Zakoni nasljeđa privlače ljudsku pažnju još od vremena kada je prvi put postalo jasno da je genetika nešto materijalnije od nekih viših sila. Savremeni čovjek zna da organizmi imaju sposobnost reprodukcije sličnih sebi, dok potomci dobijaju specifične osobine i karakteristike svojstvene njihovim roditeljima. Reprodukcija se ostvaruje zahvaljujući mogućnosti prijenosa genetskih informacija između generacija.
Teorija: Nikada ne možete imati previše
Zakoni nasljeđa počeli su se aktivno istraživati tek relativno nedavno. Impresivan iskorak po ovom pitanju napravljen je u prošlom vijeku, kada su Saton i Boveri iznijeli u javnost novu hipotezu. Tada su sugerirali da hromozomi vjerovatno nose genetske podatke. Nešto kasnije tehnologija je omogućila hemijsko proučavanje sastava hromozoma. To je otkriloprisustvo specifičnih nukleinskih jedinjenja proteina. Pokazalo se da su proteini inherentni ogromnoj raznolikosti struktura i specifičnostima hemijskog sastava. Naučnici su dugo vremena vjerovali da su proteini glavni aspekt koji osigurava prijenos genetskih podataka između generacija.
Decenije istraživanja na ovu temu pružile su novi uvid u važnost ćelijske DNK. Kako su naučnici otkrili, samo takvi molekuli su materijalni nosioci korisnih informacija. Molekule su element hromozoma. Danas su gotovo svi naši sunarodnici koji su stekli opće obrazovanje, kao i stanovnici mnogih drugih zemalja, dobro svjesni koliko su molekuli DNK značajni za osobu, normalan razvoj ljudskog tijela. Mnogi zamišljaju značaj ovih molekula u smislu nasljednosti.
Genetika kao nauka
Molekularna genetika, koja se bavi proučavanjem ćelijske DNK, ima alternativni naziv - biohemijski. Ova oblast nauke nastala je na razmeđu biohemije i genetike. Kombinirani znanstveni pravac je produktivno područje istraživanja ljudi, koje je znanstvenoj zajednici pružilo veliku količinu korisnih informacija koje nisu dostupne ljudima koji se bave samo biohemijom ili genetikom. Eksperimenti koje provode profesionalci u ovoj oblasti uključuju rad sa brojnim životnim oblicima i organizmima različitih tipova i kategorija. Najznačajniji rezultati do kojih je došla naučna zajednica rezultat su proučavanja ljudskih gena, kao i raznihmikroorganizmi. Među potonjima, među najvažnijim su Eisheria coli, lambda fagi ovih mikroba, gljive neurospore crassa i Saccharomyces cerevisia.
Genetske baze
Dugo vremena naučnici ne sumnjaju u važnost hromozoma u prijenosu nasljednih informacija između generacija. Kao što su specijalizovani testovi pokazali, hromozomi se formiraju od kiselina, proteina. Ako provedete eksperiment bojenja, protein će se osloboditi iz molekule, ali NA će ostati na mjestu. Naučnici imaju veću količinu dokaza koji nam omogućavaju da govorimo o akumulaciji genetskih informacija u NK. Preko njih se podaci prenose između generacija. Organizmi formirani od ćelija, virusi koji imaju DNK, primaju informacije od prethodne generacije putem DNK. Neki virusi sadrže RNK. Upravo je ta kiselina odgovorna za prijenos informacija. RNA, DNK su NK, koje karakteriziraju određene strukturne sličnosti, ali postoje i razlike.
Proučavajući ulogu DNK u naslijeđu, naučnici su otkrili da molekuli takve kiseline sadrže četiri vrste azotnih jedinjenja i dezoksiribozu. Zbog ovih elemenata prenose se genetske informacije. Molekul sadrži purinske supstance adenin, gvanin, pirimidinske kombinacije timina, citozina. Hemijska molekularna okosnica su ostaci šećera koji se izmjenjuju s ostacima fosforne kiseline. Svaki ostatak ima vezu s formulom ugljika preko šećera. Azotne baze su pričvršćene sa strane na ostatke šećera.
