Система воспроизведения материальных основ жизни

 

     
    Министерство  образования и науки

    Государственное образовательное учреждение

    высшего профессионального образования

    ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ УПРАВЛЕНИЯ

    ИНСТИТУТ  ЗАОЧНОГО ОБУЧЕНИЯ

    Кафедра     естествознания 
     

    Контрольное задание

    РЕФЕРАТ

    по  дисциплине «Концепции современного естествознания»

       тема  «Система воспроизведения  материальных основ жизни» 

    Выполнил(а) студент(ка)  Скарлыгин Олег Владимирович

    заочной формы  обучения

    специальности Менеджмент организации

    специализации  Управление в здравоохранении

    __1__ курса _____________ группы

    № студенческого  билета

    (зачетной  книжки)  0281      ____________        ________________________

                                                                        (подпись)                 (инициалы, фамилия)

    Проверил преподаватель

    _____________________                  ______________         _________________________

    (ученая  степень, звание)                         (подпись)                 (инициалы, фамилия) 

     
        Москва  – 2011

 
 

Содержание.

Введение

1. Генетика и Эволюция

2. Физические  и химические основы явлений  наследственности

3. Генетический код

4. Размножение.

5. Заключение. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

Жизнь - это высшая по сравнению с физической и химической форма существования материи. Живые объекты отличаются от неживых обменом веществ - непрерывным условием жизни, способностью к размножению, росту, активной регуляции своего состава и функций, к различным формам движения, раздражимостью, приспособляемостью к среде и т. д. 
Система воспроизведения содержит в закодированном виде полную информацию для построения из запасенного клеткой органического вещества нужного в данный момент белка. Она же управляет механизмом извлечения и реализации программной информации. Свои функции система воспроизведения осуществляет посредством полимерных соединений — полинуклеотидов. Здесь ключевая роль принадлежит дезоксирибонуклеиновой кислоте (ДНК) и рибонуклеиновой кислоте (РНК). ДНК хранит генетическую информацию, а РНК воспроизводит ее и переносит в среду, содержащую необходимые для синтеза белка исходные вещества.

Это определение и является основой для изучения и разбора в этой работе. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   1. ГЕНЕТИКА И ЭВОЛЮЦИЯ. 

   Генетика изучает два фундаментальных свойства живых систем - наследственность и изменчивость.

   На  сегодня известно, что гены и хромосомы (генотип — совокупность наследственных структур) определяют фенотип -совокупность всех признаков организма, который является результатом взаимодействия генотипа и окружающей Среды (питание., температура, радиация и др.).

   Перестройку гена называют мутацией.

   Новый организм, носитель мутации — мутант, а факторы, вызывающие эти изменения, — мутагены.

   Наиболее  сильное влияние из факторов окружающей Среды (в сотни раз сильнее  других) оказывают радиоактивные  элементы, а количество мутаций пропорционально дозе облучения, что доказал американский генетик К. Миллер, работавший с лучами Рентгена (В. Рентген (1845—1923), немецкий физик).

   В познании закономерностей наследственности существенную роль сыграл чешский исследователь Г. Мендель (1822 -18 84), сформулировавший законы наследственности. Доказано, что признаки организмов определяются дискретными наследственными факторами.

   Хромосома любого организма содержит длинную  непрерывную цепь ДНК, несущую множество генов.

   Установлены принципиальные их характеристики, имеющие всеобщее и фундаментальное значение, например дискретность и линейное расположение в хромосоме. Другие определенные закономерности, например расщепление признаков в потомстве гибридов, отмечены только у диплоидных эукариотических организмов.

   Методы  генетического анализа очень  разнообразны, одним из первых является гибридологический. Суть его заключается  в скрещивании организмов, отличающихся друг от друга по одному или нескольким признакам, и детальном анализе потомства.

   Такие исследования позволили Г. Менделю  сформулировать законы наследования.

   Первый, или закон единообразия:

   У гибридов первого поколения проявляются  признаки только одного родителя (доминантный признак), не проявляющиеся при этом признаки Мендель назвал рецессивными.

   Второй, или закон расщепления:

   В потомстве, полученном от скрещивания  гибридов первого поколения, наблюдается  явление расщепления; в случае полного доминирования четверть особей из гибридов второго поколения имеет рецессивный признак, три четверти — доминантный.

   Третий  или закон независимого комбинирования:

   Расщепление по каждой паре генов идет независимо от других пар генов. Этот закон справедлив только в случаях независимого наследования, когда гены, отвечающие за эти признаки, расположены в разных парах гомологичных хромосом.

   Понятие наследования признака употребляют  обычно как образное выражение, так  как наследуется лишь ген, отвечающий за этот признак.  Признаки формируются в ходе индивидуального развития организма и обусловливаются генотипом и влиянием внешней среды.

   Законы  генетики носят статистический характер, так как при образовании зиготы сочетание генов имеет случайный  характер, а ожидаемый результат скрещивания будет выполняться тем точнее, чем больше число потомков.

   Признаки  организма (способы их описания с  целью различия) можно разделить на две группы — качественные и количественные.

   Качественными называют признаки, устанавливаемые описательным (биологическим) путем (окраска, форма, масть, половые различия). Наследование качественных признаков происходит по законам Менделя.

