Система воспроизведения материальных основ жизни

Взаимодействие  молекул ДНК, белков и рибонуклеиновых  кислот (РНК) лежит в основе жизнедеятельности клетки и ее воспроизведения. Поскольку явление наследственности, в общем смысле этого понятия, есть воспроизведение по поколениям сходного типа обмена веществ, очевидно, что общим субстратом наследственности является клетка в целом.

Явление наследственности в целом не обусловлено исключительно  генами и хромосомами, которые представляют собой все же только элементы более  сложной системы - клетки. Это не умаляет роли генов и ДНК, в  них записана генетическая информация, т.е. возможность воспроизведения определенного типа обмена веществ. Однако реализация этой возможности, т.е. процессы развития особи или процессы жизнедеятельности клетки, базируется целостной саморегулирующейся системой в виде клетки или организма. В настоящее время в качестве первоочередной встает задача выяснить, как осуществляется высший синтез физических и химических форм движения, появление которого знаменовало собой возникновение жизни и наследственности. Явление жизни нельзя свести к химии и физике, ибо жизнь - это особая форма движения материи. Однако ясно, что сущность этой особой формы движения материи не может быть принята без знания природы простых форм, которые входят в него уже как бы в "снятом виде". Поэтому проблема физических и химических основ наследственности является ныне одной из центральных в генетике. Ее разработка должна заложить основы для решения проблем наследственности во всей сложности ее биологического содержания. Совершенно ясно, что важнейшие вопросы философского материализма связаны с разработкой этой проблемы. Материалистическая постановка решающих вопросов наследственности не мыслима без признания того, что явление наследственности материально обусловлено, что в клетке, которая образует поколение, должны иметься определенные материальные вещества и структуры, физические и химические формы движения которых благодаря их специфическому взаимодействию создают явление наследственности.

В свете сказанного вполне понятно то значение, которое  имеет полная физико-химическая расшифровка строения биологически важных молекул. Несколько лет назад впервые химическими средствами вне организма была синтезирована белковая молекула - гормон инсулин, управляющий углеводным обменом в организме человека. Недавно была расшифрована физическая структура двух белков - дыхательных пигментов крови и мышц - гемоглобина и миоглобина. Для молекулы фермента лизоцина физики открыли пространственное расположение каждого из тысячи атомов, участвующих в построении его молекул. Установлено место в молекуле, ответственное за каталитический эффект этого биологического катализатора, не допускающего проникновения вирусов в клетку.

После этих событий, связанных с раскрытием природы  генетического кода и генетических механизмов в синтезе белков, впервые  удалось дать полный химический анализ и формулы строения молекулы транспортной РНК. Все эти открытия, включая замечательный факт, что синтез молекул ДНК идет под координирующим влиянием затравки (матричной ДНК), показывает, какой серьезный шаг сделала генетическая биохимия к созданию прототипа живого.

Поистине фантастические горизонты открываются на путях  синтеза генов в искусственных  условиях, которые осуществлены в  исследованиях Г. Корана и его  группы ученых-последователей. Другим выдающимся открытием послужила  разработка условий для искусственного самоудвоения ДНК в безклеточной системе. Было установлено, что молекулы ДНК (по крайней мере, у вирусов и бактерий) существуют в форме замкнутого кольца и в таком виде служат матрицей для ДНК-полимеразы.

Проблемы гена и молекулярные мутации. Одна из наиболее важных задач современной генетики является получение направленных мутаций. Эта задача в основном решается на путях направленного химического преобразования молекулярных систем в пределах отдельных генов. При помощи методов общей, радиационной, химической и молекулярной генетики во многих странах уже достигнуто управление наследственностью. В селекции микроорганизмов, растений и животных имеются существенные производственные достижения, полученные с помощью этих новых методов. Как ни сложна задача получения направленных мутаций, однако в последних работах по молекулярной генетике найдены правильные пути, и более того, даже некоторые элементы решения этой задачи уже достигнуты в работах с бактериями и вирусами. 
 

