Биосфера и генетика

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 09 Октября 2012 в 17:19, реферат

Описание работы

В буквальном переводе термин “биосфера” обозначает сферу жизни и в таком смысле он впервые был введен в науку в 1875 г. австрийским геологом и палеонтологом Эдуардом Зюссом (1831 – 1914). Однако задолго до этого под другими названиями, в частности "пространство жизни", "картина природы", "живая оболочка Земли" и т.п., его содержание рассматривалось многими другими естествоиспытателями.

Содержание работы

1. Введение
2. Биосфера
2.1. Структура биосферы................................................................................….4
2.2. Эволюция биосферы...................................................................................5
2.3. Устойчивость биосферы............................................................................. 7
2.4. Биопродуктивность экосистем.................................................................. 10
2.5. Биосфера и человек. Ноосфера................................................................. 15
2.6. Роль человеческого фактора в развитии биосферы................................ 16
2.7. Экологические проблемы биосферы.........................................................
3.Генетика………………………………………………………………………17
3.1. история развития генетики…………..………………………………..…..17
3.2. Генетический код………………………………………………………… 18
3.3.Молекулярная генетика…………………………………………………….19
4. Используемая литература………………………………………………..…25

Файлы: 1 файл

Реферат по КСЕ.docx

— 48.49 Кб (Скачать файл)

 

 

                                  1 . История развития генетики

          Генетика – это наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости, а также обеспечивающие их биологические механизмы.

Первый научный шаг  в изучении наследственности был  сделан австрийским монахом Грегором Менделем, который в 1866 г. опубликовал  статью «Опыты над растительными  гибридами», заложившую основы современной  генетики.

До открытий Менделя признавалась теория так называемой слитной наследственности. Суть этой теории состояла в том, что  при оплодотворении мужское и  женское «начало» перемешивались, «как краски в стакане воды», давая  начало новому организму. Мендель показал, 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 которых содержит по одной  единице из каждой пары. В 1909 г. датский  ботаник-селекционер В. Иогансен назвал их «генами», а в 1912 г. американский генетик Т. Г. Морган показал, что  они находятся в хромосомах.

Официальной датой рождения генетики считают 1900 год. Тогда были опубликованы данные Г. де Фриза, К. Корренса и К.Чермака, переоткрывших закономерности наследования признаков, установленные  Г.Менделем. Первые десятилетия 20-го века оказались плодотворными в развитии основных положений и направлений  генетики. Было сформулировано представление  о мутациях, популяциях и чистых линиях организмов, хромосомная теория наследственности, открыт закон гомологических рядов, получены данные о возникновении  наследственных изменений под действием  рентгеновских лучей, была начата разработка основ генетики популяций организмов.

В 1953 году в международном  научном журнале была напечатана статья биологов Джеймса Уотсона  и Френсиса Крика о строении дезоксирибонуклеиновой кислоты – ДНК.

Структура ДНК оказалась  совершенно необычной: её молекулы имеют  огромную по молекулярным масштабам  длину и состоят из двух нитей, сплетённых между собой в двойную  спираль. Каждую из нитей можно сравнить с длинной нитью бус. У белков "бусинами" являются аминокислоты двадцати различных типов. У ДНК  – всего четыре типа "бусин", и зовутся они нуклеотидами. "Бусины" двух нитей двойной спирали ДНК  связаны между собой и строго друг другу соответствуют. В ДНК  напротив нуклеотида аденина находится  тимин, напротив цитозина – гуанин. При таком построении двойной  спирали каждая из цепей содержит сведения о строении другой. Зная строение одной цепи, всегда можно восстановить другую.

Получаются две двойные  спирали – точные копии их предшественницы. Это свойство точно копировать себя имеет ключевое значение для жизни  на Земле.

 

 

 

 

2. Генетический код.  

         Последовательность оснований в  нуклеотидах ДНК должна определять  аминокислотную последовательность  белков. Эта зависимость между  основаниями и аминокислотами  является генетическим кодом.  С помощью четырех типов нуклеотидов записаны параметры для синтеза белковых молекул. В код, состоящий из троек оснований, входит четыре разных триплета. Доказательство триплетности кода представил Ф. Крик в 1961 г. Для многих аминокислот существенное значение имеет только первые буквы. Одна из особенностей генетического кода состоит в том, что он универсален. У всех живых организмов имеются одни и те же 20 аминокислот и пять азотистых оснований. 

 

В настоящее время успехи молекулярной биологии достигли такого уровня, что стало возможно определить последовательность оснований в  целых генах. Эта серьезная веха в развитии науки, так как теперь можно искусственно можно синтезировать  целые гены. Это нашло применение в генной инженерии.

 

 

3. Молекулярная  генетика.

     Тонкая структура. Функциональная структура генов. Генетический код.

