Тема 6. Строение и функции хромосом. ДНК — носитель наследственной информации PDF

Лекция 3. Тема 6. Строение и функции хромосом. ДНК — носитель наследственной информации Количество хромосом в ядре не связано с уровнем эволюционного развития живых организмов. У многих примитивных форм оно велико, например, в ядрах некоторых видов простейших содержатся сотни хромосом, тогда к...

Лекция 3. Тема 6. Строение и функции хромосом. ДНК — носитель наследственной информации Количество хромосом в ядре не связано с уровнем эволюционного развития живых организмов. У многих примитивных форм оно велико, например, в ядрах некоторых видов простейших содержатся сотни хромосом, тогда как у шимпанзе их всего только 48. Каждая хромосома, образованная одной молекулой ДНК, представляет собой удлиненную палочковидную структуру – хроматиду, имеющую два «плеча», разделенных первичной перетяжкой, или центромерой (от лат. Centrum – срединная точка, центр и греч. meros – часть, доля). Метафазная хромосома состоит из двух соединенных центромерой сестринских хроматид, каждая из которых содержит одну молекулу ДНК, уложенную в виде спирали. Строение хромосомы: А – общий вид хромосомы; Б – строение удвоившейся хромосомы в метафазе митоза; 1 – хроматида; 2 – центромера Важным свойством хромосом является их способность к удвоению (самовоспроизведению). Обычно удвоение хромосом предшествует делению клетки. В основе удвоения хромосом лежит процесс репликации (от лат. replicatio – повторение) макромолекул ДНК, обеспечивающий точное копирование генетической информации и передачу ее от поколения к поколению. Удвоение хромосом – это сложный процесс, включающий в себя не только репликацию гигантских молекул ДНК, но также синтез связанных с ДНК хромосомных белков. Конечным этапом является упаковка ДНК и белков в особые комплексы, образующие хромосому. В результате репликации вместо одной материнской хромосомы появляются две идентичные ей дочерние хромосомы. Функция хромосом заключается: 1) в хранении наследственной информации. Хромосомы являются носителями генетической информации; 2) передаче наследственной информации. Наследственная информация передается путем репликации молекулы ДНК; 3) реализации наследственной информации. Благодаря воспроизводству того или иного типа и-РНК и, соответственно, того или иного типа белка осуществляется контроль над всеми процессами жизнедеятельности клетки и всего организма. Таким образом, хромосомы с заключенными в них генами обусловливают непрерывный ряд воспроизведения. Генетические функции хромосом до начала 40-х годов XX века большинство исследователей связывали с белками. Как писал русский биолог, генетик Николай Константинович Кольцов, «трудно было признать, что за такой простенькой молекулой, как ДНК, столь сложные функции». Однако в дальнейшем именно ДНК была идентифицирована как генетический материал всех растений, животных, микроорганизмов и большинства вирусов. У каждого вида в клетках находится определенное количество хромосом. Они являются носителями генов, определяющих наследственные свойства клеток и организмов вида. Ген – это участок молекулы ДНК хромосомы, на котором синтезируются различные молекулы РНК (трансляторы генетической информации). Ген является функционально неделимой единицей генетического материала и представлен в виде определенного числа (не менее трех) линейно расположенных нуклеотидов. Именно последовательность нуклеотидов в цепях ДНК определяет код генетической информации, способной транскрибироваться (списываться, как с матрицы) на молекулы иРНК, а они, в свою очередь, транслируют (передают) в соответствии с кодом последовательность включения аминокислот в синтезирующуюся полимерную молекулу белка по принципу «один ген – один белок». Количество нуклеотидов в хромосомах огромно. Например, гены, входящие в состав хромосом человека, могут содержать до двух миллионов пар нуклеотидов. Иоганн Фридрих Мишер был первым ученым, который предложил существование молекулы в 1869 году, которая несет генетическую информацию. Он назвал ее - нуклеиновая. И только в 1950-х годах, два молодых ученых, Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик, обнаружили истинные генетические носители информации - молекулы ДНК и РНК. Они были первыми, кто описал структуру ДНК в виде двойной спирали. Эта модель двойной спирали ДНК, называют моделью Уотсона-Крика. Сегодня, молекула ДНК, вероятно, самая известная молекула в мире. Ее иногда называют молекулой жизни.  Д.Уотсон Ф. Крик ДНК представляет собой аббревиатуру дезоксирибонуклеиновой кислоты. ДНК представляет собой полимер, что означает, что это большая молекула, состоящая из мелких элементов, называемых мономерами. Мономерные звенья ДНК называются нуклеотидами, что делает молекулу ДНК полинуклеотидом. Она квалифицируется как кислота, так как при растворении дает рН (мера активности ионов водорода (Н +) в растворе) менее 7. Нуклеотиды состоят из одного азотистого основания, одной молекулы фосфата и одной молекулы сахара (дезоксирибозы в ДНК и рибозы в РНК). ДНК РНК Существуют четыре различных типа нуклеотидов находящихся в ДНК. При составлении модели молекулы ДНК эти нуклеотиды называют их «инициалами»: А для аденина Г для гуанина  Ц для цитозина T для тимина Нуклеотиды соединены по определенной схеме, образуя полинуклеотидные цепи. Две из этих цепей скручены в спираль и удерживаются вместе при помощи комплементарных нуклеотидов на противоположных сторонах нитей, образующих молекулу ДНК. Таким образом, ДНК представляет собой двухцепочечную макромолекулу, которую также называют двойной спиралью, потому что она напоминает винтовую лестницу. Боковые рельсы этой "лестницы" сделаны из сахара и фосфата, а перекладины изготовлены из азотистых оснований. Из-за их химической структуры, азотистые основания образуют пару только по определенной схеме, образуя комплементарные следующие пары: А-Т Ц-Г Каждая базовая в ступеньке лестницы ДНК всегда в паре с тем же комплементарным основанием. Молекулы ДНК довольно длинные. Например, человеческая ДНК длиной около двух метров. Для того, чтобы поместиться внутри ядра клетки, ДНК, нужно чтобы она была скручена и скручена много раз. Точная последовательность нуклеотидов (сахар, фосфат и основа) в молекуле ДНК отвечает за синтез белка. Поскольку различные организмы и ткани состоят из различных белков, структура белка определяет идентичность организма.