Генетическая информация, природа

В природе синтез белков всегда направлен на формирование определенной первичной структуры и протекает в водных средах при обычных температурах в соответствии с универсальным генетическим кодом под влиянием специфических ферментов. Основная схема этого процесса в настоящее время уже известна. Всю генетическую информацию, обеспечивающую формирование определенной первичной структуры полипептидных цепей и макромолекул белка, несут важнейшие биополимеры, относящиеся к классу сложных полиэфиров, - нуклеиновые кислоты. Эта информация определяется последовательностью соединения друг с другом различных нуклеотидных оснований - звеньев этого полимера. [c.349]

Как известно, основная биологическая роль ДНК сводится к хранению и передаче наследственной информации. Поэтому основное требование, которое природа предъявила к ДНК, заключается в стабильности ее молекулярной структуры в физиологических условиях, обеспечивающей сохранность генетической информации. Несомненно, это возможно при определенной пространственной организации молекул ДНК, исследование особенностей которой позволяет наиболее четко представлять механизмы функционирования нуклеиновых кислот in vivo. [c.271]

Так как /2 > /ь очевидно, что А /> /1 — Аг/]. Информация черпается открытой системой из окружающей среды, энтропия которой возрастает. Организм, растущий из зиготы, подобен в этом смысле кристаллу, растущему из зародыша, помещенного в насыщенный раствор. В обоих случаях возрастание упорядоченности, возрастание количества информации, перекрывается увеличением энтропии окружающей среды — холодильника при кристаллизации. Концепция Эльзассера виталистична неявным образом предполагается несоблюдение второго начала в живой природе. Равен, подвергший критике идеи Эльзассера, считает, что во всех клетках организма содержится одна и та же генетическая информация. Развитие организма означает не увеличение количества информации, но увеличение избыточности, т. е. многократное ее повторение [31]. Равен трактует зиготу как канал связи, причем родительские организмы служат источником информации, а вырастающий организм — ее приемником. Развитие сводится к декодированию информации. Равен исходит из возможности абсолютной оценки количества информации в зиготе и организме. В действительности, как показал Аптер [32] (см. также [33, 57]), такая оценка всегда относительна и условна. Тождество генов в клетках организма не означает избыточности. Развитие есть результат взаимодействия различных частей эмбриона, информация содержится не только в хромосомах, но и во всех внутри- и межклеточных взаимоотношениях. Концепции преформизма и эпигенеза в сущности непригодны для описания развития, которое нельзя свести к увеличению или сохранению количества информации. Задача состоит не в таком описании, но в выяснении сущности развития, его физической природы, его атомно-молекулярных основ. [c.34]

Все известные способы передачи генетической информации с помощью плазмид создают офомные возможности для интенсивных генетических обменов между клетками различных бактерий. Плазмидам и другим нехромосомным генетическим элементам принадлежит основная роль в передаче генетической информации по горизонтали . Можно предположить, что в природе любая генетическая информация может быть перенесена в любую клетку прокариот, если не прямо, то через посредников. Подтверждением этого могут служить данные по введению с помощью сконструированной плазмиды в бактериальную клетку эукариотной ДНК и ее репродукции там. [c.152]

Прежде чем приступить к изучению ДНК как хранилища генетической информации, полезно еще раз рассмотреть вопрос о природе информации. Мы уже видели, что информация характеризует степень упорядоченности системы и что в этом смысле она противоположна энтропии, которая характеризует степень беспорядка системы (см. дополнение 14-1) информацию иногда называют поэтому отрицательной энтропией . Таким образом, информация имеет отношение к энергии. Действительно, информацию можно измерить, т.е. оценить количественно, и связать ее с величинами энтропии и свободной энергии, однако это требует довольно сложного анализа с привлечением понятий вероятности и статистики. [c.852]

Перейдем теперь к структуре ДНК, рассмотрим доказательства того, что именно в ДНК хранится генетическая информация, и постараемся понять природу основных функциональных единиц генетического материала- хромосом и генов. [c.853]

Мы уже знаем, что все реакции в организме катализируются ферментами. Эти ферменты действуют специфически на довольно обычные соединения, например глюкозу, жирные кислоты, глицерин и аминокислоты. Каждый вид обладает своим особым набором ферментов. У животных, покрытых шерстью, есть ферментные системы, катализирующие образование такой последовательности аминокислот, которая приводит к образованию шерсти. У животных, покрытых перьями, имеются другие, отличные от первых, ферментные системы. Какова бы ни была природа генетической информации, обусловливающей развитие именно верблюда, а не гуся, по-видимому, она связана с существованием [c.416]

