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 иизмен
Генетика — это наука о наследственности и изменчивости живых существ. Ее начало заложено в XIX веке работами Ч. Дарвина и Г. Менделя. В последние 40-50 лет осуществляется изучение генетики разнообразных форм органического мира: вирусов, фагов, растений, животных и человека. При этом явление наследственности и изменчивости связывается с различными уровнями жизнедеятельности организмов. Так, например, установлено, что свойства наследственности и изменчивости связаны с особенностями строения молекул таких веществ, входящих в состав клеток, как нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) определяющие наследственную обусловленность синтеза белков и ферментов клетки. Это направление исследований получило название «биохимическая генетика». Исследования внутриклеточных структур, таких как ядро и входящих в них хромосом и других клеточных органелл, показали тесную связь этих структур с наследственными особенностями и изменчивостью клетки и организма в целом. Это направление называется «цитогенетикой».[1]
Явление наследственности и изменчивости изучается успешно не только на молекулярном, клеточном уровнях, но и на сообществах организмов, то есть на популяциях (виды, породы и др.), что составляет так называемую популяционную генетику.
Многообразные направления генетической науки и использование различных методов исследования оказали большое влияние на различные практические и производственные разделы деятельности человека. Развиваются новые отрасли промышленности микробиологии, создаются новые сорта растений и новые породы животных, на основе генетики строятся селекция и племенное дело, разрабатываются методы борьбы и предупреждения наследственных болезней у человека и животных, с генетических позиций рассматривается проблема оздоровления и сохранения биосферы Земли и экологической целостности природы Земли и околоземного пространства. Современный научно-технический прогресс в деятельности человека в большой мере опирается на генетическую науку.
Понятие о наследственности и изменчивости
Наследственность и изменчивость являются важными свойствами живого. Наследственность — это свойство живых существ сохранять свои признаки и особенности и передавать их потомству. Тем самым обеспечивается сходство потомков с родителями и предыдущими поколениями, сохраняются в поколениях особенности вида, породы, родственной группы особей.
Наследственность человека
... о механизмах наследственности человека (генетика) превратилось в самостоятельную научную дисциплину. В ее задачи входит выяснение причин и условий возникновения наследственных заболеваний, ... признаков наследственности поясняет принцип распределения наследственных свойств у последующего поколения. Эта закономерность была отмечена еще монахом Грегором Менделем. В вопросах наследственности человека ...
Передача свойств родителей потомкам обеспечивается процессом размножения. У одноклеточных организмов и телесных (соматических) клеток это достигается простым делением клеток. У двуполых организмов передача наследственности родителей потомкам происходит в процессе оплодотворения, то есть слияния мужских и женских гамет с образованием зиготы и ее дальнейшего развития в полноценный организм, имеющий сходство с родителями.
Изменчивость — способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства, это свойство, противоположное наследственности. Оно проявляется в несходстве потомков с предыдущими поколениями, в несходстве особей одного и того же поколения и даже среди родственных организмов.
Изменчивость подразделяется на наследственную, когда появление новых свойств передается потомству, и ненаследственную, возникающую в одном поколении, но не сохраняющуюся в последующих. Причины той и другой изменчивости разные. Наследственная изменчивость вызывается воздействиями сильнодействующих внешних факторов (химические, облучение и др.) на ядерные структуры клеток (телесных и половых), которые являются носителями наследственности. К таким структурам относятся нуклеиновые кислоты (дезоксирибонуклеиновая кислота — ДНК) и хромосомы ядра, в состав которых входит ДНК. Участок молекулы ДНК, определяющий тот или иной признак, называется геном. Ген — это единица наследственности.
Факторы, вызывающие наследственную изменчивость, называются мутагенными, а изменения, происходящие в молекуле ДНК и хромосомах, при которых происходит появление новых свойств и признаков,- называются мутациями. Мутации могут быть генными (точковыми) и хромосомными. Мутационная изменчивость увеличивает наследственные свойства организмов. Некоторые из них могут быть благоприятны для организма, но многие вызывают разные аномалии. [2]
Другой тип наследственной изменчивости распространен у высших организмов, размножающихся половым путем. В результате оплодотворения происходит комбинация в зиготе наследственных особенностей и формируется новая наследственность потомков. Такой тип изменчивости называется комбинативным.
В практике селекционной работы человек широко использует как мутационную, так и комбинативную изменчивость.
