Химия и наследственность. Генетический код

Химия и наследственность. Генетический код [c.1064]

Химия наследственности, объяснение структуры и функции ДНК и РНК, генетический код — передача и расшифровка,содержащейся в нем информации, теория один ген — один фермент . [c.9]

Трудно себе представить, насколько была бы хаотична жизнь, если бы не существовало точной передачи генетической информации от родителей к потомству. Но если жизнь — это совокупность химических процессов, то наследственность также должна иметь химическую основу. Пока об этом можно говорить лишь в общих чертах, ибо химия наследственности — это такая проблема, в которой возникает гораздо больше вопросов, чем можно получить ответов. [c.416]

Трудно переоценить важность белков (протеинов) и нуклеиновых кислот в химии жизни. Белки—это кожа, мышцы, ногти и антибиотики. Для функционирования отдельного живого организма требуются многие тысячи разнообразных белков, и каждая особь имеет свой уникальный набор белков. Нуклеиновые кислоты являются существенной составной частью хромосом, переносчиков генетической информации внутри ядра клетки. Они контролируют наследственность н направляют синтез белков. [c.260]

Органические соединения являются промежуточным звеном (мостом) между неживыми и живыми объектами, а биохимия, в отличие от органической химии, может быть определена как химия живых объектов (клеток и организмов). Живые объекты отличаются от неживых своей способностью к метаболизму и самовоспроизведению с передачей генетической наследственности. При этом живые существа являются составной частью природы и подчиняются всем основным ее законам (таким, как законы сохранения массы, энергии и законы термодинамики). [c.539]

Например, молекулярная генетика представляет собой квантовую теорию наследственности. Неудивительно, что одним из основоположников молекулярной генетики стал Э. Шредингер, открывший квантовую механику. Основываясь на радиобиологических данных советского биофизика Н. В. Тимофеева-Ресовского ( 900—1981) и исходя из квантовых представлений, в 1943 г. Шредингер смог рассчитать размеры гена, В конечном счете это привело к синтезу гена и генной инженерии. Интересно, что схема диалектического познания здесь та же, что и в химии сведения о наследовании признаков -> законы наследственности Менделя — Моргана квантово-генетическая теория строения хромосом вывод законов Менделя — Моргана-> синтез гена-> создание новых организмов с заданными наследственными признаками. Здесь особенно наглядно выступает глубокая связь химии и современной биологии. [c.156]

Проблема внутриклеточной регуляции биосинтеза белков и нуклеиновых кислот, развивающаяся в последние годы, быстро стала одним из важнейших направлений в исследованиях. С развитием науки становится более конкретным представление о том, что специфическая нуклеотидная последовательность молекулы ДНК определяет структурную и биологическую специфичность синтезируемых в клетке белков. Специфическая структура ДНК обеспечивает точную генетическую (наследственную) передачу информации из поколения в поколение, от клетки к клетке. От ДНК эта информация в процессе жизнедеятельности каждой клетки передается через РНК белкам, а белки обусловливают в конечном счете все биологические свойства. В настоящее время вскрываются конкретные формы записи наследственной информации в цепях ДНК и механизмы переноса этой информации в места белкового синтеза через информационную РНК в рибосомы. Выясняются ранее неизвестные механизмы индукции и репрессии ряда белков в клетках. Все эти успехи являются результатом совместных усилий представителей многих наук — химии, генетики, цитологии, биофизики, биохимии, эмбриологии и т. п. Поэтому схватить вопросы биосинтеза белка и механизмы регуляции во всей их широте и многообразии чрезвычайно трудная задача. [c.294]

В XIX в. И. Берцелиус впервые использовал термин катализатор и сформулировал основные принципы катализа, после чего стало ясно, что птиалин слюны, пепсин желудочного сока и амилаза солода являются биологическими катализаторами. К концу XIX в. были достигнуты большие успехи в развитии неорганической, органической и физической химии, сформулированы законы термодинамики, генетические принципы наследственности (Г. Мендель) и получила признание доктрина эволюции (Ч. Дарвин). В начале XX в. Э. Фишер разработал методы вьщеления мономеров из белков и полисахаридов, установил структуру и оптические конфигурации многих из них, продемонстрировал специфичность действия ферментов и, таким образом, положил начало многим направлениям биохимии. Сам термин биохимия был введен в 1903 г. К. Нейбергом. [c.7]