3.ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД

Свойственная живым организмам единая система записи наследственной, информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности нуклеотидов, определяет последовательность включения аминокислот в синтезирующуюся полипептидную цепь в соответствии с последовательностью нуклеотидов ДНК гена. В узком смысле Генетический код — словарь кодонов (триплетов иРНК), кодирующих те или иные аминокислоты и знаки пунктуации процесса белкового синтеза. Реализация генетического кода в живых клетках, т. е. синтез белка, кодируемого геном, осуществляется при помощи двух матричных процессов — транскрипции и трансляции. Общие свойства генетического кода: триплетность (каждая аминокислота кодируется тройкой нуклеотидов); неперекрываемость (кодоны одного гена не перекрываются); вырожденность (множественные аминокислотные остатки кодируются несколькими кодонами); однозначность (каждый отдельный кодон кодирует только один аминокислотный остаток); компактность (между кодонами в иРНК нет «запятых» — нуклеотидов, не входящих в последовательность кодонов данного гена); универсальность (генетический код одинаков для всех исследованных организмов, хотя известно, что несколько изменённые генетические коды функционируют в митохондриях); считывание начинается с определённой точки (начало определяет кодон-инициатор) и идёт в одном направлении в пределах одного гена. Постановка проблемы Генетического кода и теоретическое рассмотрение некоторых возможных его вариантов принадлежат А. Даунсу (1952) и Г. Гамову (1954). Основные свойства генетического кода(триплетность, вырожденность) выявлены в 1961 в генетич. экспериментах Ф. Крика и С. Бреннера. Расшифровка генетического кода., т. е. нахождение соответствия между кодонами и аминокислотами, осуществлена в работах амер. биохимиков М. Ниренберга, С. Очоа, X. Кораны и др. в 1961—65. 61 кодон из 64 кодирует определённые аминокислоты, а 3 так называемых стоп-кодона определяют окончание синтеза полипептидной цепи. Кодон АУГ (а у бактерий ещё некоторые другие кодоны) определяет начало синтеза полипептидной цепи. Первое основание каждого триплета указано в табл. слева, второе — вверху, третье — справа. Аминокислоты обозначены сокращениями. А — аденин, У — урацил, Г — гуанин, Ц — цитозин.

Генетический  код (молекулы иРНК)

генети́ческий код-способ записи наследственной информации в молекулах нуклеиновых кислот в виде последовательности образующих эти кислоты нуклеотидов. Определённой последовательности нуклеотидов в ДНК и РНК соответствует определённая последовательность аминокислот в полипептидных цепях белков. Код принято записывать с помощью заглавных букв русского или латинского алфавита. Каждый нуклеотид обозначается буквой, с которой начинается название входящего в состав его молекулы азотистого основания: А (А) – аденин, Г (G) – гуанин, Ц (С) – цитозин, Т (Т) – тимин; в РНК вместо тимина урацил – У (U). Каждую аминокислоту кодирует комбинация из трёх нуклеотидов – триплет, или кодон. Кратко путь переноса генетической информации обобщён в т.н. центральной догме молекулярной биологии: ДНК , РНК , белок.  
В особых случаях информация может переноситься от РНК к ДНК, но никогда не переносится от белка к генам.  
Реализация генетической информации осуществляется в два этапа. В клеточном ядре на ДНК синтезируется информационная, или матричная, РНК (транскрипция). При этом нуклеотидная последовательность ДНК «переписывается» (перекодируется) в нуклеотидную последовательность мРНК. Затем мРНК переходит в цитоплазму, прикрепляется к рибосоме, и на ней, как на матрице, синтезируется полипептидная цепь белка (трансляция). Аминокислоты с помощью транспортной РНК присоединяются к строящейся цепи в последовательности, определяемой порядком нуклеотидов в мРНК.  
Из четырёх «букв» можно составить 64 различных трёхбуквенных «слова» (кодона). Из 64 кодонов 61 кодирует определённые аминокислоты, а три отвечают за окончание синтеза полипептидной цепи. Так как на 20 аминокислот, входящих в состав белков, приходится 61 кодон, некоторые аминокислоты кодируются более чем одним кодоном (т. н. вырождённость кода). Такая избыточность повышает надёжность кода и всего механизма биосинтеза белка. Другое свойство кода – его специфичность (однозначность): один кодон кодирует только одну аминокислоту.  
Кроме того, код не перекрывается – информация считывается в одном направлении последовательно, триплет за триплетом. Наиболее удивительное свойство кода – его универсальность: он одинаков у всех живых существ – от бактерий до человека (исключение составляет генетический код митохондрий). Учёные видят в этом подтверждение концепции о происхождении всех организмов от одного общего предка.  
Расшифровка генетического кода, т.е. определение «смысла» каждого кодона и тех правил, по которым считывается генетическая информация, осуществлена в 1961—1965 гг. и считается одним из наиболее ярких достижений молекулярной биологии.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Размножение