Говорят, что в молекулах ДНК закодирована специфическая генетическая информация . Как она закодирована Какова природа этого кода Как организм переводит код на язык биохимических реакций [c.436]

Выведение устойчивых форм — это отбор генетических вариантов. Какие же изменения в генетической информации могут привести к возникновению устойчивых клеточных стенок, которые все же поддаются впоследствии атаке со стороны микроорганизма Несомненно, возможно несколько правдоподобных ответов. Мы предложим несколько объяснений, исходя из природы полисахаридов клеточной оболочки. [c.95]

Но этим не ограничивается роль слабых водородных связей в процессах жизнедеятельности. Именно благода])я этим связям происходит точное копирование молекулы ДНК, передающей из поколения в поколение всю генетическую информацию водородные связи определяют специфичность действия многих лекарственных препаратов ответственны они и за вкусовые ощущения, и за способность наших мышц сокращаться... Одним словом, в живой природе атом водорода действительно незаменим. [c.21]

Из всего вышесказанного должно быть ясно, что генетическая информация закодирована в двойной спирали ДНК генов (такого мнения придерживаются большинство ученых). Процесс оплодотворения включает в себя соединение генов двух родителей это дает начало длинному ряду клеточных делений, в результате чего появляется индивидуальный организм. Имеются веские экспериментальные доказательства в пользу того, что клетки, образующиеся на ранних стадиях размножения, являются идентичными и недифференцированными. Например, их можно отделить друг от друга и поменять местами при этом природа того, что из них получается, не изменится. Однако в процессе размножения всякой клеточной системы наступает момент, когда клетки начинают дифференцироваться. Перемена местами клеток после такого момента приводит к появлению организмов-уродов, с ненормально расположенными составными частями. Почему происходит клеточная дифференциация Почему клетки остаются одинаковыми в течение некоторого количества делений, а затем начинают видоизменяться Каким образом процесс дифференциации приводит к появлению очень большого числа видов клеток со столь разнообразными функциями, таких, как клетки мышц, нервные клетки, клетки кожи, глаз и т. д. Например, в теле человека насчитывается приблизительно 10 2 клеток, причем все они происходят от одной оплодотворенной клетки, из которой впоследствии образовались тысячи типов высокоспециализированных, дифференцированных и строго локализованных каждая на своем месте клеток. По-видимому, механизм дифференциации должен быть достаточно прост, поскольку он воспроизводим в такой большой степени. [c.406]

Общая схема синтеза все же ясна. Порядок аминокислотных остатков в белке, т. е. тип белка, будет зависеть от порядка оснований в матричной РНК, а этот порядок, в свою очередь, определяется порядком оснований в ДНК. Но ведь ДНК способна к саморазмножению. Отсюда вытекает, что порядок оснований в исходной ДНК будет определять образование одних и тех же белковых молекул неопределенно долгое время. Именно этим механизмом и объясняется сохранение типа белка и в конечном счете наследование признаков. Следовательно, ДНК несет важнейшую функцию — с помощью этой нуклеиновой кислоты передаются наследственные признаки. Иногда это выражают словами ДНК несет генетическую информацию . На ДНК синтезируется РНК, а на РНК создается белок . Поэтому если после удвоения спиральной молекулы ДНК получилось две одинаковые новые двойные спирали, то они смогут синтезировать такие же молекулы РНК, что и исходная, а на этих новых молекулах РНК будут формироваться те же белки, что и раньше. Организм, построенный из новых белков, ничем не должен отличаться от исходного. Так оно на самом деле и происходит. Бактериальная хромосома, т. е. хромосома простейшей клетки, содержит всего одну двойную молекулу ДНК- При размножении бактериальная клетка делится на две и каждая из них получает по одной двойной молекуле ДНК, причем обе молекулы совершенно одинаковы. Следовательно, в процессе деления бактериальной клетки происходит удвоение ДНК — из одной двойной спирали получаются две двойные спирали и каждая становится источником для получения матричной РНК, т. е. дает начало синтезу белков. Белки, конечно, у обеих клеток будут также совершенно одинаковыми. Это вегетативное размножение. При таком способе размножения потомство по всем свойствам полностью совпадает с родителями и никакой эволюции не совершается — организмы просто увеличиваются в числе. Вегетативное размножение — простейший способ воспроизводства, но его значение в природе велико, так как и [c.82]