До тех пор, пока не были установлены основные законы физики и химии, действующие в неживом мире, невозможно было сформулировать проблемы, затрагивающие более глубокое понимание природы жизни. Эти вопросы, которые мы вкратце рассмотрим, были поставлены только в первой четверти XX в. Между тем успешно развивались неорганическая, органическая и физическая химия, были сформулированы законы термодинамики и оказалось возможным детально исследовать, подчиняются ли живые системы законам физики и химии. Получила признание доктрина эволюции, Грегором Менделем были сформулированы генетические принципы наследственности, непрерывно увеличивалось число соединений, выделенных из живых организмов. Была выявлена связующая роль нервной системы. Клод Бернар показал, что гликоген является запасной формой глюкозы в печени и мышцах он установил также постоянство внутренней среды организма. Была сформулирована теория инфекционной природы болезней и начала систематически развиваться микробиология. [c.12]

При отборе материала для четвертого издания учебника учитывалось, как и ранее, значение определенных разделов биохимии для формирования отчетливых представлений по общей биохимии, а также то, что развитие самой биохимии в отдельных ее частях идет неравномерно за последнее время произошли огромные сдвиги в изучении строения и обмена некоторых групп органических соединений. Поэтому в книге уделено много внимания строению белков, нуклеиновых кислот и ферментов, рассмотрены особенности белковых тел как носителей жизни, обращено внимание на принцип комплементарности в строении нуклеиновых кислот и его значение в матричном биосинтезе природных полимеров, изложены современные представления о биологическом окислений, регуляции обмена веществ и взаимосвязи обмена соединений различных классов. Там, где это уместно, освещены вопросы использования достижений биохимии в развитии новых направлений в биологических науках (химическая систематика, молекулярные основы наследственности, изменчивости и эволюции и др.), медицине (наследственные болезни, биохимическая диагностика, стратегия химиотерапии, взаимодействие вирусов и клеток и т. п.), сельском хозяйстве (биохимическая паспортизация генетического фонда, экологическая биохимия, клеточная инженерия и др.) и промышленном производстве (инженерная энзимология, техническая биохимия, фармацевтическая химия, микробиологический синтез и т. п.). [c.3]

В недрах биохимии, на стыке биологии, химии, физики, математики и кибернетики, зародилась наука об особенностях строения и свойств молекул, обеспечивающих существование биологической формы движения материи,— молекулярная биология. Шаги этой молодой науки столь стремительны, что порой превосходят воображение заложены основы для понимания механизма биологического катализа и, следовательно, управления процессами жизнедеятельности, выявлены кардинальные закономерности специфического биосинтеза макромолекул, все больший размах приобретают работы по генетической инженерии. В результате исследования процессов преобразования нуклеиновых кислот под влиянием физических факторов и химических агентов найдены принципиально новые подходы к пониманию явлений изменчивости и наследственности в природе. [c.8]

Другая грань конструктивной роли необратимых процессов я резкого различия между порядком и случайностью открывается перед нами, если мы рассмотрим в качестве примера механизм биологической эволюции. Со времен Дарвина принято считать маловероятным, что биосфера является тем статическим, гармонично детерминированным миром, который некогда открылся Кеплеру, созерцавшему звездное небо. Биологические виды и даже предбиологические макромолекулярные соединения [1.11, 12] являются самоорганизующимися системами. Они непрестанно становятся , т. е. пребывают в состоянии возникновения, которое существенно зависит от случайных событий. Случайно и независимо от направления эволюции создается обширный банк наследственных генетических вариаций. Этот банк служит бесценной сырьевой базой для эволюции. Именно в нем эволюция находит благоприятные вариации, частота которых в популяции последовательно возрастает и стабилизуется точными, однозначно определенными законами передачи наследственных признаков. Нетрудно видеть, что отличительная особенность эволюционной теории, заведомо не имевшая аналогов в физических науках в те времена, когда создавалась эволюционная теория, придает случайным событиям необычайно важное значение. Мутации играют роль случайного двигателя прогресса. Однако мутации приводят и к гораздо более важным и далеко идущим последствиям, поскольку именно такие случайные события наугад выбирают один из нескольких возможных путей эволюции. По общепринятому ныне мнению исход эволюции биосферы не определен однозначно. Если бы жизнь на какой-нибудь другой планете развивалась в тех же условиях, в каких происходила эволюция живого на Земле, то мы вполне готовы к тому, что формы жизни могли бы быть совершенно иными (не исключено даже, что в основе их лежала бы совершенно другая химия). По общему мнению при надлежащих условиях возникновение жизни неизбежно. В этом смысле жизнь — явление физическое, материальное, детерминированное. Однако из сказанного отнюдь не следует, что жизнь предсказуема. Наоборот, на более современном яэыке можно было бы сказать, что в процессе развития жизнь непрестанно осуществляет случайный выбор одного из многих (быть может, даже бесконечно многих) возможных сценариев. Предсказать достоверно, какого именно сценария будет [c.15]

