Ген и его свойства. Генетика и практика

Всероссийский заочный финансово-экономический институт.

Кафедра философии.

 

 

 

 

 

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Концепции современного естествознания»:

Вариант № 21. Ген и его свойства. Генетика и практика

 

 

 

 

 

 

Преподаватель: Иконникова Н.И.

Студент: Трифонова Т.Г.

Факультет: непрерывного образования

 

 

 

 

 

 

 

Москва 2011 
Содержание.

 

Введение…………………………………………………………………………………

Ген. Его основные признаки..………………………………………………………….

Генетика как наука……………………………………………………………………..

Теоретическое и практическое значение современной генетики………………….

Заключение……………………………………………………………………………. 
Введение.

 

Генетика считается одной из самых важных областей не только биологии, но и всей науки, оказывающей существенное влияние на жизнь и развитие человечества.

Цель моей контрольной работы  рассказать, что из себя представляет генетика и всё что с ней связано.

Первые генетические представления формирoвались в связи с сельскохозяйственной и медицинской деятельностью людей. Исторические документы свидетельствуют, что уже 6 тысяч лет назад в животноводстве составлялись родословные, люди уже понимали, что некоторые физические признаки могут передаваться от одного поколения другoму. Из этого следует, что человек замечал и различия, возникающие в поколениях живых оргaнизмов и отличающие потомство от родителей. Попытки понять природу передачи признаков по наследству oт рoдителей детям предпринимались ещё в древности. Размышления на эту тему встречаются в сочинениях Гиппократа, Аристотеля и других мыслителей, но полное развитие генетика получила в начале XX в, после того как исследователи oбратили внимание на законы Г. Менделя, открытые в 1865 г., но остававшиеся без внимания в течение 35 лет. И действительно первый научный шаг вперед в изучении наследственности был сделан aвстрийским монахом Грегором Менделем, который в 1866 г. опубликовал статью, заложившую основы современной генетики. Мендель показaл, что наследственные задатки не смешиваются, а передаются от родителей потомкам в виде дискретных (обособленных) единиц. Эти единицы, представленные у особей парами (аллелями), остаются дискретными и передаются последующим поколениям в мужских и женских гаметах, каждая из кoторых содержит по одной единице из каждой пары. В 1909 г. датский ботаник Иогансен назвал эти единицы «генами», а в 1912 г. американский генетик Т.Г. Морган показал, что они находятся в хромосомах. В данные годы эти исследования получили широкий размах и сама генетика достигла больших успехов.

 

ген генетика дезоксирибонуклеиновая кислота

 

Ген. Его основные признаки.

 

Элементарными дискретными единицами наследственности и изменчивости являются гены. Ген — участок молекулы ДНК, определяющий возможность развития отдельного элементарного признака. Ген является единицей генетической, или наследственной информации. Таким образом, ген — образование, прежде всего функциональное, а не химическое. С функциональной точки зрения ДНК состоит из множества белков, хранящих определенный объем информации — генов. Ген — участок молекулы ДНК, в котором находится информация о первичной структуре какого-либо одного белка. Это биохимическое определение гена не полностью отражает положение вещей, но им удобно описывать процессы биосинтеза. Поскольку в организме присутствуют десятки тысяч белков, существуют и десятки тысяч генов. Совокупность всех генов клетки составляют ее геном. Все клетки организма содержат одинаковый набор генов, но в каждой из них реализуется различная часть хранимой информации. Поэтому, например, нервные клетки и по структурно-функциональным, и по биохимическим особенностям отличаются от клеток печени. Так как каждый белок представлен одной или несколькими полипептидными цепями, то необходим носитель информации о каждой такой цепи. Точнее будет говорить, что ген — это участок ДНК, несущий информацию об одной полипептидной цепи. Генетики пользуются несколько другим определением гена: ген — участок хромосомы, определяющий развитие у организма одного или нескольких признаков. Эти признаки могут быть совершенно разные — биохимические (например, активность какого-либо фермента), физиологические (состояние антиоксидантной системы организма). То есть материальной основой наследственности являются хромосомы с содержащимися в них генами. Генетическая информация реализуется в процессах транскрипции и трансляции. В одной молекуле ДНК расположены сотни и тысячи генов. Одна молекула ДНК вместе с белками, принимая определенную пространственную форму, образует хромосому. Гены расположены в молекуле ДНК линейно, один за другим, они не когда не перекрываются. Иными словами, не существует участков ДНК, принадлежащих одновременно двум генам. Кроме генов, кодирующих белки (структурные гены), в ДНК существуют участки, несущие информацию о структуре рРНК и тРНК, а также участки, играющие регуляторную роль в работе генома.