Одно из наиболее существенных достижений молекулярной генетике заключается  в установлении минимальных размеров участка гена, передающихся при кроссинговере ( в молекулярной генетики вместо термина "кроссинговера" принят термин "рекомбинация", который все еще начинают использовать и в генетике высших существ) , подвергающихся мутации и осуществляющих одну функцию. Оценки этих величин были получены в 50-е годы С. Бензером.

Среди различных внутригенных мутаций Бензер выделил два класса: точечные мутации (мутации минимальной  протяженности) и делеции (мутации, занимающие достаточно широкую область  гена). Установив факт существования  точечных мутаций, Бензер задался целью  определить минимальную длину участка  ДНК, передаваемую при рекомбинации. Оказалось, что эта величина составляет не более нескольких нуклеотидов. Бензер назвал эту величину реконом.

Следующим этапом было установление минимальной длины участка, изменения  которого достаточно для возникновении  мутации (мутона). По мнению Бензера, эта  величина равна нескольким нуклеотидам. Однако в дальнейших тщательных определениями было выявлено, что длина одного мутона не превышает размер одного нуклеотида.

Следующим важным этапом в  изучении генетического материала  было подразделение всех генов на два типа: регуляторный гены, дающие информа-цию о строении регуляторных белков и структурныегены, кодирующие строение остальных полилипипедных цепей. Эта идея и экспериментальное  доказательство было разработано исследователями  Ф. Жакобом и Ж. Моно (1961).

Выяснение основной функции  гена как хранителя информации о  строении определенной полипептидной  цепи поставило перед молекулярной генетикой вопрос : каким образом  осуществляется перенос информации от генетических структур (ДНК) к морфологическим  структурам, другими словами, каким  образом записана генетическая информация и как она реализуется в  клетке.

Согласно модели Уотсона - Крика, генетическую информацию в  ДНК несет последовательность расположения оснований. Таким образом, в ДНК  заключены четыре элемента генетической информации. В тоже время в белках было обнаружено 20 основных аминокислот. Необходимо было выяснить, как язык четырехбуквенной записи в ДНК может  быть переведен на язык двадцати буквенной  записи в беках. Решающий вклад в  разработку этого механизма был  внесен Г. Гамовым(1954,1957). Он предположил, что для кодирования одной  аминокислоты. используется сочетание  из трех нуклеотидов ДНК ( нуклеотидом  называют соединение, состоящее из сахара {дизоксорибоза}, фосфата и  основания и образующее элементарный мономер ДНК). Эта элементарная единица  наследственного материала, кодирующая одну аминокислоту, получила название кодона.

Предположение Гамова о трехнуклеотидном составе кодона выглядело логически, доказать его экспериментально долгое время не удавалось. Только в конце 1961 г., когда многим стало казаться, что этот вопрос не будут решен, была опубликована работа кембриджской группой  исследователей ( Ф. Крик, Л. Барнет, С. Берннер  и Р. Ваттс - Тобин), выяснившие тип  кода и установивших его общую  природу. Важным в их работе было то, что они с самого начала строго поставили вопрос о роли начальной , стартовой точки в гене. Они  доказали, что в каждом гене есть строго фиксированная начальная точка, с которой фермент, синтезирующий РНК, начинает " прочтение " гена, причем читает его в одном направлении и непрерывно. Авторы так же доказали. что размер кодона действительно равен трем нуклеотидам и что наследственная информация, записанная в ДНК, читается от начальной точки гена "без запятых и промежутков".

 

 

 

   Репликация ДНК

   Уотсона и Крика предложили гипотезу строения ДНК, согласно которой, последовательность оснований в одной нити ДНК однозначно задавала последовательность оснований другой нити. Далее они предположили, что две нити ДНК раскручиваются и на каждой из них в соответствии с правилами комплиментарности синтезируются дочерни нити. Таким образом, каждая новая молекула ДНК должна содержать одну родительскую и одну дочернюю. Этот тип (полуконсервативный) репликации к концу 50 годов был экспериментально обосновали в опытах на бактериях. Опыты на высших организмах также косвенно говорили о правильности этого вывода. В это же время А. Корнберг выделил фермент, который, как он считал, осуществляет синтез белка. Для работы фермента было необходимо наличие затворочной ДНК и всех четырех предшественников ДНК (дезоксорибонукеозидтрифосфатов). В последующем десятилетии биохимики получили огромное количество фактов о характере протекании репликационного процесса. Было выделено и охарактеризовано несколько типов ферментов, осуществляющих реплекцию (ДНК-полимераз).

        Мутации и генетический код.