Imena i datumi
Naučnici,istražujući biohemijske i molekularne osnove naslijeđa, uspjeli su identificirati strukturne karakteristike DNK tek u 53. Autorstvo naučnih informacija je pripisano Cricku, Watsonu. Oni su dokazali da svaka DNK uzima u obzir biološke specifične kvalitete naslijeđa. Kada gradite model, morate se sjetiti udvostručavanja dijelova i sposobnosti akumulacije, prijenosa nasljednih informacija. Potencijalno, molekul je u stanju da mutira. Hemijske komponente, njihova kombinacija, zajedno sa pristupima studija difrakcije rendgenskih zraka, omogućile su određivanje molekularne strukture DNK kao dvostruke spirale. Sastoji se od polovica spirala antiparalelnog tipa. Šećerno-fosfatne okosnice su ojačane vodoničnim vezama.
U proučavanju molekularne osnove naslijeđa i varijabilnosti, Chargaffovi radovi su od posebne važnosti. Naučnik se posvetio proučavanju nukleotida prisutnih u strukturi nukleinske kiseline. Kako se moglo otkriti, svaki takav element formiraju dušične baze, ostaci fosfora, šećer. Otkrivena je korespondencija molarnog sadržaja timina i adenina, utvrđena je sličnost ovog parametra za citozin i gvanin. Pretpostavljalo se da svaki ostatak timina ima upareni adenin, a za gvanin postoji citozin.
Isto, ali tako drugačije
Proučavajući nukleinske kiseline kao osnovu nasljeđa, naučnici su utvrdili da DNK pripada kategoriji polinukleotida formiranih od brojnih nukleotida. Mogući su najnepredvidiviji nizovi elemenata u lancu. Teoretski, serijski diverzitet nemaograničenja. DNK ima specifične kvalitete povezane sa uparenim sekvencama njenih komponenti, ali uparivanje baza se dešava prema biološkim i hemijskim zakonima. Ovo vam omogućava da unaprijed definirate nizove različitih lanaca. Ova kvaliteta se naziva komplementarnost. To objašnjava sposobnost molekula da savršeno reproducira vlastitu strukturu.
Kada su proučavali naslijeđe i varijabilnost kroz DNK, naučnici su otkrili da su niti koje formiraju DNK šablone za formiranje komplementarnih blokova. Da bi došlo do reakcije, molekul se odmota. Proces je praćen uništavanjem vodoničnih veza. Baze stupaju u interakciju sa komplementarnim komponentama, što dovodi do stvaranja specifičnih veza. Nakon što su nukleotidi fiksirani, dolazi do umrežavanja molekula, što dovodi do pojave nove formacije polinukleotida, čiji je slijed dijelova unaprijed određen polaznim materijalom. Ovako se pojavljuju dva identična molekula, zasićena identičnim informacijama.
Replika: garant trajnosti i promjene
Opisano iznad daje ideju o implementaciji nasljeđa i varijabilnosti kroz DNK. Mehanizam replikacije objašnjava zašto je DNK prisutna u svakoj organskoj ćeliji, dok je hromozom jedinstveni organoid koji se kvantitativno i kvalitativno reproducira sa izuzetnom tačnošću. Ova metoda stvarne distribucije nije bila izvodljiva sve dok nije utvrđena činjenica dvostruke spiralne komplementarne strukture molekula. Crick, Watson, koji je prethodno pretpostavio kakva je molekularna struktura, pokazao se potpuno u pravu, iako su s vremenom naučnici počeli sumnjati u ispravnost svoje vizije procesa replikacije. U početku se vjerovalo da se spirale iz jednog lanca pojavljuju istovremeno. Poznato je da enzimi koji kataliziraju molekularnu sintezu u laboratoriju rade samo u jednom smjeru, odnosno prvo se pojavljuje jedan lanac, a zatim drugi.
Moderne metode proučavanja ljudskog naslijeđa omogućile su simulaciju diskontinuirane generacije DNK. Model se pojavio u 68. Osnova za njen prijedlog bio je eksperimentalni rad na Eisheria coli. Autorstvo naučnog rada je dodijeljeno Orzakiju. Moderni stručnjaci imaju točne podatke o nijansama sinteze u odnosu na eukariote, prokariote. Iz genetske molekularne vilice, razvoj se događa stvaranjem fragmenata koje drži zajedno DNK ligaza.
