Эпигенетика является отделом биологии, который изучает, как на развитие и функционирование биологических систем влияют силы, не зависящие от последовательностей ДНК. Только за последние несколько лет были сделаны многие открытия, которые демонстрируют, что наши мысли, эмоции, чувства и восприятие мира в целом могут иметь физическое и биологическое влияние на ДНК.
Как передается информация с помощью генов
Подтверждая всю сложность нашего таинственного генетического кода, исследователи из Университета Эмори в Атланте, США, показали, что, возможно, информация передается по наследству через ДНК. Их исследование показывает, что поведение человека может зависеть от событий в предыдущих поколениях, которые передались через форму генетической памяти. Опубликованные несколько лет назад, результаты этого исследования были подтверждены другими учеными, работавшими в этой области.
Осебенности исследования
Исследование показало, что мыши могут запоминать информацию о травматических или стрессовых ситуациях в последующих поколениях. В проведенном исследовании это был запах цветущей вишни. Эти результаты могут объяснить, почему некоторые люди страдают фобиями или почему некоторые мысли или поведение может быть вызвано конкретными объектами или ситуациями.
Такие результаты позволяют оценить, насколько опыт родителей еще до зачатия детей влияет на структуру и функции нервной системы последующих поколений. Такое явление может способствовать передаче от поколения к поколению риска развития таких нервно-психических расстройств, как фобии, тревога и посттравматическое стрессовое состояние.
Результаты
В рамках исследования ученые заставили мышей опасаться запаха цветущей вишни, используя электрошок. После такой подготовки им было разрешено размножаться, и у потомства проявилась такая же отрицательная реакция на запах вишневого цвета, по сравнению с нейтральным запахом (несмотря на то, что они никогда с ним раньше не сталкивались). Следующее поколение продемонстрировало такое же поведение, и эти результаты оказались неизменными, даже если мыши были рождены путем искусственного оплодотворения.
Это говорит о том, что наш опыт и его влияние на психику как-то передаются от мозга в геном и затем следующим поколениям.
Маркус Пембри, генетик из Лондонского университета, заявил, что работа его коллег представляет убедительные доказательства того, что память передается на биологическом уровне. Он также заявил, что в работе рассматривается конституционная боязливость, которая имеет непосредственное отношение к фобиям, тревожности и посттравматическим стрессовым расстройствам, а также спорный вопрос о передаче «памяти предков» из поколения в поколение.
Вы можете изменить то, что было закодировано в вашей ДНК
Исследователи из Института математики сердца - международно признанный некоммерческий Научно-исследовательский центр - обнаружили, что чувства любви, благодарности, гнева и тревоги также могут влиять на результаты ДНК каждого человека. Например, результаты одного их исследований обеспечивают экспериментальные доказательства в поддержку гипотезы, что аспекты молекулы ДНК могут быть изменены через интернациональность. Эти данные показывают, что когда люди находятся в положительных для них условиях, у них есть больше возможностей изменять конформацию ДНК в соответствии с их намерениями. Участники контрольной группы показали низкий коэффициент сердечной согласованности и были не в состоянии умышленно изменять конформацию ДНК.
Теория генетического доминирования
Это идея, согласно которой наша жизнь управляется генетическим кодом. Она доминирует в этой области в течение многих лет. Ведущий биолог доктор Блюс Липтон, доктор философии, объясняет, что такая система убеждений обеспечивает подсознательное желание людей быть жертвами. Ведь если гены контролируют нашу жизнь, то мы просто не в состоянии изменить что-либо. Это приводит к мысли, что болезни, которые появляются в семьях, распространяются с помощью передачи генов. Но в лабораторных экспериментах было доказано, что это неправда.
В последнее время исследователи смогли впервые построить сеть генов, которые могут контролироваться мыслями.