Природа гена-оператора скрывает в себе еще много неясного. Известны мутанты по этому гену. Предполагается, что ген-оператор включает и выключает считывание генетической информации. Пока еще не пришли к единому мнению относительно того, действительно ли ген-оператор — это самостоятельный ген, стоящий перед геном Si, или же это всего лишь начальный участок гена Sj. Одно можно сказать наверняка перевод гена-оператора в, положение включено или выключено определяется извне, а не самим геном. [c.274]

Определение цистрона связано еще с одним важным понятием генетики — доминантностью признака. В классической генетике высших организмов всегда происходит выбор при фенотипическом проявлении одного из двух аллеломорфов каждого признака. При этом проявляется доминантная аллель, но природа доминанта совершенно непонятна. В биохимической генетике бактерий природа доминанта вполне ясна. Если диплоидная зигота одновременно содержит два аллеломорфа цистрона А, А" и А , означающих способность и неспособность к синтезу определенного фермента, то в итоге клетка будет содержать генетическую информацию о синтезе этого фермента, т. е. свойство синтезировать фермент будет всегда доминантным. [c.314]

К 1940 г. началась новая эпоха генетических исследований. В это время к природе гена стала проявлять интерес группа людей, отличавшихся от классических генетиков как по своему складу, так и по своим устремлениям. Многие из этих новичков были мало знакомы не только с достижениями генетики, накопленными за предыдущие десятилетия, но даже и с биологией вообще. Некоторые из них просто не имели обо всем этом никакого представления. Они по образованию были в основном физиками, и их биологические интересы ограничивались в значительной степени только одной проблемой какова физическая основа генетической информации Конечно, не было ничего нового в том, что физики обратились к решению биологических проблем. Многие выдающиеся открытия в биологии XIX в. были сделаны физиками Луи Пастер, Г. Гельмгольц и сам Мендель были по образованию физиками. Но специфическое обращение физиков к генетике в 40-х годах было вызвано совершенно особой причиной. Как раз в то время, когда в просвещенных кругах перестали исповедовать старомодный витализм (учение о том, что явление жизни в конечном счете можно объяснить только существованием мистической жизненной силы , по своей природе не являющейся ни физической, ни химической), Нильс Бор выдвинул идею, что некоторые биологические явления, возможно, нельзя будет объяснить полностью, исходя лишь из традиционных физических понятий. После того как он сформулировал квантовую теорию атома. Бор развил более общие представления. В соответствии с этим взглядом невозможность описания классической физикой квантового поведения представляет собой лишь эвристический пример того, как столкновение с явлением, кажущимся глубоким парадоксом, приводит со временем к более высокому уровню знания. Бор изложил этот взгляд в речи Свет и жизнь на Международном конгрессе по светолечению в 1932 г. На первый взгляд, —сказал Бор, —это положение может показаться крайне прискорбным, но, как часто случалось в истории науки, когда новые открытия выявляли существенную ограниченность понятий, универсальная применимость которых до того не подвергалась сомнению, это позволило нам расширить свой кругозор и дает большую возможность устанавливать связь между явлениями, которые д о того могли казаться даже противоречащими друг другу . Бор, в час тности, считал, что хорошо бы иметь в виду такую возможность и при исследовании жизни Признание огромной важности существенно [c.31]

Способность к самовоспроизведению и — удивительное изобретение природы. Нуклеиновые кислоты служат для самовоспроизведения биосистем, в результате чего с высокой точностью живые организмы воссоздают себе подобных в процессе размножения. Все многообразие живых организмов определяется наследственной или генетической информацией, заложенной в нуклеиновых кислотах. В особенностях химического строения нуклеиновых кислот заложены потенциальная возможность самокопирования и, следовательно, способность к передаче наследственных признаков от одного поколения организмов к другому, дочернему поколению. [c.23]

РНК, рибонуклеиновая кислота. Биологический полимер, очень близкий к ДНК по своему химическому строению. Способен образовывать двойную спираль, но в природе, как правило, существует в виде одиночной нити. У некоторых вирусов является носителем генетической информации, т. е. подменяет ДНК. В клетке генетической ролн не играет. Играет важную роль при передаче информации от ДНК к белку. По выполняемым функциям различают три типа РНК информационная или матричная (мРНК), рибосомальная (рРНК) и транспортная (тРНК). [c.158]