Pretpostavlja se da su procesi sinteze kontinuirani. Replikacijska reakcija uključuje brojne proteine. Do odmotavanja molekula dolazi zahvaljujući enzimu, očuvanje ovog stanja je zagarantovano destabilizirajućim proteinom, a sinteza se odvija kroz polimerazu.
Novi podaci, nove teorije
Koristeći moderne metode proučavanja ljudskog naslijeđa, stručnjaci su utvrdili odakle dolaze greške u replikaciji. Objašnjenje je postalo moguće kada su postale dostupne precizne informacije o mehanizmima kopiranja molekula i specifičnostima molekularne strukture. Shema replikacije pretpostavljadivergenciju roditeljskih molekula, pri čemu svaka polovina djeluje kao matrica za novi lanac. Sinteza se ostvaruje zahvaljujući vodoničnim vezama baza, kao i mononukleotidnih elemenata zaliha metaboličkih procesa. Da bi se stvorile veze tiamina, adenina ili citozina, guanina, potreban je prijelaz tvari u tautomerni oblik. U vodenoj sredini svako od ovih jedinjenja je prisutno u nekoliko oblika; svi su tautomerni.
Postoje vjerovatnije i manje uobičajene opcije. Posebnost je položaj atoma vodika u molekularnoj strukturi. Ako se reakcija odvija s rijetkom varijantom tautomernog oblika, rezultira stvaranjem veza s pogrešnom bazom. DNK lanac prima netačan nukleotid, slijed elemenata se stabilno mijenja, dolazi do mutacije. Mutacijski mehanizam prvi je objasnio Crick, Watson. Njihovi zaključci čine osnovu moderne ideje o procesu mutacije.
RNA karakteristike
Proučavajući molekularnu osnovu naslijeđa, naučnici nisu mogli zanemariti ništa manje važnu od DNK nukleinske kiseline - RNK. Spada u grupu polinukleotida i ima strukturne sličnosti sa prethodno opisanim. Ključna razlika je korištenje riboze kao ostataka koji djeluju kao temelj ugljične kičme. U DNK, podsjetimo, ovu ulogu igra deoksiriboza. Druga razlika je u tome što je timin zamijenjen uracilom. Ova supstanca takođe pripada klasi pirimidina.
Proučavajući genetsku ulogu DNK i RNK, naučnici su prvo utvrdili relativnobeznačajne razlike u hemijskoj strukturi elemenata, ali dalje proučavanje teme pokazalo je da oni igraju kolosalnu ulogu. Ove razlike koriguju biološki značaj svakog od molekula, tako da pomenuti polinukleotidi ne zamjenjuju jedni druge za žive organizme.
Uglavnom se RNK formira od jednog lanca, razlikuju se jedna od druge po veličini, ali većina njih je manja od DNK. Virusi koji sadrže RNK u svojoj strukturi imaju takve molekule stvorene od dva lanca - njihova struktura je što je moguće bliža DNK. U RNK se genetski podaci akumuliraju i prenose između generacija. Ostale RNK se dijele na funkcionalne tipove. Generišu se na DNK šablonima. Proces kataliziraju RNA polimeraze.
Informacije i nasljedstvo
Savremena nauka, proučavajući molekularne i citološke osnove naslijeđa, identificirala je nukleinske kiseline kao glavni objekt akumulacije genetskih informacija - to se podjednako odnosi na sve žive organizme. U većini oblika života, DNK igra ključnu ulogu. Podaci prikupljeni od strane molekula stabilizirani su nukleotidnim sekvencama koje se reproduciraju tokom diobe ćelije prema nepromijenjenom mehanizmu. Molekularna sinteza se odvija uz učešće komponenti enzima, dok je matriks uvijek prethodni nukleotidni lanac, koji se materijalno prenosi između stanica.
Ponekad se studentima u okviru biologije i mikrobiologije daju rješenja problema iz genetike za vizuelnu demonstraciju zavisnosti. Molekularne osnove naslijeđa u takvim problemima smatraju se relativnim u odnosu na DNK,kao i RNK. Mora se imati na umu da se u slučaju molekula čija je genetika snimljena RNK iz jedne spirale, reproduktivni procesi odvijaju prema metodi sličnoj prethodno opisanoj. Šablon je RNK u obliku koji se može replicirati. Ovo se pojavljuje u ćelijskoj strukturi zbog infektivne invazije. Razumijevanje ovog procesa omogućilo je naučnicima da preciziraju fenomen gena i prošire bazu znanja o njemu. Klasična nauka shvaća gen kao jedinicu informacije koja se prenosi između generacija i otkriva u eksperimentalnom radu. Gen je sposoban za mutacije, u kombinaciji s drugim jedinicama istog nivoa. Fenotip koji organizam posjeduje objašnjava se upravo genom - to je njegova glavna funkcija.