Нейропластичность является отличным примером такого контроля, ведь она демонстрирует, что мы можем изменять наши гены, изменяя наши мысли и способ, с помощь которого мы воспринимаем окружающую среду. Еще один пример этого - эффект плацебо.
Эффект плацебо
В 2002 году Университетом Коннектикута были проведены исследования, которые привели к нескольким шокирующим открытиям о силе ума. Было обнаружено, что 80% эффекта от антидепрессантов можно отнести к эффекту плацебо. В этом исследовании учитывались клинические испытания лучших антидепрессантов.
Еще одно исследование было проведено Медицинской школой Бейлора. Исследователи наблюдали за проведением операции у пациентов с тяжелой и изнурительной болью в колене. Многие хирурги знают, что эффект плацебо в хирургии невозможен, или, по крайней мере, верят в это, но исследование дало удивительные результаты, которые убеждают в обратном. Пациенты были разделены на три группы. Пациентам первой поврежденный коленный хрящ был удален хирургами. Во второй хирурги промыли коленный сустав и удалили все, что могло бы вызвать воспаление. Обе эти операции являются стандартными процедурами, которые выполняются в случае серьезной стадии артрита колена. Для третей группы провели «фальшивую» операцию. Пациенты были под наркозом, а затем им сказали, что операция была проведена. На самом деле врачи просто сделали надрезы, и ввели в них соленую воду, как это делается при обычной операции, а затем зашили надрезы. Все три группы прошли одинаковый процесс реабилитации, и результаты были удивительными. В третьей группе результаты восстановления были такими же, как и в первых двух.
Список примеров, которые показывают потенциальные возможности нашего мозга, весьма обширен. Ваши гены и ДНК не высечены на камне, и у вас есть возможность изменить свою биологию с помощью веры.
Матери передают ДНК только через своих дочерей.
Ученые долго спорили, действительно ли часто исследуемая митохондриальная молекула ДНК может быть унаследована при клонировании. Это важно знать с точки зрения понимания механизмов наследования клонами генома матери в среде животных и растений. Конфликт был разрешен двумя генетиками из Университета Уппсала в Швеции, которые представили свое новое исследование в публикации журнала "Природа".
Их результаты показывают, что митохондриальный ДНК устойчиво передается от матерей потомству клонов.
Это наследование генома клонами действительно делает митохондриальный ДНК подходящим для использования его в качестве рабочего материала генетических исследований.
Генетический материал у людей и других животных размещен в хромосомах, которые унаследованы от матери и отца. Малая часть генетического материала также собрана в митохондриях клетки и была использована, чтобы передавать потомству только геном матери. Однако, справедливость передачи чисто материнского кода была спорной.
Предыдущие результаты исследований говорили, что при обычном оплодотворении митохондриальный ДНК полностью не наследуется от матери к потомству, поскольку митохондриальный ДНК отца проникал в клетку со сперматозоидом. Также, генетические изменения могут происходить у матерей в их митохондриальных ДНК, подобно тем, что случаются, когда парные наборы хромосом объединяются во время слияния ядра яйцеклетки и сперматозоида.
Поэтому до сих пор продолжаются дебаты, - действительно ли митохондриальный ДНК может использоваться для генетических исследований?
Чтобы проверить эту гипотезу, потребовалось бы изучить сотни и даже тысячи поколений потомков, что осуществить на практике нереально. По новой идее шведских ученых предлагается смоделировать эти процессы и сравнить наследование митохондрий с неким другим генетическим материалом, который передается только через женщин. Если образец наследования будет идентичен, это докажет стабильную материнскую наследственную передачу митохондриального ДНК.
У мужчин не имеется никакого генетического материала, который передавался бы по наследству только через женщин. По этой причине, Ханс Эллегрен и София Берлин решили использовать птиц (детально – обыкновенных соколов), как идеальных подопытных особей, которые могут помочь разрешить эту проблему.
Птицы имеют уникальную W-хромосому, которая стабильно передается по наследству от матерей к дочерям.
