т-А, Г-Ц или Ц-Г. Однако эти пары оснований образуют огромное количество комбинаций, размещаясь вдоль двух цепей, из которых состоит молекула ДНК. Уотсон считал, что по длине такой молекулы разместится не менее 10000 нуклеотидов. Самый маленький из известных у человека генов содержит 21 пару нуклеотидов, самый большой-2200000. Комплементарная структура ДНК определяет универсальный химический механизм сохранения и передачи генетической информации, поскольку благодаря ей возможна высокая точность репликации. После раскрутки небольшого участка ДНК начинается синтез новой цепи. Для элонгации полинуклеотидной последовательности ДНК-полимеразе нужен праймер со свободным 3-мя-концом. В ходе интенсивных исследований оказалось, что несмотря на отсутствие свободной 3‗- гидроксильной группы, праймером для инициации синтеза ДНК является именно РНК. То есть, начало репликации активируется праймерами (затравками), которые состоят из 100-200 рыбонуклеотидов. Синтез праймеров осуществляет фермент – праймаза. Цепи ДНК синтезируются в результате присоединения 5-ти-дезоксинуклеотидных единиц дезоксирибонуклеозидтрифосфатов до 3-ти-гидроксильного конца праймера.
Таким образом, синтез происходит в направлении 5‗-3‗ вдоль матричного цепи, который ориентирован в противоположном направлении 3‗-5‗ . Синтез цепей в обратном направлении никогда не происходит, поэтому рост одной цепи непрерывный (ведущий, лидирующий цепь), а второй происходит импульсами (отстающую). Ведущая цепь растет от 5 до 3 конца в направлении движения репликативной вилки и требует лишь одного акта инициации. Установлено, что репликация РНК начинается в так называемых точках начала репликации (origins). В процессе репликации спираль ДНК раскручивается (разветвляется), образуя репликационную вилку. Сначала эта вилка появляется в точке начала репликации, а затем последовательно продвигается вдоль хромосомы. Если репликация направлена в обе стороны, то формируются две вилки, которые мигрируют от точки начала репликации в противоположных направлениях. Область ДНК, которая реплицируется, начиная с одной точки, называется репликоном. ДНК-полимераза I присоединяет нуклеотиды к растущей цепи ДНК специфическим способом. В молекуле дезоксинуклеотрифосфата – предшественника (dNTP) имеется три фосфатных группы, присоединенные в 5‗- положении к остатку дезоксирибози. Во время синтеза ДНК две фосфатных группы отщепляются путем гидролиза, а те, что остаются ковалентно связываются с 3-гидроксильной группой дезоксирибозы. Таким образом, элонгация (удлинение) цепи происходит по направлению от 5-и до 3-и-конца с добавлением по одному нуклеотиду до 3-и-конца растущей цепи ДНК. В результате каждой реакции появляется новая 3‗-ОН-группа, которая отщепляется с присоединением следующего предшественника. Поэтому репликативная вилка-часть молекулы ДНК, которая уже расплелась и служит матрицей для синтеза дочерней ДНК. В ходе репликации репликативная вилка перемещается вдоль молекулы ДНК. Рост отстающей цепи идет также по направлению от 5 и до 3 и конца, в направлении, противоположном движению репликативной вилки прерывисто. Для синтеза отстающего цепи происходит синтез большого количества коротких цепей – фрагментов Оказаки (см. рис. приложений 19 и 20). Их размер - 1000-2000 нуклеотидов у прокариот и 100-200 нуклеотидов у эукариот. Репликация происходит в три этапа: инициация, элонгация, терме нация.
Механизмы инициации репликации в точке начала репликации и с образованием фрагментов Оказаки в отстающей цепи аналогичны. В двух случаях образуются короткие РНК-затравки (праймеры), комплементарные матричной ДНК, которые дают свободный 3‗-гидроксильный конец для синтеза новой цепи ДНК. (В дальнейшем РНК - затравки заменяются на ДНК с образованием непрерывной ДНК). Элонгация-комплементарный синтез основ на матрице ДНК с помощью ферментов ДНК-полимераз. Кроме РНК-и ДНК-полимераз в репликации принимают участие другие ферменты. Ошибка в репликации приводит к прекращению роста цепи. Для соединения оборванных цепей ДНК используются ДНК-лигазы (они необходимы также для соединения цепей ДНК по репарации и обмене участками между гомологичными хромосомами-рекомбинации). Лигазы способны образовывать фосфодиэфирные мостики между 5 ИС-фосфорильной и 3 ИС-гидроксильной группами соседних дезоксинуклеотидов в местах разрывов ДНК. Для репликации ДНК должна раскручиваться и расплетаться. В этом процессе принимают участие следующие ферменты: ДНК-геликазы-вызывают локальное раскручивание. Раскручивание ДНК приводит к интенсивной спирализации и со временем происходит осложнение