Третий тип изменчивости вызывается такими факторами среды, которые не затрагивают и не изменяют наследственное вещество, но приводят к возникновению ненаследственных изменений ряда признаков. Такими факторами для животных являются условия кормления, содержания, климат и т. п.
Ненаследственная изменчивость называется модификационной. Факторы среды могут или способствовать реализации наследственности организма, или, если они не отвечают требованиям наследственности, происходит их утрата или ослабление в формировании и проявлении признака, имеющего наследственную обусловленность. У животных, разводимых человеком, при неблагоприятных условиях может произойти вырождение породы, особенно культурной, как более требовательной.
Сочетание наследственной и ненаследственной изменчивостей, в основе которых лежат генотипические особенности организма и реакция организма на воздействие внешних факторов, вызывает фенотипическую изменчивость, проявляющуюся в виде конкретного состояния свойств и признаков организма.
Наследственность и изменчивость (2)
... организма. Спектр мутантных признаков, или признаков, затрагиваемых мутациями, оказывается очень широким. Нет признаков и свойств, которые в той или иной степени не затрагивались бы мутациями. Наследственной изменчивости ... рода причин в этих молекулах время от времени происходят измене-ния -- мутации, ведущие к изменению кода наследственности), и, во-вторых, влиянием внешних условий, определяющих ...
Общие закономерности мутагенеза
Мутагенез — это процесс возникновения наследственных изменений -мутаций, появляющихся естественно (спонтанно) или вызываемых (индуцируемых) различными физическими или химическими факторами -мутагенами.
Мутации — это качественные изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма.
Организм, во всех клетках которого обнаруживается мутация, называется мутантом.[3]Это происходит в том случае, если данный организм развивается из мутантной клетки (гаметы, зиготы, споры).
В ряде случаев мутация обнаруживается не во всех соматических клетках организма; такой организм называют генетической мозаикой. Это происходит, если мутации появляются в ходе онтогенеза — индивидуального развития. И, наконец, мутации могут происходить только в генеративных клетках (в гаметах, спорах и в клетках зародышевого пути — клетках-предшественницах спор и гамет).
В последнем случае организм не является мутантом, но часть его потомков будет мутантами.
В основе мутагенеза лежат изменения в молекулах нуклеиновых кислот, хранящих и передающих наследственную информацию. Эти изменения выражаются в виде генных мутаций или хромосомных перестроек. Кроме того, возможны нарушения митотического аппарата клеточного деления, что ведет к геномным мутациям типа полиплоидии или анеуплоидии. Повреждения нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) заключаются либо в нарушениях углеводно-фосфатного остова молекулы (ее разрыв, вставка или выпадение нуклеотидов), либо в химических изменениях азотистых оснований, непосредственно представляющих генные мутации или приводящих к их появлению в ходе последующей репликации поврежденной молекулы. При этом пуриновое основание заменяется другим пуриновым или пиримидиновое основание — другим пиримидиновым (транзиции), либо пуриновое основание заменяется пиримидиновым или пиримидиновое — пуриновым (трансверсии).
В результате в определяющих синтез белка тройках нуклеотидов (кодонах) возникают два типа нарушений: так называемые нонсен-скодоны («бессмысленные»), вообще не определяющие включение аминокислот в синтезируемый белок, и так называемые миссенс-кодоны («искажающие смысл»), определяющие включение в белок неверной аминокислоты, что изменяет его свойства. Вставки или выпадения нуклеотидов ведут к неправильному считыванию генетической информации (сдвигу рамки считывания), в результате чего обычно возникают «бессмысленные» кодоны и лишь в редких случаях «искажающие смысл».
Мутации возникают не мгновенно. Вначале под воздействием мутагенов возникает предмутационное состояние клетки. Различные репарационные системы стремятся устранить это состояние, и тогда мутация не реализуется. Основу репарационных систем составляют различные ферменты, закодированные в генотипе клетки (организма).
Таким образом, мутагенез находится под генетическим контролем клетки; это — не физико-химический, а биологический процесс.
Например, ферментные системы репарации вырезают поврежденный участок ДНК, если повреждена только одна нить (эту операцию выполняют ферменты эндонуклеазы), затем вновь достраивается участок ДНК, комплементарный по отношению к сохранившейся нити (эту операцию выполняют ДНК-полимеразы), затем восстановленный участок сшивается с концами нити, оставшимися после вырезания поврежденного участка (эту операцию выполняют лигазы).