Чтобы сделать сравнение между митохондриальным ДНК и W-хромосомой, ученые поместили часть генома в W-хромосому обыкновенного сокола и смоделировали ситуацию наследования. В случае справедливости гипотезы, митохондриальный ДНК должен быть унаследован таким же образом как и W-хромосома, которая передается только через женщин.
Через моделирование процессов, основанных на механизмах возможных комбинаций строго расшифрованного генома сокола, ученые смогли оценить устойчивость наследования митохондриального ДНК по крайней мере для 20.000 последующих поколений сокола или за 200.000 лет. Тем самым, эти теоретические исследования подтверждают устойчивое наследование митохондриального ДНК даже в масштабе эволюционных процессов.
Результаты их исследований важны для разгадки механизмов передачи генетической информации от матери. Особенно это важно для подтверждения теории о том, что часть генетического материала уникальна и передается только по материнской линии. Если бы данное обстоятельство не имело места быть, пришлось бы переоценить предыдущие результаты исследований генома человека, всех животных и растений. Изучение также важно с точки зрения филогенетики, поскольку оно впервые сравнивает процессы наследования хромосом и митохондриального ДНК.
Жизненную программу, записанную в геноме, которая определяет внешность, характер, здоровье и т.д., ребенок получает от мамы и папы, когда их половые клетки сливаются при зачатии. Но кроме генетической программы на будущего человека влияет еще масса разных вещей, происходящих с родителями, причем как после зачатия, так и до него.
Специалисты Исследовательского института Робинсона и Школы педиатрии и репродуктивного здоровья Университета Аделаиды проанализировали все, что науке на сегодня известно о наследственности, и опубликовали свои выводы в последнем выпуске журнала Science . «Только в последние лет десять научное сообщество стало серьезно обсуждать эти проблемы, и только в последние пять лет мы начали понимать механизмы того, что происходит», — замечает Сара Робертсон, профессор Университета Аделаиды в Австралии.
Некоторые факты уже стали общеизвестными, например то, что будущей маме нельзя курить и выпивать.
О том, что и папе тоже нельзя, причем за несколько месяцев до зачатия, задумываются немногие.
С позиции врача акушер-гинеколог Георгий Местергази. О том, как это объясняет наука, пойдет речь дальше. А есть и совсем удивительные факты, например то, что на здоровье ребенка влияет питание не только будущей матери, но и будущего отца, так же как и его склонность к ожирению.
«Люди обычно думают, что все это не имеет значения, так как с зачатием начинается новая жизнь, — говорит Сара Робертсон. — Но на самом деле мы награждаем будущего ребенка всем грузом своего собственного жизненного опыта.
Такие факторы, как возраст родителей, характер питания, ожирение, курение, и многое другие, — все они посылают сигналы, влияющие на здоровье ребенка.
Они могут повысить риск диабета и других метаболических, сердечно-сосудистых заболеваний, иммунологических или неврологических нарушений».
Причем роль отца в этом не меньше, а зачастую больше, чем роль матери.
Сначала ученые описывают все факторы, которые влияют на будущего человека в момент зачатия и сразу после него.
Яйцеклетка оплодотворяется сперматозоидом в полости фаллопиевой трубы и, в то время как зигота начинает делиться, продвигается по трубе, направляясь в матку. В слизистую оболочку матки она внедряется через несколько дней на стадии бластоцисты (это шарик, состоящий из клеток, числом от 30 до 200). А пока делящаяся яйцеклетка проходит по фаллопиевой трубе, она окружена жидкостью. На состав этой жидкости влияют разные факторы — питание женщины, особенности метаболизма, какие-то воспалительные процессы. Уже на этой стадии они действуют на работу генов в первых клетках и могут ускорять или замедлять скорость деления. А нередко на этой стадии яйцеклетка из-за серьезных генетических патологий отбраковывается, беременность не наступает, и женщина даже не знает о том, что имело место оплодотворение.