    Следует упомянуть об установлении двух моментов, связанных с генетическим кодом. Первое - врожденность кода, означающая ,что одна аминокислота может кодироваться несколькими кодонами, т.е. одной и той же аминокислоте нередко соответствует несколько кодонов. Это немаловажное обстоятельство позволяет иметь разным организмам несколько различающиеся "диалекты". Действительно, перекодировка сообщений, записанных языком нуклеотидов в ДНК в язык аминокислотных последовательностей в белках, происходит в рибосомах с участием РНК. Отсутствие тРНК, узнающей некоторые из кодонов одной и той же аминокислоты, приведет к тому, что эти кодоны не будут узнаны и останутся бессмысленными в этой клетке. По-видимому, этот механизм действует при размножении ряда вирусов, активно размножающихся в одних видах организмов и не способных к размножению в других.

Второй интересный момент - универсальность генетического  кода.

Анализ природы различных  мутаций привел к выводу, что все  точечные мутации можно разделить  на три основных класса:

1. Миссенс-мутации - мутации,  при которых изменяется смысл  кодона; в этом случае против  него встает неверная аминокислота, и свойства синтезируемого белка  меняются.

2. Нонсенс-мутации - мутации  , при которых возникает нонсенс-кодон,  не кодирующий никаких аминокислот,  и на нем обрывается чтение  иРНК в рибосомах.

3. Мутации со сдвигом  чтения. Эти мутации , изучаемые  Криком, позволили доказать трехбуквенность  генетического кода. Мутации сдвига  чтения возникают после того, как одно или несколько оснований  выпадут из молекулы ДНК или  внедрятся в нее. Интересно  и то , что сдвиг чтения чаще  всего приводит к тому, в какой-то  точке он заканчивается нонсенс-кодоном  и на нем чтение обрывается  вообще.

Выяснение природы, строения и функционирования генетического  кода явилось огромным достижением  современной биологии. Последние  успехи в искусственном синтезе  белка, нуклеиновых кислот, особенно тех ,которые обладают способностью к программированию живых вирусных частиц (работы А.Корнберга в США), позволяют надеяться , что одна из основных проблем современной биологии - искусственный синтез живого с  нужными человеку свойствами - будет  в конце концов разрешена.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

Таким образом, мы видим, что  налицо все те конкретные признаки, все или почти все условия, которые указывал В.И.Вернадский для  того, чтобы отличить ноосферу от существовавших ранее состояний биосферы. Процесс  её образования постепенный, и, вероятно, никогда нельзя будет точно указать  год или даже десятилетие, с которого переход биосферы в ноосферу можно  будет считать завершённым. Конечно, мнения по этому вопросу могут  быть разные. Ф.Т.Яншина пишет: "Учение академика В.И.Вернадского о переходе биосферы в ноосферу является не утопией, а действительной стратегией выживания  и достижения разумного будущего для всего человечества". Мнение Р.К.Баландина несколько иное: "Биосфера не переходит на более высокий  уровень сложности, совершенства, а  упрощается, загрязняется, деградирует (небывалая скорость вымирания видов, разрушение лесных зон, страшная эрозия земель...). Она переходит на более  низкий уровень, т.е. в ней наиболее активной преобразующей и регулирующей силой становится техновещество, совокупность технических систем, посредством  которых человек - преимущественно  невольно - переиначивает всю область  жизни". Сам Вернадский, замечая  нежелательные, разрушительные последствия  хозяйствования человека на Земле, считал их некоторыми издержками. Он верил  в человеческий разум, гуманизм научной  деятельности, торжество добра и  красоты. Что-то он гениально предвидел, в чём-то, возможно, он ошибался. Ноосферу следует принимать как символ веры, как идеал разумного человеческого  вмешательства в биосферные процессы под влиянием научных достижений. Надо в неё верить, надеяться на её пришествие, предпринимать соответствующие  меры.

 

Таким образом, рассмотрен исторический процесс развития генетики. Реферат  состоит и двух частей. В первой части рассмотрен процесс зарождение хромосомной теории наследственности. Во второй части описаны достижения молекулярной генетики. Генетика до сих  пор остается наукой хранящей в себе множество тайн.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.Литература:

1. Аллен Р.Д. “Наука  о жизни”, М. – 1981г.

2. Вернадский В.И.“Биосфера  и ноосфера”, М.– 1989г.

3. Рузалин Г.И. “Концепция  современного естествознания” М. 1997г. В. Н. Сойфер,

4. Э.Р. Пилле, О. Г.  Газенко, Л.В. Крушинский, С. Я.  Залкинд и др. "История биологии  с начала XX века до наших дней" М. 1975.

5. В. Н. Сойфер, Э.Р. Пилле,  О. Г. Газенко, Л.В. Крушинский, С. Я.

Залкинд и др. "История  биологии с начала XX века до наших  дней" М. 1975

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Информация о работе Биосфера и генетика