В то время Луриа занимался в основном размножением бактериальных вирусов (бактериофагов, или, короче, фагов). Уже в течение нескольких лет среди наиболее прозорливых генетиков бытовало подозрение, что вирусы — это нечто вроде чистых генов. В этом случае для того, чтобы узнать, что же такое ген и как он воспроизводится, следовало изучать свойства вирусов. А так как простейшими вирусами были фаги, то в 40-х годах стало появляться все больше ученых, которые изучали фаги (так называемая фаговая группа), надеясь в конце концов узнать, каким образом гены управляют наследственностью клеток. Во главе этой группы стояли Луриа и его друг, немец по происхождению, физик-теоретик Макс Дельбрюк, который в то время был профессором Калифорнийского технологического института. Но если Дельбрюк продолжал надеяться, что проблему помогут решить чисто генетические ухищрения, то к Луриа все чаще начинала приходить мысль, что верный ответ удастся получить только после того, как будет установлено химическое строение вируса (гена). В глубине души он понимал, что невозможно описать поведение чего-то, если неизвестно, что это такое. Не сомневаясь, что он никогда не заставит себя изучить химию, Луриа избрал, как ему казалось, наиболее мудрый выход из положения и отправил к химику меня, своего первого серьезного ученика. [c.21]

Развитие биологической химии привело к созданию новых отраслей науки, методологически и методически тесно связанных с биохимией. Так, быстрыми темпами развивается молекулярная биология, генная и клеточная инженерия. В настоящее время достижимыми представляются задачи по синтезу генетического материала и встраиванию его в наследственный аппарат клетки. С помощью микробов возможен синтез белков и регуляторов, характерных для человека, таких, как инсулин или интерферон. Фундаментальная информация о химической природе компонентов биологической системы обеспечивает направленное биомедицинское влияние на несколько уровней системы 1) принципиально важным явилось создание веществ, пагубно действующих на патогенные микробы, способные развиваться в организме человека. Получение антибиотиков, выяснение механизмов их действия, разработка методов их синтеза и модификации позволило побороть многие болезни, в том числе и инфекционного характера. Наиболее ярким примером может служить создание целой серии антибиотиков пенициллинового ряда. Пенициллин и его аналоги, встраиваясь в стенку бактерий, предотвращают их рост и иочти не влияют на клетки организма человека. Многие антибиотики ингибирующе действуют на процесс биосинтеза белка в бактери- [c.198]

В настоящее время перед биологической наукой поставлена задача — обеспечить преимущественное развитие научных исследований по следующим основным направлениям разработка методов генетической и клеточной инженерии, создание на их основе новых процессов для биотехнологических производств с целью получения принципиально новых пород животных, форм растений с ценными признаками разработка новых методов и средств диагностики, лечения и профилактики наследственных заболеваний разработка научных основ инженерной энзимологии разработка и внедрение новых биокатализаторов (в том числе иммобилизованных) и оптимизация с их помощью биотехнологических процессов получения химических и пищевых продуктов исследования структуры и функции биомолекул клетки изучение молекулярных и клеточных основ иммунологии, а также генетики микроорганизмов и вирусов, вызывающих заболевания человека и животных, создание методов и средств диагностики, лечения и профилактики этих заболеваний исследования молекулярно-биологиче-ских механизмов канцерогенеза, природы онкогенов и онкобелков, их роли в малигнизации клеток и создание на этой основе методов диагностики и лечения опухолевых заболеваний человека исследования проблем биоэнергетики, питания, психики и молекулярных основ памяти и деятельности мозга. Таким образом, можно наметить следующие главные направления развития исследований в области биологической химии на ближайшую и отдаленную перспективу, так называемые горизонты биохимии [c.18]