С середины 80-х годов мировое сообщество начало создавать международные программы по изучению генома человека. К тому времени учеными были созданы методы, позволяющие относительно быстро расшифровывать участки молекул ДНК. Уже расшифровано порядка 5 тысяч генов. Осталось — несколько больше, поскольку полный геном человека, по разным оценкам, содержит от 50 до 100 тысяч генов. Их нужно вычленить из 3 миллиардов нуклеотидов в составе хромосом человека. Обнаружен ряд новых генов, среди которых могут оказаться гены - супрессоры (усилители) опухолевого роста; гены, кодирующие факторы регуляции транскрипции и другие. Среди них новый ген р53, контролирующий развитие нервной системы и гены рецепторов гормонов. Для разных организмов характерно различное строение генов и организация геномов. Гены животных, растений и грибов способны работать независимо от функциональной активности соседних участков ДНК. У бактерий ситуация несколько иная — их гены не имеют некодирующих участков, зато работают согласовано. Несколько соседних генов объединяются и работают как единый ген. Во всех клетках всех организмов количество хромосом содержащих гены в течение всей жизни от рождения до смерти строго постоянно. Такое постоянство достигается благодаря особенностям процессов клеточного деления. Перед делением количество хромосом увеличивается вдвое за счет способности ДНК к самоудвоению — репликации. Репликация, или идентичное удвоение, ДНК происходит перед каждым нормально протекающим делением у эукариот, перед каждым делением прокариотических клеток и размножением ДНК-вирусов. Репликация является необходимой предпосылкой для сохранения имеющейся наследственной информации в ряду последовательных поколений клеток и организмов. Затем материнская клетка делится, удвоенный набор хромосом поровну распределяется между двумя дочерними клетками, в результате чего каждая из них получает точно такой набор хромосом и генов, какой был у материнской. Совокупность генов, которую организм получает от родителей, составляет его генотип.

Признаки клеток и организма – фенотип – обусловлены синтезируемыми специфическими структурными белками и ферментами, ответственными за определенные этапы обмена веществ. Наследуемые признаки (цвет глаз, шерсти, перьев, размер крыльев, форма семян и тому подобное) называются феном. Совокупность всех фенов организма, то есть всех внешних признаков организма, особенностей строения и функционирования клеток и органов составляет фенотип. Особи, имеющие одинаковый фенотип могут обладать различными генотипами. Фенотип развивается в результате взаимодействия генотипа и условий внешней среды.

Для понимания генетических процессов необходимо знать строение хромосом, основы цитологии, знать процесс гаметогенеза и владеть следующими основными понятиями генетики. Преследуя эти цели, человеческий разум создает модель – так называемую науку, всего того, что напрямую связано с его потребностями. Для удовлетворения жажды самопознания и анализа эволюции, возникла наука – биология. Наука, обобщающая и исчерпывающе доказывающая человеческие догадки о самом себе. Но, определив конкретные рамки этой науки, людской разум продолжает идти дальше. Это мы в состоянии наблюдать ежедневно. Возникло желание не только познать себя, а еще и изменить себя, провести ускоренную эволюцию человеческого вида своими руками, в лабораторных условиях. Для достижения данной цели ученые выявили предположительный ключ, т.е. место хранения всей биологической информации о живой оболочке индивидуума - гены. Отсюда появилось новое многообещающее течение в биологии – генетика.

 

Генетика как наука.

 

Генетика — одна из биологических наук. Название “генетика” произошло от латинского слова geneo (рожаю) или genus (род). Само название этой науки указывает на то, что она изучает наследственность организмов, но наследственность неразрывно связана с изменчивостью организмов, поэтому генетика изучает оба эти свойства организмов. Итак, генетика — это наука, которая изучает закономерности наследственности и изменчивости организмов. Наследственностью называется способность сохранять передавать признаки в ряду поколений, а изменчивостью называется способность организмов приобретать новые и утрачивать старые признаки.

Генетика представляет собой одну из основных, наиболее увлекательных и вместе с тем сложных дисциплин современного естествознания. Место генетики среди биологических наук и особый интерес к ней определяются тем, что она изучает основные свойства организмов, а именно наследственность и изменчивость. Истоки генетики, как и всякой науки, следует искать в практике. Генетика возникла в связи с разведением домашних животных и возделыванием растений, а также с развитием медицины. С тех пор как человек стал применять скрещивание животных и растений, он столкнулся с тем фактом, что свойства и признаки потомства зависят от свойств избранных для скрещивания родительских особей. Отбирая и скрещивая лучших потомков, человек из поколения в поколение создавал родственные группы – линии, а затем породы и сорта с характерными для них наследственными свойствами. Хотя эти наблюдения и сопоставления еще не могли стать базой для формирования науки, однако бурное развитие животноводства и племенного дела, а также растениеводства и семеноводства во второй половине XIX века породило повышенный интерес к анализу явления наследственности.

Развитию науки о наследственности и изменчивости особенно сильно способствовало учение Ч. Дарвина о происхождении видов, которое внесло в биологию исторический метод исследования эволюции организмов.