Размножение — присущее всем живым организмам свойство воспроизведения себе подобных, обеспечивающее непрерывность и преемственность жизни. Для организмов, обладающих клеточным строением, в основе всех форм размножения лежит деление клетки.

Разные способы  размножения подразделяются на три  основных типа: бесполое, вегетативное и половое.

Бесполое размножение  — форма размножения, не связанная  с обменом генетической информацией между особями — половым процессом.

Бесполое размножение  является древнейшим и самым простым  способом размножения и широко распространено у одноклеточных организмов (бактерии, сине-зелёные водоросли, хлореллы, амёбы, инфузории). Этот способ имеет свои преимущества: в нём отсутствует необходимость поиска партнёра, а полезные наследственные изменения сохраняются практически навсегда. Однако при таком способе размножения изменчивость, необходимая для естественного отбора, достигается только за счёт случайных мутаций и потому осуществляется очень медленно. Тем не менее, следует отметить, что способность вида только к бесполому размножению не исключает способности к половому процессу, но когда эти события разнесены во времени.

Наиболее распространённый способ размножения одноклеточных организмов — деление на две части, с образованием двух отдельных особей.

Среди многоклеточных организмов способностью к бесполому размножению обладают практически все растения и грибы — исключением является, например, вельвичия. Бесполое размножение этих организмов происходит вегетативным способом или спорами.

Среди животных способность к бесполому размножению чаще встречается у низших форм, но отсутствует у более развитых. Единственный способ бесполого размножения у животных — вегетативный.

Широко распространено ошибочное мнение, что особи, образовавшиеся в результате бесполого размножения, всегда генетически идентичны родительскому организму (если не брать в расчёт мутации). Наиболее яркий контрпример — размножение спорами у растений, так как при спорообразовании происходит редукционное деление клеток, в результате чего в спорах содержится лишь половина генетической информации, имеющейся в клетках спорофита.

Половое размножение  сопряжено с половым процессом (слиянием клеток), а также, в каноническом случае, с фактом существования двух взаимодополняющих половых категорий (организмов мужского пола и организмов женского пола).

При половом  размножении происходит образование гамет, или половых клеток. Эти клетки обладают гаплоидным (одинарным) набором хромосом. Животным свойствен двойной набор хромосом в обычных (соматических) клетках, поэтому гаметообразование у животных происходит в процессе мейоза. У многих водорослей и всех высших растений гаметы развиваются в гаметофите, уже обладающим одинарным набором хромосом, и получаются простым митотическим делением.

Но независимо от того какой вид размножения  у живого существа, оно не могло  бы происходить без ДНК и РНК- материальных основ жизни, т.е любая  передача генетической информации от материнской клетки дочерней происходит с удвоением ДНК или РНК. 
 
 
 

     ЗАКЛЮЧЕНИЕ 

     Естествознание  затрагивает широкий спектр вопросов о многочисленных и всесторонних проявлениях свойств природы.

     По  эволюционной теории  материальной основой жизни является случайная  последовательность нуклеотидов, которая имела свойства удваиваться, и, благодаря которой,  стала возможна жизнь на земле.