Патология клетки (2)
... результате летального повреждения (некроз). 3. Основные разделы патологии клетки Патология клетки представлена тремя основными разделами: 1) Патология клетки ... метаболитов и др.); ? биологические агенты (например, белки, лизосомальные ферменты, метаболиты, Ig, цитотоксические факторы; ... белки, нуклеиновые кислоты и, особенно, липиды, учитывая наличие большого их числа в мембранах клеток ( ...
Существуют и более тонкие механизмы репарации. Например, при утрате азотистого основания в нуклеотиде происходит его прямое встраивание (это касается аденина и гуанина); метильная группа может просто отщепляться; однонитевые разрывы сшиваются. В некоторых случаях действуют более сложные, малоизученные системы репарации, например, при повреждении обеих нитей ДНК.
Однако при большом числе повреждений ДНК они могут стать необратимыми. Это связано с тем, что: во-первых, репарационные системы могут просто не успевать исправлять повреждения, а во-вторых, могут повреждаться сами ферменты систем репарации, необратимые повреждения ДНК приводят к появлению мутаций — стойких изменений наследственной информации.
Механизм мутагенеза для разных мутагенов неодинаков. Ионизирующие излучения действуют на нуклеиновые кислоты непосредственно, ионизируя и активируя их атомы. Это приводит к разрывам углеводно-фосфатного остова молекулы и водородных связей между комплементарными нитями ДНК, образованию «сшивок» между этими нитями, разрушению азотистых оснований, особенно пиримидиновых. Прямое действие ионизирующей радиации на хромосомы и содержащуюся в них ДНК обусловливает почти линейную зависимость между дозой облучения и частотой вызываемых облучением генных мутаций и нехваток (малых делений); однако для тех типов хромосомных перестроек, которые возникают в результате двух разрывов хромосомы (более крупные делеции, инверсии, транслокации и др.), зависимость между дозой облучения и их частотой имеет более сложный характер. Мутагенное действие ионизирующих излучений может быть и косвенным, так как прохождение их через цитоплазму или питательную среду, в которой культивируются микроорганизмы, вызывает радиолиз воды и возникновение свободных радикалов и перекисей, обладающих мутагенным действием. Ультрафиолетовое излучение возбуждает электронные оболочки атомов, что вызывает различные химические реакции в нуклеиновых кислотах, приводящие к мутациям. Из этих реакций наибольшее значение имеют гидратация цитозина и образование димеров тимина, но известную роль в мутагенезе играют также разрыв водородных связей между нитями ДНК и образование «сшивок» между этими нитями. Ультрафиолетовые лучи плохо проникают во внутренние ткани организма, и их мутагенное действие проявляется только там, где они могут достигнуть генетического аппарата (например, при облучении вирусов, бактерий, спор растений и т.п.).
Наиболее мутагенны ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 2500 до 2800 А, поглощаемые нуклеиновыми кислотами. Лучи видимого спектра подавляют мутагенный эффект ультрафиолетовых лучей. Алкилирующие соединения, к числу которых принадлежат наиболее сильные из известных мутагенов (так называемые супермутагены), например нитрозоэтилмочевина, этилметансульфонат и др., алкилируют фосфатные группы нуклеиновых кислот (что приводит к разрывам углеводно-фосфатного остова молекулы), а также азотистые основания (главным образом гуанин), в результате чего нарушается точность репликации нуклеиновых кислот и возникают транзиции и изредка — трансверсии. Аналоги азотистых оснований включаются в нуклеиновые кислоты, что при последующей репликации ведет к появлению транзиций и трансверсий. Эти же типы изменений вызываются азотистой кислотой, дезаминирующей азотистые основания. Акридиновые красители образуют комплекс с ДНК, мешающий ее репликации: в результате выпадают или добавочно вставляются одна или несколько пар нуклеотидов, что приводит к сдвигу рамки считывания. Аналогичные типы реакций с нуклеиновыми кислотами характеризуют и другие химические мутагены, но для многих из них механизм мутагенеза изучен недостаточно.
Следственный осмотр документов
... 7. Особенности следственного осмотра при расследовании убийств. I. Задачи осмотра места происшествия. Осмотр места происшествия является одним из важнейших следственных действий. От успешного проведения осмотра часто зависят ... он должен определить круг специалистов, которые должны быть на месте следственного осмотра, какие необ-ходимо доставить на место происшествия технические средства, поручить ...