Часть I. Природа генетической информации [c.10]

В 1928 г. на клетках Diplo o us pneumoniae были выполнены важные эксперименты, результаты которых показали, что генетическая информация, контролирующая свойства капсульных полисахаридов (гл. 5, разд. Г), может передаваться от одного штамма бактерий к другому. Согласно этим экспериментам, какое-то вещество, присутствующее в убитых клетках и бесклеточных экстрактах, стабильно изменяет свойства капсул, подвергнутых воздействию этого вещества. Данное явление, получившее название трансформация бактерий, много лет оставалось загадкой. В то время когда были выполнены эти эксперименты, не было даже и намека на генетическую роль нуклеиновых кислот, которые воспринимались всеми как довольно странный материал. Более того, к тому времени еще не была доказана ковалентная природа связей в нуклеиновых кислотах. Широко было принято представление о тетрануклеотиде как о повторяющейся единице какого-то регулярного полимера. Обычно считалось, что гены имеют белковую природу. [c.183]

В середине 2000 г, сделано, возможно, одно из самых важных открытий XX в. - расшифровка генома человека. Геном - это хранилище генетической информации, записанной в структуре ДНК, своеобразный код профаммы жизни, который во многом определяет работу организ.ма в течение всего отпущенного ему срока Задача исследования информационного содержания геномов исключительно сложна, поскольку природа кодов, посредством которых записана информация до конца не выяснена. Подобные открытия создают необходимые условия для разработки на базе биокомпозитов не только уникальных лекарств, но и для решения задач конструирования нейрокомпьютеров будущего. [c.178]

КИСЛОТЫ вируса в клетку-хо-зяина. В зависимости от природы нуклеиновой кислоты различают ДНК- и РНК-вирусы, причем нуклеиновые кислоты могут быть как одно-, так и двухцепочечными. Вирусы могут сильно различаться по числу генов, входящих в состав нуклеиновой кислоты. Так, вирус табачной мозаики (ВТМ) имеет всего шесть генов, в то время как вирус оспы содержит примерно 250 генов. Вирусы несут крайне ограниченное количество генетической информации их белковая оболочка содержит большое число белковых субъединиц одного или нескольких видов. Например, оболочка ВТМ содержит 2130 идентичных субъединиц (каждая. состоит из 158 остатков). [c.41]

ДНК трудно приписать роль непосредственного участника синтеза белков (в том числе ферментов), так как этот синтез в большинстве случаев происходит вне ядра клетки, в цитоплазме, где ДНК отсутствует. Действительно, было установлено, что синтез белка может происходить в отсутствие клеточного ядра. Вследствие этого можно сделать вывод, что генетическая информация должна переда-, ваться от ДНК каким-либо другим веществам, которые переносят ее от ядра к тем участкам в цитоплазме, где происходит синтез белка. Сразу же возникает вопрос о природе этих веществ. В настоящее время выяснено, что ими являются рибонуклеиновые кислоты (РНК) — полимерные молекулы, сходные по структуре с ДНК, за исключением того, что о-2-дезоксирибофураноза заменена в них D-ри- [c.141]

За последнее десятилетие генетика претерпела быструю эволюцию. Составной частью методов генетики микроорганизмов стали значительно усовершенствованные методы биохимии и биофизики. Генетические исследования физической природы генов были ускорены появлением работы Уотсона и Крика о репликации первичной генетической информации. В свете этих достижений термин ген в настоящее время редко используется без расшифровки. В микробиологической генетике ему, по сути дела, нет адекватного значения. Для обозначения соответствующего понятия у микроорганизмов появились новые термины с более точным значением, например рекон (Бензер [1]). Представление о половом размножении как единственном методе генетической рекомбинации претерпело изменение и включило альтернативные механизмы, например трансформацию, конъюгацию у бактерий, парасексуализм в грибах и др. (Понтекорво [2]). Разрабатываются методы изучения последовательности пар оснований в нуклеиновых кислотах и механизма кодирования, управляющего последовательностью аминокислот в белках приближается решение и многих других фундаментальных проблем генетики. [c.140]