Очень сильно влияет на раннее развитие эмбриона питание будущей мамы.
Снижение белкового питания в первые три дня развития замедляет размножение клеток и дифференциацию их в так называемые зародышевые листки, из которых в дальнейшем закладываются разные ткани и органы.
После внедрения бластоцисты в матку питание влияет на развитие плаценты, которая связывает эмбрион с организмом матери.
Воспалительные заболевания также накладывают отпечаток на развитие эмбриона. В эксперименте ученые показали, что мыши с бактериальным липополисахаридом рождали детенышей с избыточным весом и нарушением исследовательского поведения.
Отцовский вклад в условия оплодотворения тоже присутствует. Ученые объясняют, что на развитие эмбриона влияет состав семенной жидкости. Она содержит множество веществ — цитокинов , — в том числе факторы роста, стимулирующие деление клеток. А воспалительные заболевания и инфекции негативно сказываются на ее составе.
Более ранний опыт родителей передается потомству, потому что влияет на созревание их половых клеток. Причем между яйцеклетками и сперматозоидами есть принципиальная разница. Все яйцеклетки в полном количестве имеются уже тогда, когда девочка появляется на свет. С началом полового созревания в каждом менструальном цикле они только дозревают, проходя последнее деление мейоза . В отличие от них сперматозоиды образуются в течение всей жизни.
Чем старше становится мужчина, тем через большее число делений проходят его сперматозоиды, а значит, в них увеличивается число ошибок — мутаций.
В этом причина того, что возраст отца увеличивает количество мутаций, которые он передает потомству. В 20 лет это 25 мутаций, а в 40 лет — уже 65. Возраст матери такой роли не играет.
Все это касается самих генов, записанной в них наследственной информации. Но в ДНК возникают не только такие изменения, которые затрагивают ее нуклеотидную последовательность. Есть химические изменения внешние, не меняющие строение молекулы, они называются эпигенетическими . Чаще всего это метилирование — присоединение метильных групп CН3 к азотистому основанию цитозину. Метилирование — важнейший инструмент, регулирующий активность генов, потому что, если метильных групп много, они не дают гену работать в полную силу, снижают его экспрессию.
И это тот механизм, по которому внешняя среда влияет на работу генов. Степень метилирования изменяется под влиянием питания, стрессов, различного индивидуального опыта, и часть этих изменений может передаваться потомству.
При образовании половых клеток ДНК тоже метилируется. Правда, перед самим оплодотворением большая часть эпигенетических маркеров стирается. Но не все, некоторые остаются и через половые клетки передаются в зиготу и развивающийся эмбрион.
Эпигенетика объясняет многие совершенно удивительные вещи, такие как память поколений: , что травмирующие события передавались таким образом не только детям, но и внукам. Ну и более приземленные факты, например влияние питания отцов на здоровье детей.
Известно, что избыточный вес отца (больше, чем избыточный вес матери) может привести к нарушению нормального метаболизма у ребенка. Курение, алкоголь, наркотики — все это накладывает эпигенетический отпечаток на сперматозоиды во время из созревания.
Плохое питание отцов, с пониженным содержанием белка, также может повлиять на детей не лучшим образом. А в исследовании, было показано, что недостаток фолиевой кислоты в рационе будущих отцов может стать причиной врожденных дефектов у потомства из-за нарушения метилирования.
Что касается яйцеклеток, то большая часть их влияния на эмбрион передается через митохондрии . Это органеллы, в которых происходят энергетические процессы для жизнедеятельности клетки. Развитие эмбриона — это энергетически затратный процесс. А митохондрии эмбрион получает именно от яйцеклетки, по женской линии, так как от яйцеклетки в зиготу переходит вся цитоплазма — клеточное содержимое (в сперматозоиде содержится только ядро и хвост, цитоплазмы он практически лишен). Во-первых, эмбрион получает митохондриальную ДНК , в которой могут быть мутации (и уже разработан способ избавления от передающихся с ними заболеваний). Во-вторых, на митохондрии влияет питание, курение и ожирение матерей, это может изменять их расположение и активность.
