Ген и его свойства. Генетика и практика

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Всероссийский Заочный Финансово-Экономический Институт

Контрольная работа

По дисциплине "Концепции современного естествознания"

На тему "Ген и его свойства. Генетика и практика"

Исполнитель: Трандина Ю.А.

Преподаватель: Голубева Н.А.

Калуга 2011

Содержание

Введение

1. Понятие "ген", его основные признаки

2. Генетика как наука

3. Теоретическое и практическое значение современной генетики

Заключение

Список литературы

Введение

В современном мире невозможно представить теорию эволюции без анализа роли в ней генов, которые управляют функционированием каждой клетки, каждого живого организма. Важнейшим достижением биологии стало открытии такого понятия, как ген (от греч.genos-происхождение) и одной из перспективных наук - генетики. Это наука о наследственности и её изменчивости. Наследственность - одно из коренных свойств жизни. Она определяет воспроизведение форм в каждом последующем поколении. И если мы хотим научиться управлять развитием жизненных форм, образованием полезных и устранению вредных для нас организмов - мы должны понять сущность наследственности и причины появления новых наследственных свойств у организмов.

Исследователями были выяснены основные закономерности наследования и доказано, что наследственные факторы сосредоточены в хромосомах. Широкое развитие генетика получила в XX веке после того как исследователи обратили внимание на законы открытые Г.Менделем в 1865 году, но долгое время находившиеся без внимания. За короткое время генетика выросла в разветвлённую биологическую науку с широким кругом экспериментальных методов и направлений.

1. Понятие "ген", его основные признаки

Ген - представляет собой мельчайшую единицу наследственности, которая обеспечивает преемственность в потомстве того или иного элементарного признака организма. Генетический материал, содержащийся в клетке, образует структурно дифференцированные единицы, которые называются хромосомами. Хромосомы представляют собой агрегаты, образованные преимущественно молекулами ДНК, белка и содержащие небольшое количество РНК (рибонуклеиновые кислоты), не являющейся частью хромосомы. Наследственная информация, записанная с помощью генетического кода, хранится в молекулах ДНК и размножается для того, чтобы обеспечить вновь образуемые клетки необходимыми "инструкциями" для их развития и функционирования. Совокупность хромосомных (или ядерных) генов, составляющих так называемый геном, и генов, локализованных в цитоплазматических структурах -- митохондриях, пластидах, плазмидах, определяет генотип клетки или организма. Например, в геноме человека насчитывается около ста тысяч генов.

По своим химическим характеристикам ген представляет собой участок молекулы ДНК, в определенной структуре которого, закодирована та или иная наследственная информация. Каждый ген содержит некоторый рецепт, который обеспечивает синтез определённого белка, и таким образом совокупность генов управляет всеми химическими реакциями организма и определяет все его признаки.

Под признаком понимают единицу физиологической, биохимической, клинической и любой другой дискретности (прерывности) организмов, т.е. качество или свойство, по которому они отличаются друг от друга. Большинство особенностей клеток относится к категории сложных признаков, формирование которых требует синтеза многих веществ, в первую очередь, белков со специфическими свойствами - ферментов. Таким образом, единственный вид молекул в клетке, которые гарантируют нашу индивидуальность это ДНК.

Как у любого другого организма, в основе организма человека, лежат два набора генов. Один набор передаётся по наследству от матери, а другой набор от отца. Каждый набор содержит информацию о видовой принадлежности (показывает, что мы люди, а не животные), национальной и индивидуальной. В процессе развития человека его набор генов (генотип) взаимодействует со средой, в результате реализуется фенотип (внешний вид человека). Гены не только хранят информацию, но и работают: удваиваются, меняют своё расположение в хромосомах (рекомбинируют). И хотя весь этот процесс аккуратен и точен, тем не менее, в нём случаются сбои. Происходят мутации, которые являются источником изменчивости и основой для действия естественного отбора. Таким образом, важнейшим свойством гена является сочетание высокой устойчивости, неизменяемости в ряду поколений со способностью к наследуемым изменениям.

Предположение о существовании наследственных факторов впервые было высказано Г. Менделем в 1865 году при изучении гибридов растений, исходные формы которых различались по одному, двум или трём признакам. Он пришел к заключению, что передача признака от родителей потомству обусловлена передачей через половые клетки этих наследственных признаков, которые при скрещивании не дробятся, а передаются как нечто целое и независимо друг от друга. В 1909 г. В.Л. Иогансен предложил обозначать менделеевские наследственные факторы термином "гены".