продвижения репликативной вилки и ее блокировки. Эта блокировка устраняется за счет внесения одноцепочечных разрывов ДНК-топоизомеразами и их раскрутки. Терминация репликации – завершение процесса синтеза ДНК. В линейных молекулах ДНК она осложнена невозможностью ДНК-полимеразы удлинять цепь на 5-и-концы в районе теломеры. После удаления РНК-праймера в районе теломер образуются просветы, которые невозможно восполнить с помощью ДНК-полимеразы. В отличие от замкнутых кольцевых хромосом бактерий и большинства бактериофагов, эукариотные хромосомы линейные. Концы этих линейных молекул называются теломерами. В то время, как процесс синтеза ДНК подходит к лидирующей цепи, на отстающей цепи после удаления РНК-праймера возникает некоторое осложнение. Дыра, которая образовалась на месте РНК-затравки, как правило заполняется нуклеотидами, которые присоединились к 3‗-ОН группы в процессе прерывистого синтеза. Но на конце хромосомы полинуклеотидной цепь не имеет гидроксильной группы, поэтому в ходе каждого из последующих раундов синтеза ДНК теоретически должно происходить укорочение хромосомы на длину РНК праймера. Механизм решения этой проблемы подсказало открытие фермента теломеразы. В джгутикового простейшего много теломер заканчивается последовательностью 5‗- ТТГГГГ-3‗. Теломераза добавляет эти последовательности к концам новосинтезированных молекул, предупреждая сокращение их концов после каждой репликации. Теломераза добавляет к 3-м-концу отстающей цепи несколько копий шестинуклеотидного повтора в направлении от 5-ти и-3-х и-3. Эти повторы формируют шпилеобразную петлю, которая стабилизирована необычной водородной связью между противоположными остатками гуанина (ГГ). В результате возникает свободный 3‗- ОН конец, который после удаления РНК-праймера используется ДНК - полимеразой для заполнения просвета (присоединение к этому концу новых нуклеотидов). После чего шпилька расщепляется, а потери части конечной ДНК не происходит. У других эукариот в этом процессе участвуют подобные ферменты.
При дальнейших исследованиях теломеразы австралийка Элизабет Блекберн, что работает в США, американка Кэрол Грейдер, а также ее соотечественник Джек Шостак обнаружили, что этот фермент добавляет последовательности ТТГГГГ даже до концов хромосом, которые не несут такой последовательности и доказали, что указанная последовательность нуклеотидов не является сигналом для активации теломеразы. Ученые установили, что теломераза содержит в своей молекуле небольшой отрезок РНК, которая образует рыбонуклеопротеин, что является чрезвычайно важным для ее каталитической активности. Этот фрагмент РНК, который кодирует последовательности, которые используются как матрица, содержащая 159 нуклеотидов, включая последовательность комплементарную повторам нуклеотидов в шпилеподобной структуре (5‗-ААЦЦЦЦ-3‗). Подобные ферменты найдены и у других одноклеточных организмов. По механизму действия РНК- совместная теломераза напоминает обратную транскриптазу, поскольку синтезирует на РНК-матрице комплементарную последовательность ДНК.
На основе данных исследований за открытия, касающиеся области раковых заболеваний, старения и продления человеческой молодости Элизабет Блэкберн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак в октябре 2009 года были награждены Нобелевской премией. Существует особая группа РНК-содержащих вирусов, или ретровирусов. Их РНК служит матрицей для синтеза комплементарной молекулы ДНК. Это происходит во время обратной транскрипции с участием РНК - зависимой ДНК-полимеразы, которая называется обратной транскриптазою. После этого вирусная ДНК встраивается в геном клетки-хозяина и транскрибируется с образованием множества копий ретровирусной РНК

Зарегистрируйся, чтобы продолжить изучение работы

Автор работы
4
Владислав Лисин
Теория машин и механизмов
1 заказов
Отзывы
26.07.2021
Довольна работой автора! Всё качественно и в срок, написано интересно.
Статьи по теме
Больше рефератов по теории машин и механизмов:

Понятие моды и её психические механизмы

Аа
16207 символов
Теория машин и механизмов
Уникальность

Классификация механизмов

Аа
19699 символов
Теория машин и механизмов
Уникальность

ДНК и хромосомный механизм передачи наследственной информации

Аа
48900 символов
Теория машин и механизмов
Уникальность
Все рефераты по теории машин и механизмов

Закажи реферат

Наш проект является банком рефератов по всем школьным и студенческим предметам. Если вы не хотите тратить время на написание рефератов по ненужным предметам или ищете реферат в качестве базы для своей работы – он есть у нас.