На мышах убедительно показано, что при ожирении и диабете митохондрии неправильно влияют на развивающийся эмбрион.
Так что на здоровье потомства, к сожалению, влияет все. И с высоты полученных знаний ученые настоятельно советуют будущим родителям перед тем, как планировать беременность, изменить свой образ жизни на более здоровый. Даже небольшие изменения в правильную сторону будут иметь долговременный положительный эффект.
Дети наследуют от своих родителей, бабушек и дедушек, не только цвет волос или глаз. В последнее время ученые склоняются к версии, что ДНК человека хранит гораздо больше информации, чем нам кажется.
Исследования касательно генетической памяти ведутся давно и ряд ученых, которые их
проводили, считают, что уже выделены основные «черты», которые хранят не только внешние сходства с предками, но и их личные качества и даже воспоминания. Кроме того, эта память оказывает большое влияние на формирование личности.
Эксперты считают, что фобии являются именно той самой генетической памятью, которая ныне живущему передалась от предков. При этом «переносчиками» памяти могут быть не только родители, но и прабабушки и прадедушки.
Эксперимент ученых, для подтверждения их версии был проведен на мышах, которых учили избегать запаха вишни. В итоге «дрессировка» проявилась в виде измененного ДНК: та часть, которая отвечала за к этому запаху, активизировалась в сперме самцов мышей. А их внуки унаследовали полученный предками страх и, несмотря на полное отсутствие причин для тревоги, всячески пытались его избежать.
Наследственной чертой может стать и общительность человека. Ряд ученых уверены, что определенные черты характера являются не приобретенными в течение жизни и опыта, а заложенными ДНК. И к ней они относят экстраверсию, предполагая, что кто-то из предков тоже отличался общительностью. Также рассматривается гипотеза, что взаимосвязь между экстраверсией и синдромом дефицита внимания и гиперактивностью также заложены на генетическом уровне.
К наследственности отнесли и чувство юмора, которое не является залогом воспитания, а носит врожденный характер. Основывается это мнение на исследованиях, что у людей с коротким аллелем гена 5-HTTLPR чаще проявляются такие положительные реакции, как улыбка и смех. Эти данные подтверждались в ряде экспериментов, в которых участвовали разновозрастные и разнополые люди из различных этнических и социальных групп.
Кроме того такая черта, портящая жизнь многим людям, как их склонность к стрессу, является переданной от предков. И это касается не только стресса, который получает женщина, будучи беременной и передавая состояние своему будущему малышу. Даже , испытанный до наступления беременности женщиной или до зачатия будущим отцом может стать наследственным фактором для их потомства. Причина этого - поврежденные хромосомы будущих родителей из-за пережитого. Кстати, ученые утверждают, что и всякого рода «плохие» зависимости в 40-60% случаев передаются о родителей детям.
Те люди, которым хватает всего несколько часов сна, но они при этом хорошо себя чувствуют и полноценно работают, должны сказать «спасибо» своим родственникам, от которых им и передалась черта. Такая способность выработалась благодаря гену p.Tyr362His. Он еще известен как «ген Тэтчер», в честь британской премьер-министра, которая могла спать 4 часа в сутки, не испытывая дискомфорта. Считается, что люди с таким геномом способны не только тратить на сон минимум, но и лучше выполнять умственные задачи, бодрствуя более 38 часов.
Экономия денег, как ни странно - тоже наследственная черта, считают эксперты, и в этом случае она свойственна как бедным людям, вынужденным так делать, так и состоятельным, которые могут себе позволить не думать «о дне завтрашнем». Кроме того, генетически «экономные люди» реже страдают от плохих привычек, таких как переедание, курение, алкоголизм, поскольку им не просто жалко тратить на это деньги, но и потому, что они склонны к .