Каждый ген занимает свое определенное место (локус) на хромосоме. Позднее Т.Х. Морганом и его сотрудниками были созданы первые хромосомные карты, на которых они показали расположение отдельных генов на хромосомах. Ген может непосредственно определять наличие какого-либо признака организма или принимать участие в формировании нескольких признаков (явление плейотропии). Однако основная масса признаков у человека формируется в результате взаимодействия многих генов (явление полигинии). Утрата гена или его изменение приводят к изменению признака, контролируемого этим геном. В то же время даже в пределах родственной группы особей, находящихся в сходных условиях существования, проявление одного и того же гена может варьировать по степени выраженности. Все это свидетельствует о том, что при формировании признаков, генотип выступает как целостная система. Отдельный признак или совокупность всех признаков организма являются результатом взаимодействия генотипа с окружающей средой. Способность гена проявлять себя тем или иным образом называют пенетрантностью гена. Такое свойство гена, как подавлять или быть подавленным - зависит от генотипической среды, в которой находится этот ген. Перенос гена в другое место хромосомы, влекущий за собой изменение его генного окружения, ведет к потере этим геном своих свойств, в т.ч. даже такого свойства, как способность доминировать. Это явление называют эффектом положения гена. При возвращении гена в прежнее положение на хромосоме его способность доминировать восстанавливается. Изучая механизмы регуляции функции гена, французские генетики Ф.Жакоб и Моно пришли к заключению, что существуют структурные и регуляторные гены. К структурным генам относятся гены, контролирующие первичную структуру информационных РНК. Регуляторные гены контролируют синтез специфических веществ, так называемых ДНК - связывающих белков, которые регулируют активность структурных генов.

По мере изучения гена, были получены доказательства того, что ген, являясь функциональной единицей, вместе с тем имеет сложное строение. Советские учёные А.С.Серебровский и Н.П.Дубинин впервые доказали это в 1929 году. Вместе со структурными и регуляторными генами в молекулах ДНК были обнаружены участки повторяющихся нуклеотидных последовательностей, функции которых не известны, а также мигрирующие нуклеотидные последовательности -- так называемые мобильные гены. Найдены также псевдогены, представляющие собой неактивные копии известных генов, но расположенные в других частях генома.

Таким образом, ген это сложная микросистема, которая обеспечивает жизнедеятельность клетки и организма в целом. Теория гена находится в постоянном развитии и является основой генетической инженерии, целью которой является создание организмов с новыми наследственными свойствами.

2. Генетика как наука

Объектом изучения одной из перспективных отраслей биологической науки - генетики, являются гены. Генетика раскрывает сущность того, каким образом каждая живая форма воспроизводит себя в следующем поколении, как и в каких условиях, возникают наследственные изменения, передающиеся потомкам. Она является основой для разработки методов селекции, т.е. создания новых пород животных, видов растений, микроорганизмов с нужными человеку признаками. Очень давно люди начали понимать, что некоторые физические признаки могут передаваться от одного поколения другому. На протяжении многих веков они пользовались генетическими методами для улучшения домашних животных и возделываемых растений, не имея представления о механизмах, лежащих в основе этих методов.

Основоположником генетики принято считать чешского монаха Г. Менделя. Он был учителем физики и естествознания в обычной средней школе, а всё своё свободное время отдавал выращиванию растений в саду монастыря. Мендель занимался этим не из гастрономических интересов, а для изучения закономерностей наследования признаков. Скрещивание растений проводились и до Менделя, но никто не делал попыток как-то проанализировать свои результаты.

Мендель взял семена гороха с пурпурными цветками и семена, у которых цветки были белые. Когда из них выросли растения и зацвели, он удалил из пурпурного цветка тычинки и перенёс на его пестик пыльцу белого цветка. Образовались семена, которые Мендель следующей весной опять посадил на своём огороде. Когда семена взошли, результат превзошёл все ожидания: растения оказались с пурпурными цветками, среди них не было ни одного белого. Так Мендель повторял несколько раз, но результат был один и тот же. Был сделан вывод - гибриды всегда приобретают один из родительских признаков.