U nauci se gen kao funkcionalna osnova nasljeđa u početku smatrao i jedinicom odgovornom za rekombinaciju, mutaciju. Trenutno je pouzdano poznato da su ova dva kvaliteta odgovornost nukleotidnog para uključenog u DNK. Ali funkciju pruža nukleotidni niz od stotina, pa čak i hiljada jedinica koje određuju proteinske lance aminokiselina.
Proteini i njihova genetska uloga
U modernoj nauci, proučavajući klasifikaciju gena, razmatraju se molekularne osnove nasljeđa sa stanovišta značaja proteinskih struktura. Sva živa tvar je djelimično formirana od proteina. Smatraju se jednom od najvažnijih komponenti. Protein je jedinstvena aminokiselinska sekvenca koja se lokalno transformiše kadaprisustvo faktora. Često postoji dva desetina vrsta aminokiselina, druge se stvaraju pod uticajem enzima od dvadeset glavnih.
Različitost kvaliteta proteina zavisi od primarne molekularne strukture, aminokiselinske polipeptidne sekvence koja formira protein. Izvedeni eksperimenti su jasno pokazali da aminokiselina ima strogo definiranu lokalizaciju u lancu nukleotida DNK. Naučnici su to nazvali paralelama proteinskih elemenata i nukleinskih kiselina. Fenomen se naziva kolinearnost.
DNK karakteristike
Biohemija i genetika, koje proučavaju molekularnu osnovu naslijeđa, su nauke u kojima se posebna pažnja poklanja DNK. Ovaj molekul je klasifikovan kao linearni polimer. Studije su pokazale da je jedina transformacija dostupna strukturi nukleotidna sekvenca. Odgovoran je za kodiranje sekvence aminokiselina u proteinu.
Kod eukariota, DNK se nalazi u ćelijskom jezgru, a stvaranje proteina se odvija u citoplazmi. DNK ne igra ulogu šablona za proces stvaranja proteina, što znači da je potreban međuelement koji je odgovoran za transport genetskih informacija. Studije su pokazale da je uloga dodijeljena RNA šablonu.
Kao što pokazuje naučni rad posvećen molekularnim osnovama naslijeđa, informacije se prenose sa DNK na RNK. RNK može prenositi podatke do proteina i DNK. Protein prima podatke od RNK i šalje ih istoj strukturi. Ne postoje direktne veze između DNK i proteina.
Geneticinfo: ovo je zanimljivo
Kao što su naučni radovi posvećeni molekularnim osnovama naslijeđa pokazali, genetski podaci su inertna informacija koja se ostvaruje samo uz prisustvo vanjskog izvora energije i građevinskog materijala. DNK je molekul koji nema takve resurse. Ćelija prima ono što joj je potrebno izvana putem proteina, tada počinju reakcije transformacije. Postoje tri informacione staze koje pružaju podršku životu. Oni su međusobno povezani, ali nezavisni. Genetski podaci se prenose nasledno replikacijom DNK. Podaci su kodirani genomom - ovaj tok se smatra drugim. Treća i poslednja su nutritivna jedinjenja koja konstantno prodiru u ćelijsku strukturu izvana, dajući joj energiju i gradivne sastojke.
Što je organizam više strukturiran, brojniji su elementi genoma. Raznovrstan skup gena implementira informacije koje su u njemu šifrirane kroz koordinirane mehanizme. Ćelija bogata podacima određuje kako implementirati pojedinačne informacijske blokove. Zbog ovog kvaliteta povećava se sposobnost prilagođavanja vanjskim uvjetima. Različite genetske informacije sadržane u DNK su temelj sinteze proteina. Genetska kontrola sinteze je teorija koju su formulirali Monod i Jacob 1961. godine. U isto vrijeme pojavio se i model operona.