Некоторые аспекты музыкального таланта человека скрываются в его генетике, а не посещениях музыкальных школ. К такому мнению тоже пришли ученые, изучающие наследственность. Особенно это касается умения распознать тон и ритм. В исследованиях на эту тему участвовали однояйцовые и разнояйцовые близнецы, у которых сравнивались способности к пению и музыке. В итоге оказалось, что некоторые из них, несмотря на отсутствие практики, показали более высокие результаты, чем те, кто занимался вокалом или играл на музыкальных инструментах.
После открытия принципа молекулярной организации такого вещества, как ДНК в 1953 году, начала развиваться молекулярная биология. Далее в процессе исследований ученые выяснили как рекомбенируется ДНК, ее состав и как устроен наш человеческий геном.
Каждый день на молекулярном уровне происходят сложнейшие процессы. Как устроена молекула ДНК, из чего она состоит? И какую роль играют в клетке молекулы ДНК? Расскажем подробно обо всех процессах, происходящих внутри двойной цепи.
Что такое наследственная информация?
Итак, с чего все начиналось? Еще в 1868 нашли в ядрах бактерий. А в 1928 г. Н. Кольцов выдвинул теорию о том, что именно в ДНК зашифрована вся генетическая информация о живом организме. Затем Дж. Уотсон и Ф. Крик нашли модель всем теперь известной спирали ДНК в 1953 году, за что заслужено получили признание и награду — Нобелевскую премию.
Что такое вообще ДНК? Это вещество состоит из 2 объединенных нитей, точнее спиралей. Участок такой цепочки с определенной информацией называется геном.
В ДНК хранится вся информация о том, что за белки будут формироваться и в каком порядке. Макромолекула ДНК — это материальный носитель невероятно объемной информации, которая записана строгой последовательностью отдельных кирпичиков — нуклеотидов. Всего нуклеотидов 4, они дополняют друг друга химически и геометрически. Этот принцип дополнения, или комплементарности, в науке будет описан позже. Это правило играет ключевую роль в кодировке и декодировании генетической информации.
Так как нить ДНК невероятно длинная, повторений в этой последовательности не бывает. У каждого живого существа собственная уникальная цепочка ДНК.
Функции ДНК
К функциям относятся хранение наследственной информации и ее
передача потомству. Без этой функции геном вида не мог бы сохраняться и развиваться на протяжении тысячелетий.
Организмы, которые претерпели серьезные
мутации генов, чаще не выживают или теряют способность производить потомство. Так происходит природная защита от вырождения вида.
Еще одна существенно важная функция — реализация хранимой информации. Клетка не может создать ни одного жизненно важного белка без тех инструкций, которые хранятся в двойной цепочке.
Состав нуклеиновых кислот
Сейчас уже достоверно известно, из чего состоят сами нуклеотиды — кирпичики ДНК. В их состав входят 3 вещества:
- Ортофосфорная кислота.
- Азотистое основание. Пиримидиновые основания — которые имеют только одно кольцо. К ним относят тимин и цитозин. Пуриновые основания, в составе которых присутствуют 2 кольца. Это гуанин и аденин.
- Сахароза. В составе ДНК — дезоксирибоза, В РНК — рибоза.
Число нуклеотидов всегда равно числу азотистых оснований. В специальных лабораториях расщепляют нуклеотид и выделяют из него азотистое основание. Так изучают отдельные свойства этих нуклеотидов и возможные мутации в них.
Уровни организации наследственной информации
Разделяют 3 уровня организации: генный, хромосомный и геномный. Вся информация, нужная для синтеза нового белка, содержится на небольшом участке цепочки — гене. То есть ген считается низший и самый простой уровень кодировки информации.