Важнейший результат опытов Менделя: в гибридах, полученных от скрещивания растений с разными признаками, не происходит никакого растворения признаков, а один признак (более сильный, или, как назвал его Мендель, доминантный) подавляет другой (более слабый или рецессивный). Но Мендель не остановился на достигнутом. Он взял и скрестил между собой пурпурные растения гороха, полученные в результате этого опыта. В результате из бутонов появились и пурпурные, и белые цветки. Признак белой окраски, исчезнувшей после первого скрещивания, вновь проявил себя. Самым интересным было то, что растений с пурпурными цветками было ровно в 3 раза больше, чем с белыми. Похожие результаты были получены ещё в четырёх опытах, и во всех случаях отношение доминантных и рецессивных признаков после второго скрещивания составляло в среднем 3:1.

В начале развития генетики её целью было выявление общих законов передачи признаков от одного поколения другому. Затем перед ней была поставлена новая задача - выявить механизмы, лежащие в основе этих законов и связать их с микроструктурами клетки. Потом возник вопрос, каким образом свойства наследственного вещества и содержащаяся в нём информация могут перевоплощаться в признаки развивающегося организма. Классическая генетика породила генетику молекулярную.

Перед генетикой стоит масса задач, например: как хранится генетическая информация у различных организмов (вирусов, бактерий, растений, животных и человека), каковы способы передачи наследственной информации от одного поколения клеток к другому, как влияет среда обитания на индивидуальное развитие и каковы способы устранения повреждений генетической информации. Для решения этих задач наука использует разные методы исследования.

1. Метод гибридологического анализа - производится анализ закономерностей наследования отдельных признаков и их свойств при половом размножении, а также анализ изменчивости генов. Этот метод был разработан Г.Менделем.

2. Цитогенетический метод - позволяет изучать кариотип клеток и выявлять хромосомные мутации.

3. Генеалогический метод - изучает родословную и позволяет установить тип наследования различных признаков.

4. Близнецовый метод - основан на изучении близнецов с одинаковыми генотипами, что позволяет выяснить влияние среды на формирование признаков.

5. Биохимический метод - изучает активность ферментов и химический состав клеток.

6. Популярно-статистический метод - основан на определении частоты встречаемости различных генов в популяции, что позволяет рассчитать количество гетерозиготных организмов и таким образом прогнозировать количество особей с патологическим проявлением действия гена.

Каждая из отраслей генетики имеет свои методы исследований и цели, хотя все они взаимосвязаны. Вся история генетики - это величайший пример единства науки и практики. За последние годы были созданы и продолжают, совершенствоваться методы генетической инженерии и биотехнологии, позволяющие по-новому решать многие коренные задачи не только биологии и генетики, но и многих других наук и отраслей промышленности. И то, что прежде могло многим показаться фантастикой, становится теперь реальным, повседневным делом.

эволюция ген наследственность клетка

3. Теоретическое и практическое значение современной генетики

Современная генетика и её глубокое проникновение в тайны механизмов наследственности явилось свидетельством универсального единства живой природы.

Крупнейшим достижением стала расшифровка генома человека, определение числа генов и составление генетических карт хромосом, а также выяснениё причин мутирования генов. В будущем это даст возможность понимании причин различных заболеваний. В настоящее время нет такой отрасли биологии, которая развивалась бы, не учитывая и не используя данные генетических исследований. Активная работа учёных привела к выделению в качестве самостоятельной отрасли генетики - генной инженерии, целью которой стало конструирование новых, не существующих в природе генов.

В применении к человеку генная инженерия могла бы применяться для лечения наследственных заболеваний. Однако существует разница между лечением пациента и изменением генома его потомков. В настоящее время эффективные методы изменения генома человека находятся на стадии разработки. Наиболее важной областью генетики для практических задач здравоохранения человека является медицинская генетика. Она исследует распространение, течение наследственных болезней, вырабатывает методы диагностики и лечения, профилактики и реабилитации больных наследственными заболеваниями, а также изучает механизмы наследственной предрасположенности. Ежегодно в мире рождается около полутора миллионов детей с наследственными болезнями мутагенного характера. Установлено, что именно с патологиями наследственного аппарата связана предрасположенность к таким тяжелым заболеваниям, как туберкулез, полиомиелит, рак. Известны вызываемые теми же факторами дефекты психики -- эпилепсия, слабоумие, шизофрения и т.п. Благодаря разработкам медицины человек научился бороться с очень многими заболеваниями, ранее уносившими жизни. С помощью современных технологий удалось получить впечатляющие результаты: ряд эффективных лекарств, например инсулин, сыворотку против гепатита и др. Хотя и в небольшом масштабе, но генная инженерия уже используется для того, чтобы дать шанс забеременеть женщинам с некоторыми разновидностями бесплодия. Для этого используют яйцеклетки здоровой женщины. Ребёнок в результате наследует генотип от одного отца и двух матерей.