   Изменчивость (разнообразие) в целом носит не только качественный, но и количественный характер, который определяется измерением (яйценоскость, масса семян...), Большинство признаков, важных при разведении животных и выращивании растений, носит количественный характер.

   Живые организмы постоянно испытывают воздействие разнообразных факторов Среды обитания. Среда может влиять на формирование как количественных, так и качественных признаков. Среда приводит к естественному отбору как фактору эволюции в результате борьбы за существование. Он основывается на преимущественном выживании наиболее приспособленных особей каждого вида и гибели менее приспособленных. Под борьбой за существование понимают внутривидовую и межвидовую конкуренцию, отношения хищник-жертва, взаимодействие с абиотическими факторами Среды и т. д. Однако наряду с конкуренцией существует и взаимопомощь у особей в пределах вида.

   В процессе эволюции происходит направленное изменение фенотипа и генотипа вследствие размножения организмов. Приспособленность к определенным условиям Среды не означает прекращения естественного отбора в популяций. Существует форма отбора, которая постоянно исключает уклоняющихся от нормы особей, — так называемый стабилизирующий отбор.

   К середине XX века эволюционная теория Дарвина была дополнена следующими положениями: отрицание наследования приобретенных признаков; доказательство постепенности эволюционного процесса; осознание эволюции как процесса, протекающего на популяционном уровне; подтверждение фундаментальной роли естественного отбора; выявление механизмов наследственной изменчивости и оценка ее вклада в эволюционный процесс; установление эволюционных закономерностей — онтогенеза (индивидуального развития организма).

   Как резюмировал Вернадский, "Живой, динамический процесс бытия, науки, связывающий прошлое с настоящим, стихийно отражается в среде обитания человечества, является все растущей геологической силой, превращающей биосферу в ноосферу. Это природный процесс, независимый от исторических случайностей".

   Законы  эволюции требуют дальнейшего изучения, но существуют современные гипотезы, подкрепленные фактами палеонтологии, биогеографии, сравнительной эмбриологии и биохимии.

   Рассматривая эволюцию на молекулярном уровне, можно сказать, что направленная эволюция обусловливает развитие популяции молекул в определенном направлении, благодаря циклам селекции, амплификации и мутаций.

   Молекулярный  биолог может читать гены какого-либо организма как исторический документ, свидетельствующий о его эволюции, но написанный химическим языком (структура молекулы ДНК). В настоящее время исследуется и сам механизм, производящий эволюционные изменения.          Разработанные математические модели эволюции позволяют выявить общие закономерности эволюции различных систем. Они опираются на теорию информации и самоорганизации.

   Современные данные палеонтологии говорят о  квантовом характере видообразования. В соответствии с геологическим  временем этот процесс почти мгновенен. Анализ уравнений популяционной генетики показывает, что процесс видообразования похож на фазовый переход.

   Биология  как наука о жизни

 

     

2. Физические и химические  основы явлений  наследственности

Революция в  генетике была подготовлена всем ходом могущественного развития идей и методов менделизма и хромосомной теории наследственности. Уже в недрах этой теории было показано, что существуют явления трансформаций у бактерий; что хромосомы - это комплексные компоненты, состоящие из белка и нуклеиновой кислоты. Молекулярная генетика - это истинное детище всего XX века, которое на новом уровне впитало в себя прогрессивные итоги развития хромосомной теории наследственности, теории мутации, теории гена, методов цитологии и генетического анализа. На путях молекулярных исследований в течение последних 20 лет генетика претерпела по истине революционные изменения. Она является одной из самых блестящих участниц в общей революции современного естествознания. Благодаря ее развитию появилась новая концепция о сущности жизни, в практику вошли новые могущественные методы управления и познания наследственности, оказавшие влияние на сельское хозяйство, медицину и производство

Основным в  этой революции было раскрытие молекулярных основ наследственности. Оказалось, что сравнительно простые молекулы дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) несут в своей структуре запись генетической информации. Эти открытия создали единую платформу генетиков.

Оказалось, что  генетическая информация действует  в клетке по принципам управляющих систем, что ввело в генетику во многих случаях язык и логику кибернетики.

Вопреки старым воззрениям на всеобъемлющую роль белка  как основу жизни, эти открытия показали, что в основе преемственности  жизни лежат молекулы нуклеиновых  кислот. Под их влиянием в каждой клетке формируются специфические белки. Управляющий аппарат клетки собран в ее ядре, точнее - в хромосомах, из линейных наборов генов. Каждый ген, являющийся элементарной единицей наследственности, вместе с тем представляет собой сложный микромир в виде химической структуры, свойственной определенному отрезку молекулы ДНК.

Таким образом, современная генетика открывает  перед человеком сокровенные  глубины организации и функций  жизни. Как всякие великие открытия, хромосомная теория наследственности, теория гена и мутаций (учения о формах изменчивости генов и хромосом) оказывали глубокое влияние на жизнь. Развитие физико-химической сущности явления наследственности неразрывно связано с выяснением материальных основ всех явлений жизни. В явлении жизни нет ничего кроме атомов и молекул, однако, форма их движения качественно специфична. Наследственность не автономное, независимое свойство, оно неотделимо от проявления свойств клетки в целом.

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.