Сам Дарвин приложил немало усилий для изучения наследственности и изменчивости. Он собрал огромное количество фактов, сделал на их основе целый ряд правильных выводов, однако ему не удалось установить закономерности наследственности. Его современники, так называемые гибридизаторы, скрещивавшие различные формы и искавшие степень сходства и различия между родителями и потомками, также не смогли установить общие закономерности наследования.

Еще одним условием, способствовавшим становлением генетики как науки, явились достижения в изучении строения и поведения соматических и половых клеток. Еще в 70-х годах прошлого столетия рядом исследователей-цитологов (Чистяковом в 1972 г., Страсбургером в 1875 г.) было открыто непрямое деление соматической клетки, названное кариокинезом (Шлейхером в 1878 г.) или митозом (Флеммингом в 1882 г.). Постоянные элементы ядра клетки в 1888 г. по предложению Вальдейра получили название “хромосомы”. В те же годы Флемминг разбил весь цикл деления клетки на четыре главные фазы: профаза, метафаза, анафаза и телофаза.

Одновременно с изучением митоза соматической клетки шло исследование развития половых клеток и механизма оплодотворения у животных и растений. О. Гертвиг в 1876 г. впервые у иглокожих устанавливает слияние ядра сперматозоида с ядром яйцеклетки. Н.Н. Горожанкин в 1880 г. и Е. Страсбургер в 1884 г. устанавливает то же самое для растений: первый – для голосеменных, второй – для покрытосеменных.

В те же Ван-Бенеденом (1883 г.) и другими выясняется кардинальный факт, что в процессе развития половые клетки, в отличие от соматических, претерпивают редукцию числа хромосом ровно вдвое, а при оплодотворении – слиянии женского и мужского ядра – восстанавливается нормальное число хромосом, постоянное для каждого вида. Тем самым было показано, что для каждого вида характерно определенное число хромосом.

Итак, перечисленные условия способствовали возникновению генетики как отдельной биологической дисциплины – дисциплины с собственными предметом и методами исследования.

Официальным рождением генетики принято считать весну 1900 г., когда три ботаника, независимо друг от друга, в трех разных странах, на разных объектах, пришли к открытию некоторых важнейших закономерностей наследования признаков в потомстве гибридов. Г. де Фриз (Голландия) на основании работы с энотерой, маком, дурманом и другими растениями сообщил “о законе расщепления гибридов”; К. Корренс (Германия) установил закономерности расщепления на кукурузе и опубликовал статью “Закон Грегора Менделя о поведении потомства у расовых гибридов”; в том же году К. Чермак (Австрия) выступил в печати со статьей (Об искусственном скрещивании у Pisum Sativum).

Наука почти не знает неожиданных открытий. Самые блестящие открытия, создающие этапы в ее развитии, почти всегда имеют своих предшественников. Так случилось и с открытием законов наследственности. Оказалось, что три ботаника, открывших закономерность расщепления в потомстве внутривидовых гибридов, всего-навсего “переоткрыли” закономерности наследования, открытые еще в 1865 г. Грегором Менделем и изложенные им в статье “Опыты над растительными гибридами”, опубликованной в “трудах” Общества естествоиспытателей в Брюнне (Чехословакия).

Г. Мендель на растениях гороха разрабатывал методы генетического анализа наследования отдельных признаков организма и установил два принципиально важных явления:

признаки определяются отдельными наследственными факторами, которые передаются через половые клетки;

отдельные признаки организмов при скрещивании не исчезают, а сохраняются в потомстве в том же виде, в каком они были у родительских организмов.

Для теории эволюции эти принципы имели кардинальное значение. Они раскрыли один из важнейших источников изменчивости, а именно механизм сохранения приспособленности признаков вида в ряду поколений. Если бы приспособительные признаки организмов, возникшие под контролем отбора, поглощались, исчезали при скрещивании, то прогресс вида был бы невозможен. Все последующее развитие генетики было связано с изучением и расширением этих принципов и приложением их к теории эволюции и селекции. Из установленных принципиальных положений Менделя логически вытекает целый ряд проблем, которые шаг за шагом получают свое разрешение по мере развития генетики.

В 1901 г. де Фриз формулирует теорию мутаций, в которой утверждается, что наследственные свойства и признаки организмов изменяются скачкообразно – мутационно.

В 1903 г. датский физиолог растений В. Иоганнсен публикует работу “О наследовании в популяциях и чистых линиях”, в которой экспериментально устанавливается, что относящиеся к одному сорту внешне сходные растения являются наследственно различными - они составляют популяцию. Популяция состоит из наследственно различных особей или родственных групп – линий. В этом же исследовании наиболее четко устанавливается, существование двух типов измен6чивости организмов: наследственной, определяемой генами, и ненаследственной, определяемой случайным сочетанием факторов, действующих на проявление признаков.

На следующем этапе развития генетики было доказано, что наследственные формы связаны с хромосомами. Первым фактом, раскрывающим роль хромосом в наследственности, было доказательство роли хромосом в определении пола у животных и открытие механизма расщепления по полу 1:1.