При помощи генной инженерии можно было бы получать потомков с улучшенной внешностью, умственными и физическими способностями, характером и поведением. Но на пути подобных преобразований человечеству необходимо решить множество моральных и этических проблем. Немало домыслов появилось в последнее время относительно нового способа "изготовления" людей путём клонирования. Предполагается, что искусственно созданные организмы могут быть опасными для ныне существующих. Появление их в природе может вызвать бесконтрольное размножение этих организмов, вытеснение ими естественных обитателей. Не исключено, что трансгенные организмы могут также вызвать эпидемии неизвестных ранее болезней животных и человека, и нарушить равновесие в природе. В тоже время трансплантация клонируемых органов способна спасти миллионы людей, умирающих по всему миру из-за дефицита органов. Важным следствием трансплантации клонируемых частей тела может стать пересадка утраченных органов: рук, ног, глаз и т.д. Следует отметить, что общественность не однозначно реагирует на эти достижения науки. Так некоторые религиозные деятели и многие специалисты по этике считают морально не допустимыми подобные эксперименты.

Большое значение имеют и другие генетические дисциплины. С помощью трансгенных технологий получено множество продуктов сельского хозяйства. Наиболее распространённой культурой является соя, на втором месте - кукуруза, а затем хлопок и картофель. Одни считают, что генетически модифицированные растения имеют ряд преимуществ. Они менее прихотливы, более устойчивы к болезням, насекомым-вредителям, отличаются повышенной урожайностью и вкусовыми качествами. Мировые лидеры в выращивании таких культур это США, Аргентина и Китай. Некоторые такие продукты ввозятся в Россию, например: соевый лецитин (Е322), применяется, как эмульгатор в кондитерской промышленности, модифицированный картофель используется для приготовления чипсов. Законодательные органы Европейского союза потребовали принятия закона, согласно которому, все пищевые продукты, имеющие чужеродные гены должны иметь специальные этикетки. Противники трансгенных технологий считают, что традиционная селекция проводится между сортами одного или нескольких близких видов, а трансгенные методы перемещают гены от одних видов в другие, нарушая при этом все установленные границы между живыми организмами. Это приводит к появлению принципиально новых организмов с изменённой программой наследственности. Их семена и пыльца обязательно попадут в естественную среду и вызовут изменения, последствия которых непредсказуемы.

Огромный вклад в развитие современной генетики, селекции, в создание новых сортов растений, пород животных, борьбу с их болезнями, а также болезнями человека внесли отечественные биологи: Н.И.Вавилов, И.В.Мичурин, Н.П.Дубинин и др. Достижения генетиков открыли дорогу для познания сущности жизни, новых способов изменения её сложившихся форм.

Заключение

В заключении можно подвести итог, что генетика - сравнительно молодая наука, но перед ней стоят очень серьёзные для человека и всего человечества проблемы. Несомненно, многое остаётся неизученным, например процесс возникновения злокачественных опухолей или причины мутаций. Так генетика очень важна для решения многих медицинских вопросов. Особую роль играет генетика в фармацевтической промышленности. Хотелось бы отметить моё отрицательное отношение к продукции получаемой современными методами селекции, а в частности генной инженерией. Поэтому именно своей важностью для решения многих проблем человека вызвана острая необходимость в дальнейшем развитии генетики.

Список литературы

1. Концепции современного естествознания. /Под редак. В.Н.Лавриненко и В.П.Ратникова. - М.,2004./

2. Концепции современного естествознания. Учебное пособие. /Под редак. В.П.Романова. - М.,2008/

3. Очерки о генетике./ Н.П.Дубинин - М.,1985/

4. Горизонты генетики. /Н.П.Дубинин - М.,1985/

5. Биология и общие закономерности. /В.Б.Захаров - М.,1996/

6. История биологии с начала XX века и до наших дней. - М.,1935

7. Общая теория жизни./Г.А.Югай - М.,1985/

Размещено на Allbest.ru