Гены, в свою очередь, собраны в хромосомы. Благодаря такой организации носителя наследственного материала группы признаков по определенным законам чередуются и передаются от одного поколения к другому. Надо заметить, генов в организме невероятно много, но информация не теряется, даже когда много раз рекомбенируется.
Разделяют несколько видов генов:
- по функциональному назначению выделяют 2 типа: структурные и регуляторные последовательности;
- по влиянию на процессы, протекающие в клетке, различают: супервитальные, летальные, условно летальные гены, а также гены мутаторы и антимутаторы.
Располагаются гены вдоль хромосомы в линейном порядке. В хромосомах информация сфокусирована не вразброс, существует определенный порядок. Существует даже карта, в которой отображены позиции, или локусы генов. Например, известно, что в хромосоме № 18 зашифрованы данные о цвете глаз ребенка .
А что же такое геном? Так называют всю совокупность нуклеотидных последовательностей в клетке организма. Геном характеризует целый вид, а не отдельную особь.
Каков генетический код человека?
Дело в том, что весь огромнейший потенциал человеческого развития заложен уже в период зачатия. Вся наследственная информация, которая необходима для развития зиготы и роста ребенка уже после рождения, зашифрована в генах. Участки ДНК и есть самые основные носители наследственной информации.
У человека 46 хромосом, или 22 соматические пары плюс по одной определяющей пол хромосоме от каждого родителя. Этот диплоидный набор хромосом кодирует весь физический облик человека, его умственные и физические способности и предрасположенность к заболеваниям. Соматические хромосомы внешне неразличимы, но несут они разную информацию, так как одна из них от отца, другая - от матери.
Мужской код отличается от женского последней парой хромосом — ХУ. Женский диплоидный набор — это последняя пара, ХХ. Мужчинам достается одна Х-хромосома от биологической матери, и затем она передается дочерям. Половая У-хромосома передается сыновьям.
Хромосомы человека значительно разнятся по размеру. Например, самая маленькая пара хромосом - №17. А самая большая пара - 1 и 3.
Диаметр двойной спирали у человека - всего 2 нм. ДНК настолько плотно закручена, что вмещается в маленьком ядре клетки, хотя ее длина будет достигать 2 метров, если ее раскрутить. Длина спирали — это сотни миллионов нуклеотидов.
Как передается генетический код?
Итак, какую роль играют в клетке молекулы ДНК при делении? Гены — носители наследственной информации - находятся внутри каждой клетки организма. Чтобы передать свой код дочернему организму, многие существа делят свое ДНК на 2 одинаковые спирали. Это называется репликацией. В процессе репликации ДНК расплетается и специальные «машины» дополняют каждую цепочку. После того как раздвоится генетическая спираль, начинает делиться ядро и все органеллы, а затем и вся клетка.
Но у человека другой процесс передачи генов - половой. Признаки отца и матери перемешиваются, в новом генетическом коде содержится информация от обоих родителей.
Хранение и передача наследственной информации возможны благодаря сложной организации спирали ДНК. Ведь как мы говорили, структура белков зашифрована именно в генах. Раз создавшись во время зачатия, этот код на протяжении всей жизни будет копировать сам себя. Кариотип (личный набор хромосом) не изменяется во время обновления клеток органов. Передача же информации осуществляется с помощью половых гамет — мужских и женских.
Передавать свою информацию потомству не способны только вирусы, содержащие одну цепочку РНК. Поэтому, чтобы воспроизводиться, им нужны клетки человека или животного.
Реализация наследственной информации
В ядре клетки постоянно происходят важные процессы. Вся информация, записанная в хромосомах, используется для построения белков из аминокислот. Но цепочка ДНК никогда не покидает ядро, поэтому здесь нужна помощь другого важного соединения = РНК. Как раз РНК способно проникнуть через мембрану ядра и взаимодействовать с цепочкой ДНК.
Посредством взаимодействия ДНК и 3 видов РНК происходит реализация всей закодированной информации. На каком уровне происходит реализация наследственной информации? Все взаимодействия происходят на уровне нуклеотидов. Информационная РНК копирует участок цепи ДНК и приносит эту копию в рибосому. Здесь начинается синтез из нуклеотидов новой молекулы.
Для того чтобы иРНК могла скопировать необходимую часть цепи, спираль разворачивается, а затем, по завершении процесса перекодировки, снова восстанавливается. Причем этот процесс может происходить одновременно на 2 сторонах 1 хромосомы.
Принцип комплементарности
Состоят из 4 нуклеотидов — это аденин (А), гуанин (G), цитозин (С), тимин (T). Соединены они водородными связями по правилу комплементарности. Работы Э. Чаргаффа помогли установить это правило, так как ученый заметил некоторые закономерности в поведении этих веществ. Э. Чаргафф открыл, что молярное отношение аденина к тимину равно единице. И точно так же отношение гуанина к цитозину всегда равно единице.
На основе его работ генетики сформировали правило взаимодействия нуклеотидов. Правило комплементарности гласит, что аденин соединяется только с тимином, а гуанин - с цитозином. Во время декодирования спирали и синтеза нового белка в рибосоме такое правило чередования помогает быстро найти необходимую аминокислоту, которая прикреплена к транспортной РНК.
РНК и его виды
Что такое наследственная информация? нуклеотидов в двойной цепи ДНК. А что такое РНК? В чем заключается ее работа? РНК, или рибонуклеиновая кислота, помогает извлекать информацию из ДНК, декодировать ее и на основе принципа комплементарности создавать необходимые клеткам белки.
Всего выделяют 3 вида РНК. Каждая из них выполняет строго свою функцию.
- Информационная (иРНК) , или еще ее называют матричная. Она заходит прямо в центр клетки, в ядро. Находит в одной из хромосом необходимый генетический материал для постройки белка и копирует одну из сторон двойной цепи. Копирование происходит снова по принципу комплементарности.
- Транспортная — это небольшая молекула, у которой на одной стороне декодеры-нуклеотиды, а на другой стороне соответствующие основному коду аминокислоты. Задача тРНК — доставить в «цех», то есть в рибосому, где синтезирует необходимую аминокислоту.
- рРНК — рибосомная. Она контролирует количество белка, который продуцируется. Состоит из 2 частей — аминокислотного и пептидного участка.
Единственное отличие при декодировании — у РНК нет тимина. Вместо тимина тут присутствует урацил. Но потом, в процессе синтеза белка, при ТРНК все равно правильно устанавливает все аминокислоты. Если же происходят какие-то сбои в декодировании информации, то возникает мутация.
Репарация поврежденной молекулы ДНК
Процесс восстановления поврежденной двойной цепочки называется репарацией. В процессе репарации поврежденные гены удаляются.
Затем необходимая последовательность элементов в точности воспроизводиться и врезается обратно в то же место на цепи, откуда было извлечено. Все это происходит благодаря специальным химическим веществам — ферментам.
Почему происходят мутации?
Почему некоторые гены начинают мутировать и перестают выполнять свою функцию — хранение жизненно необходимой наследственной информации? Это происходит из-за ошибки при декодировании. Например, если аденин случайно заменен на тимин.
Существуют также хромосомные и геномные мутации. Хромосомные мутации случаются, если участки наследственной информации выпадают, удваиваются либо вообще переносятся и встраиваются в другую хромосому.
Геномные мутации наиболее серьезны . Их причина - это изменение числа хромосом. То есть когда вместо пары — диплоидного набора присутствует в кариотипе триплоидный набор.
Наиболее известный пример триплоидной мутации — это синдром Дауна, при котором личный набор хромосом 47. У таких детей образуется 3 хромосомы на месте 21-й пары.
Известна также такая мутация, как полиплодия. Но полиплодия встречается только у растений.