Молекулярная биология исследует молекулярную природу основных явлений жизни, прежде всего наследственности и изменчивости. Эти явления определяются строением и свойствами нуклеиновых кислот — информационных макромолекул. Становление молекулярной биологии связано с открытием генетической роли нуклеиновых кислот и с ее расшифровкой. Гены, т. е. фрагменты молекул ДНК и РНК, программируют синтез белков. Эти молекулы являются законодательными , а белки — исполнительными . Молекулярная биология началась с открытия трансформации бактерий посредством ДНК (Эвери, Мак-Леод, Мак-Карти, 1944). Молекулярная биология ищет объяснение биологических явлений в химии и молекулярной физике. Она изучает широкую совокупность жизненных процессов, в том числе ферментативный катализ, мембранный транспорт, механохимические явления и т. д. В отличие от классической биохимии, молекулярная биология объединяется с физикой и ее специфика состоит именно в физических аспектах исследований и задач. [c.220]

Генная инженерия, или техника рекомбинантных ДНК,— это совокупность приемов, позволяющих путем операций in vitro перенести генетический материал из одного организма (который принято называть источником генов) в другой (называемый хозяином илн реципиентом) таким образом, чтобы обеспечить наследование этих генов в новом для них организме. Перенос генов методами генной инженерии дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим (например, от человека или животного — бактерии и т. п.). В генной инженерии широко используются подходы и методы биоорганической химии. [c.426]

Теория информации с успехом применяется при описании биохимических процессов, главным образом при анализе механизмов наследственности и расшифровке генетического кода. Естественно в этой связи подумать о возможностях использования аппарата теории при рассмотрении процессов, протекающих на более низком уровне оргаг11изации материи— в области органической химии. Удобной для этой цели областью является, на наш взгляд, хими ароматических соединений, в первую очередь — реакции замещения. [c.140]

В настоящее время успешно расшифрованы очень сложные структуры белков и нуклеиновых кислот. Последние играют важную роль в передаче наследственных признаков и воспроизведении ба1Ков. Например, удалось выяснить точное строение, а недавно даже полностью осуществить синтез сложного белка — инсулина, недостаток которого, как известно, приводит к сахарной болезни. Выяснение точного расположения органических оснований в гигантских молекулах дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) дает ключ к познанию механизма передачи генетической информации. Таким образом, стирается граница между органической химией и биологией клетки. Возникшая на стыке наук молекулярная биология в будущем, несомненно, позволит сознательно изменять наследственные признаки биологических объектов. [c.122]

Современная генетика разработала такие методы генетического анализа, которые позволили расшифровать биологические явления наследст венности и изменчивости до уровня молекул и атомов, г. е. тех категорий, которыми оперируют физика и химия. Решаюш,ую роль в этом сыгра ли микроорганизмы — грибы, бактерии и фаги. Не может бь(ть сомнений в том, что такой молекулярный уровень познания генетических эффектов стал реальностью лишь после того, как был установлен химический носитель наследственности — молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты. Многие считают, что ведущую роль в становлении молекулярной генетики сыграло широкое использование современных физических и химических методов. Слов нет, физика и химия сыграли и продолжают играть существенную роль в исследованиях сложных механизмов и взаимосвязи генетического аппарата с процессами биосинтеза, протекающими в клетке. Однако принципиальное значение для развития молекулярно-генетических концепций имело резкое повышение разрешающей способности генетического анализа, связанное с использованием микроорганизмов. Вот почему было бы правильно говорить, что развитие молекулярно-генетических концепций стало возможным благодаря развитию генетики микроорганизмов с - у [c.5]

Генетика человека-основа биологии Homo sapiens. Это бурно развивающееся научное направление. Большой интерес к нему возник в 50-е годы. Он был вызван новыми представлениями о биохимической природе наследственности и развитием цитогенетики человека. С тех пор число научных работников, посвятивших себя изучению генетики человека и медицинской генетики, все время росло, а это, в свою очередь, привело к значительному увеличению объема знаний. С генетическими проблемами сталкиваются многие ученые и врачи. Для их решения применяют методы, разработанные в различных областях биологии, химии, медицины и статистики. Правильно сформулированные и красиво решенные задачи помогают разобраться в широком круге теоретических проблем генетики. Разработка теоретических положений в свою очередь позволяет найти ответы на новые практические вопросы. Приведем только один пример структура глобино-вых генов была выяснена с помощью методов, ттрименяюшихся в белковой химии и при изучении ДНК. [c.8]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология