Биология. О генетической функции ДНК говорят следующие факты
 Скачать 25.74 Kb.
|
|
1.Открыты нуклеиновые кислоты швейцарским биохимиком Ф. Мишером в 1869 году в ядрах клеток гноя (лейкоцитов) и сперматозоидов. В 1891 году немецкий биохимик А. Кессель показал, что нуклеиновые кислоты состоят из остатков сахара, фосфорной кислоты и четырех азотистых оснований, являющихся производными пурина и пиримидина. Он же впервые доказал существование двух типов нуклеиновых кислот – ДНК и РНК. В 1953 году американским биохимиком и генетиком Дж. Уотсоном и английским физиком Ф. Криком была предложена модель двойной спирали ДНК. Эта дата официально считается днем рождения новой отрасли биологической науки – молекулярной биологии. Однако объяснить природу трансформирующего фактора Ф. Гриффит не смог. Это сделали американские ученые О. Эйвери, Дж. Мак – Леод, М. Мак – Карти в 1944 году. Они показали, что очищенные экстракты ДНК пневмококков могут вызвать трансформацию бактерий. Очищенный трансформирующий агент содержал небольшое количество белков. Протеолитические ферменты его не инактивировали, а дезоксирибонуклеаза – инактивировала. Своими блестящими экспериментами они показали, что ДНК – то вещество, которое изменяет генетическую информацию. кончательно этот вопрос был решен в экспериментах на вирусах бактерий - бактериофагах в 1948 – 1952гг. Бактериофаги имеют очень простое строение: они состоят из белковой оболочки и молекулы нуклеиновой кислоты. Это делает их идеальным материалом для изучения вопроса о том, что служит генетическим материалом – белок или ДНК. В опытах с мечеными соединениями А. Херши и М. Чейз(1952г.) было убедительно показано, что ДНК является носителем генетической информации, так как вирус впрыскивает её в тело бактериальной клетки, а белковая «оболочка» остается снаружи (рис.2). О генетической функции ДНК говорят следующие факты: 1. Локализация ДНК почти исключительно в хромосомах. 2.Постоянство числа хромосом в клетках одного вид равное 2n. 3.Постоянство количества ДНК в клетках одного вида равное 2С или 4С, в зависимости от стадии клеточного цикла. 4. Уменьшенное вдвое количество ДНК в ядрах половых клеток. 5.Влияние мутагенов на химическую структуру ДНК. 6. Явление генетической рекомбинации у бактерий при их конъюгации. 7. Явление трансдукции – перенос генетического материала от одного штамма бактерий в другой с помощью ДНК фага. 8. Инфицирующая функция изолированной нуклеиновой кислоты вирусов. 2. Нуклеиновые кислоты - фосфорсодержащие биополимеры живых организмов, обеспечивающие хранение и передачу наследственной информации. Открыты они в 1869 г. швейцарским химиком Ф. Мишером в ядрах лейкоцитов. Впоследствии нуклеиновые кислоты были обнаружены во всех растительных и животных клетках, бактериях, вирусах и грибах. В природе существуют два вида нуклеиновых кислот - дезоксирибонуклеиновая (ДНК) и рибонуклеиновые (РНК) Различие в названиях объясняется тем, что молекула ДНК содержит пятиуглеродный сахар дезоксирибозу, а молекула РНК - рибозу. В настоящее время известно большое число разновидностей ДНК и РНК, отличающихся друг от друга по строению и значению в метаболизме. ДНК локализуется преимущественно в хромосомах клеточного ядра (99 % всей ДНК клетки), а также в митохондриях и хлоропластах. РНК, кроме ядра, входит в состав рибосом, цитоплазмы, пластид и митохондрий. Функции ДНК Функцией ДНК является хранение, передача и воспроизведение в ряду поколений генетической информации. В ДНК любой клетки закодирована информация о всех белках данного организма, о том, какие белки и в какой последовательности будут синтезироваться.
3. Изучение химической организации хромосом эукариотических клеток показало, что они состоят в основном из ДНК и белков, которые образуют нуклеопротеиновый комплекс—хроматин, получивший свое название за способность окрашиваться основными красителями. Как было доказано многочисленными исследованиями (см. § 3.2), ДНК является материальным носителем свойств наследственности и изменчивости и заключает в себе биологическую информацию — программу развития клетки, организма, записанную с помощью особого кода. Количество ДНК в ядрах клеток организма данного вида постоянно и пропорционально их плоидности. В диплоидных соматических клетках организма ее вдвое больше, чем в гаметах. Увеличение числа хромосомных наборов в полипловдных клетках сопровождается пропорциональным увеличением количества ДНК в них. Белки составляют значительную часть вещества хромосом. На их долю приходится около 65% массы этих структур. Все хромосомные белки разделяются на две группы: гистоны и негистоновые белки. 4. Репликация — это механизм самокопирования и основное свойство наследственного материала, которым выступают молекулы ДНК. Особенностью ДНК является то, что обычно ее молекулы состоит из двух комплементарных друг другу цепей, образующих двойную спираль. В процессе репликации цепи материнской молекулы ДНК расходятся, и на каждой строится новая комплементарная цепь. В результате из одной двойной спирали образуется две, идентичные исходной. Т. е. из одной молекулы ДНК образуются две, идентичные матричной и между собой. 5. Репаративный синтез ДНК. В процессе жизнедеятельности под действием различных факторов в ДНК возникают повреждения, некоторые из них могут ликвидироваться благодаря репарации ДНК. Механизм репарации ДНК изучен на кишечной палочке. При воздействии на культуру кишечной палочки ультрафиолетовыми лучами на нити ДНК возникают повреждения - димеры (цитозин-цитозин, цитозин-тимин, чаще всего возникают димеры тимина, соединенные через атомы углерода и представляющие собой наиболее стойкие соединения). Димеры тимина приводят культуру кишечной палочки к гибели, если ее поместить в темноту. На свету димеры тимина расщепляются под действием фермента на два тнмина, тем самым, восстанавливая структуру ДНК, это явление называется световая фотореактивация. Исправляются повреждения, возникшие под действием ультрафиолетовых лучей. Повреждения, возникшие под влиянием других факторов (ионизирующая радиация, химические вещества и др.) исправляется в результате темновой фазы репарации. Она осуществляется в 5 этапов:
6. Является быстрым и весьма чувствительным[1]. Метод ДНК-комет — это метод регистрации повреждения ДНК и изучения репарации на уровне одиночных клеток. Метод способен выявлять разрывы нитей ДНК в отдельных клетках. Является быстрым и весьма чувствительным Постановка метода[править | править код]Проводится иммобилизация, подвергнутых воздействию изучаемого фактора клеток в низкоплавкой агарозе, нанесенной на предметное стекло для микроскопии. Обработка образцов в буфере с высоким содержанием соли приводит к лизису клеточных мембран и экстракции белков. Молекулы ДНК разделяют электрофорезом, треки ДНК визуализируют посредством окрашивания флуоресцентным красителем, после чего образцы изучают микроскопически. При наличии разрывов ДНК нарушается структурная организация хроматина и утрачивается сверхспирализация ДНК, что приводит к релаксации этой биомакромолекулы, формируются фрагменты ДНК, не связанные с клеткой. В электрическом поле релаксированные петли и фрагменты ДНК вытягиваются по направлению к аноду, что и придает наблюдаемым объектам вид «комет» (отсюда и произошло название «comet assay», ставшее общеупотребительным). Количество ДНК, мигрировавшей по направлению к аноду и определяемое микрофотометром, может использоваться в качестве показателя, характеризующего уровень повреждений ДНК в изучаемых клетках. «Кометы» анализируют либо путём визуального наблюдения и дифференциации «комет» по степени поврежденности ДНК, либо с использованием компьютерных программных средств обработки изображений. Последний метод анализа «комет» особенно необходим для объективной оценки влияния небольшой концентрации повреждающего агента, или для выявления незначительных различий между субпопуляциями клеток[1]. |