В природе встречаются две высокомолекулярные нуклеиновые кислоты дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновая (РНК). ДНК находится преимущественно в хромосомах и представляет собой основной генетический материал клетки. Обычно в клетках содержится гетерогенный набор ДНК различных типов, 0тл1ичающихся последовательностью оснований. Гомогенную ДНК можио найти в бактериофаге. РНК служит посредником в передаче генетической информации от ДНК к белку при его синтезе. Больше всего ее в цитоплазме, особенно в рибосомах. Биологическая роль нуклеиновых кислот рассмотрена в последующих главах. В настоящей главе мы остановимся на элементах первичной структуры нуклеиновых кислот. [c.302]

В настоящее время нет необходимости доказывать, что успех Б исследовании генетических аномалий связан с выяснением природы и локализации дефектов дезоксирибануклеопротеида (ДНП), определяющем генетические особенности организмов. Сказанное в полной мере относится к действию такого генетически активного агента, как ионизирующая радиация. Генетическая информация, сосредоточенная в ДНП, передается от родителей потомству благодаря различным метаморфозам хромосом — биологических структур, заключающих в себе, наряду с другими компонентами, конденсированные в определенной степени молекулы, ДНК. [c.7]

Кстати, недосягаемый образец миниатюризации являет нам природа своей системой передачи генетической информации вся информация, определяющая индивидуальность высшего организма, заключена в молекулах ДНК одного спермия и одной яйцеклетки. Степень миниатюризации здесь такова, что общая масса молекул таких ДНК у всех людей планеты, по подсчетам Л. Полинга, исчисляется всего 3 мг [c.37]

Эта простота в сложности была вскрыта в результате современного развития биохимии. Оказалось, например, что все разнообразнейшие белковые тела, число которых согласно Полингу превышает 100 ООО, представляют собой единообразные по существу макромолекулы, различающиеся лишь последовательностью расположения аминокислотных остатков в боковых цепях. Мало того, белки всех живых существ—от простейших до человека—содержат один и тот же набор из примерно двадцати аминокислотных остатков. Одни и те же нуклеиновые кислоты, составляющие главную часть клеточного ядра, несут функции хранителя кода генетической информации и матрицы для воспроизведения всех основных белков. Одно и то же вещсстБО—адсиозинтрифосфат—служит универсальным аккумулятором и трансформатором энергии для всей живой природы. Такое же единообразие обнаруживается в структуре и функциях других важнейших биологических веществ—витаминов и гормонов. [c.5]

Рассмотрим теперь механизм распределения ДНК во время деления бактериальной клетки. Иными словами, мы можем спросить, каким образом вновь образованные идентичные молекулы ДНК ухитряются распределиться среди дочерних клеток так, что каждая из дочерних клеток, возникающих при делении родительской бактерии на две, получает полный набор генетической информации. Для решения этой проблемы, очевидно, необходимо установить зависимость между циклом репликации кольцевой молекулы ДНК бактерии и делением всей клетки. Одна из первых работ, позволившая понять природу этой взаимосвязи, была проведена в 1959 г., когда удалось показать, что более 70% клеток растущей культуры Е. oli включает PO -з в ДНК за период, не превышающий 11 % времени генерации. Отсюда можно было заключить, что репликация бак- [c.206]

Как отмечалось в гл. УП1, построение двойной спирали ДНК из двух комплементарных нитей приводит к тому, что каждая молекула ДНК содержит два полных набора генетической информации, хотя и записанных в комплементарных последовательностях. Как мы сейчас увидим, природа использовала преимущества такого характера структуры ДНК и выработала механизмы, которые используют избыточность информации двух полинуклеотидных цепей для существенного повышения их стабильности в качестве носителей информации. Принцип обнаружения и исправления ошибок, основанный на использовании избыточных компонентов, хорсшо известен инженерам, занятым конструированием очень сложных машин, таких, как электронно-вычислительные машины или космические ракеты, для которых первостепенное значение имеет скорее надежность функционирования, чем стоимость устройства. Хорошо понимают значение этого также те, кто посылает телеграммы в виде двух копий. При этом всего лишь за двойную цену можно быть уверенным в том, что получатель обнаружит любую случайную ошибку, которая может возникнуть при передаче телеграммы. Точно так же существует вероятность, что в ДНК будет поврежден какой-то участок одной полинуклеотидной цепи. В этом случае другая цепь может служить не только для восстановления генетической информации, но и для исправления повреждения. [c.373]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология