29. Основные положения генетики.

Генетика — наука о наследственности и изменчивости живых организмов и методах управления ими. В ее основу легли закономерности наследственности, установленные выдающимся чешским ученым Грегором Менделем (1822—1884) при скрещивании различных сортов гороха.

Наследственность — это неотъемлемое свойство всех живых существ сохранять и передавать в ряду поколений характерные для вида или популяции особенности строения, функционирования и развития. Наследственность обеспечивает постоянство и многообразие форм жизни и лежит в основе передачи наследственных задатков, ответственных за формирование признаков и свойств организма. Благодаря наследственности некоторые виды (например, кистеперая рыба латимерия, жившая в девонском периоде) оставались почти неизменными на протяжении сотен миллионов лет, воспроизводя за это время огромное количество поколений.

В то же время в природе существуют различия между особями как разных видов, так и одного и того же вида, сорта, породы и т. д. Это свидетельствует о том, что наследственность неразрывно связана с изменчивостью.

Изменчивость — способность организмов в процессе онтогенеза приобретать новые признаки и терять старые. Изменчивость выражается в том, что в любом поколении отдельные особи чем-то отличаются и друг от друга, и от своих родителей. Причиной этого является то, что признаки и свойства любого организма есть результат взаимодействия двух факторов: наследственной информации, полученной от родителей, и конкретных условий внешней среды, в которых шло индивидуальное развитие каждой особи. Поскольку условия среды никогда не бывают одинаковыми даже для особей одного вида или сорта (породы), становится понятным, почему организмы, имеющие одинаковые генотипы, часто заметно отличаются друг от друга по фенотипу, т. е. по внешним признакам.

Ген - структурная единица наследственной информации. ГЕН СКЛАДЫВАЕТСЯ В ГЕНОМ, у каждого свой геном. У человека 46 хромосом.

Хромосомы – это структурные элементы ядра клетки, которые состоят из молекулы ДНК и белков, содержат набор генов с заключенной в них наследственной информацией.

В основу генетики положены законы наследственности, обнаруженные Г. Менделем при проведении опытов по скрещиванию различных сортов гороха. Скрещивание двух организмов называется гибридизацией. Потомство от скрещивания двух особей с различной наследственностью называется гибридным,

а отдельная особь – гибридом. В честь заслуг Менделя законы генетики названы его именем.

Первый закон Менделя говорит о том, что при скрещивании двух организмов, относящихся к двум разным чистым линиям ( двух гомозиготных организмов - в их генотипах есть два абсолютно идентичных по последовательности нуклеотидов гена), отличающихся друг от друга одной парой альтернативных признаков, все первое поколение гибридов (FI) окажется единообразным и будет нести признак одного из родителей. Выбор этого признака зависит от того, какой из генов является доминантным, а какой рецессивным. Мутация (замена или потеря части нуклеотида в молекуле ДНК) может возникнуть в разных частях одного и того же гена. Это может происходить как в разных половых

клетках одного организма, так и в клетках разных организмов.

Таким путем образуется несколько аллелей одного гена и соответственно несколько вариантов одного признака (например, несколько аллелей по гену окраски глаз). Совокупность всех вариантов каждого из генов, входящих в состав генотипов определенной группы особей или вида в целом, называется генофондом. Это видовой, а не индивидуальный признак Второй закон Менделя говорит о том, что при скрещивании двух потомков первого поколения между собой (двух гетерозиготных организмов – признак записывается как Аа) во втором поколении наблюдается расщепление в определенном числовом 296 отношении: по фенотипу 3:1, по генотипу 1:2:1 (Аа +Аа = АА + 2Аа +аа).

Третий закон Менделя гласит, что при скрещивании двух гомозитных особей, отличающихся друг от друга по двум и более парам альтернативным признаков, гены и соответствующие им

признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируют-

ся во всех возможных сочетаниях.

Важным этапом в развитии генетики было создание хромосомной теории наследственности (Г. Морган). Морган выявил закономерности наследования признаков, гены которых находятся в одной хромосоме: они наследуются совместно. Это называется сцеплением генов (закон Моргана). Морган заметил, что у любого организма признаков много, а число хромосом невелико. Следовательно в каждой хромосоме должно находиться много генов.

Генетика ответила на вопрос о происхождении половых от-

личий. Так у человека из 23 пар хромосом 22 пары одинаковы и у

мужского и у женского организма, а одна пара – различна. Именно благодаря этой паре и различаются два пола. Эту пару хромосом называют половыми хромосомами (одинаковые хромосомы называют аутосомами ). Половые хромосомы у женщин одинаковы и их называют Х-хромосомами. У мужчин половые хромосомы различны: одна Х-хромосома, вторая – Y-хромосома. Для каждого человека решающую роль в определении пола играет Y-хромосома. Если яйцеклетка оплодотворяется сперматозоидом, несущим Х-хромосому, развивается женский организм.

Если же в яйцеклетку проникает сперматозоид, несущий Y-хромосому, то развивается мужской организм.

Следующим важным этапом в развитии генетики стало открытие роли ДНК в передаче наследственной информации в 30-х годах XX века. Началось раскрытие генетических закономерностей на молекулярном уровне, зародилась новая дисциплина –молекулярная генетика. В ходе исследований было установлено,

что основная функция генов – в кодировании синтеза белков. В результате исследований стало ясно, что для синтеза белков вместе с ДНК необходимо наличие РНК.

В клеточной ДНК имеются гены, ответственные за синтез

всех трех типов РНК, но только гены матричной РНК содер-

жат информацию по синтезу белков.

Молекула мРНК образуется в результате транскрипции од-

ного из генов, так, что в ней содержится та же информация по

синтезу полипептида, что и в этом гене. Процесс, с помощью

которого генетическая информация мРНК превращается в струк-

туру полипептида, называют трансляцией (переводом).

дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК).

Молекула ДНК представляет собой двойную

спираль; буквами обозначены входящие в нее

нуклеотиды.

Рассмотрев генетические механизмы наследственности, необходимо перейти к генетическим закономерностям изменчи-

вости, являющейся основой для естественного отбора и эволюции организмов.

Изменчивостью называют способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства, она отражает взаимо-

связь организма с внешней средой. Различают наследственную, или генетическую, изменчивость, и ненаследственную, или модификационную, изменчивость.

Пределы модификационной изменчивости называют нормой реакции; они обусловлены генотипом. Эта изменчивость

зависит от конкретных условий среды, в которой находится отдельный организм и дает возможность приспособиться к этим условиям (в пределах нормы реакции). Такие изменения не на-

следуются.

Открытие способности генов к перестройке, изменению

является крупнейшим открытием современной генетики. Эта

способность к наследственной изменчивости получила в генетике название мутации (от лат. mutatio – изменение). Она возникает вследствие изменения гена или хромосом и служит единственным источником генетического разнообразия внутри вида. Причиной мутации служат различные физические (космические лучи, радиоактивность и т.д.) и химические (разнообразные токсические соединение) причины – мутагены. Благодаря постоянному мутационному процессу возникают различные варианты генов, составляющие резерв наследственной изменчивости.

Большая часть мутаций по характеру рецессивна и не проявляется у гетерозигот. Это очень важно для существования вида.

Ведь мутации оказываются, как правило, вредными, поскольку носят нарушения в тонко сбалансированную систему биохимических превращений. Обладатели вредных доминантных мутаций, сразу же проявляющихся в гомо- и гетерозиготном организмах, часто оказываются нежизнеспособными и погибают на са-

мых ранних этапах жизни.

Но при изменении условий внешней среды, в новой обстановке, некоторые ранее вредные рецессивные мутации, составляющие резерв наследственной изменчивости, могут оказаться полезными, и носители таких мутаций получают преимущество в процессе естественного отбора.

Изменчивость может быть обусловлена не только мутациями, но и сочетаниями отдельных генов и хромосом, напри-

мер, при половом размножении – генетическая рекомбинация.

основные положения генетики.

Живые организмы состоят из органических веществ. Характеристики организмов кодируются набором генов, в которых записана вся наследственная информация. Количество генов может варьировать от нескольких сотен у простейших вирусов до десятков тысяч у высших организмов (около 30 тыс. у человека).

Носителем генетической информации является ДНК — органическая структура в виде двойной спирали. Информация записана с помощью последовательности нуклеотидов. В генетическом коде используется всего лишь 4 «буквы»-нуклеотида; код един для всех живых организмов.

Генетика достигла впечатляющих успехов. Учёные уже умеют внедрять гены одних организмов в другие, клонировать живые существа, «включать» и «выключать» определённые гены и многое другое. Это привносит проблемы морального плана.