Биология в современном естествознании

Российская  академия государственной службы

при Президенте Российской Федерации

«Северо-Западная академия государственной службы» 
 
 
 

Юридический факультет 
 

Реферат

На  тему: «Биология в современном  естествознании»

По  дисциплине: Концепция современного естествознания 
 

Составила: Игнатенко О.А.

Группа 31 юсв

Проверил: Тарасов Н.А. 
 
 

Санкт-Петербург

2004 
 
 
 

План: 

1. Введение 3стр.

НОСИТЕЛЬ  ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ 

2. СОВРЕМЕННЫЕ БИОТЕХНОЛОГИИ 4стр.
3. ГЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 7 СТР.
4. ПРОБЛЕМА КЛОНИРОВАНИЯ 11 СТР.
5. Заключение
6. Список использованной литературы

НОСИТЕЛЬ  ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

  Структура ДНК.

  Хранение  и передачу наследственной информации в живых организмах обеспечивают природные органические полимеры —  нуклеиновые кислоты. Различают их две разновидности — дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и рибонуклеиновую кислоту (РНК). В состав ДНК входят азотистые основания (аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т), цитозин (Ц)), дезоксирибоза С₅Н₁₀О₄ и остаток фосфорной кислоты. В состав РНК вместо тимина входит урацил (У), а вместо дезоксирибозы — рибоза (С5Н10О5). Мономерами ДНК и РНК являются нуклеотиды, которые состоят из азотистых, пуриновых (аденин и гуанин) и пиримидиновых (урацил, тимин и цитозин) оснований, остатка фосфорной кислоты и углеводов (рибозы и дезоксирибозы).

  Молекулы  ДНК содержатся в хромосомах ядра клетки живых организмов, в эквивалентных  структурах митохондрий, хлоропластов, в прокариотных клетках и во многих вирусах. По своей структуре молекула ДНК похожа на двойную спираль. Структурная  модель ДНК в 
виде двойной спирали впервые предложена в 1953 г. американским биохимиком Дж. Уотсоном (р. 1928) и английским биофизиком и генетиком Ф. Криком (р. 1916), удостоенными вместе с английским биофизиком М. Уилкинсоном (р. 1916), получившим рентгенограмму ДНК, Нобелевской премии 1962 г. 

  Нуклеотиды  соединяются в цепь посредством  ковалентнйх связей. Образованные таким  образом цепи нуклеотидов объединяется в одну молекулу ДНК по всей длине  водородными связями: адениновый нуклео-тид  одной цепи соединяется с тиминовым  нуклеотидом другой цепи, а гуаниновый — с цитозиновым . При этом аденин всегда распознает только тимин и  связывается с ним и наоборот. Подобную пару образуют гуанин и цитозин. Такие пары оснований, как и нуклеотиды, называются комплементарными, а сам принцип формирования двухцепочной молекулы ДНК — принципом комплементарности. Число нуклеотидных пар, например, в организме человека составляет 3 — 3,5 млрд.

  ДНК — материальный носитель наследственной информации, которая кодируется последовательностью  нуклеотидов. Расположение четырех  типов нуклеотидов в цепях  ДНК определяет последовательность аминокислот в молекулах белка, т.е. их первичную структуру. От набора белков зависят свойства клеток и  индивидуальные признаки организмов. Определенное сочетание нуклеотидов, несущих информацию о структуре  белка, и последовательность их расположения в молекуле ДНК образуют генетический код. Ген (от греч. genos — род, происхождение) — единица наследственного материала, ответственная за формирование какого-либо признака. Он занимает участок молекулы ДНК, определяющий структуру одной молекулы белка. Совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом данного организма, называется геномом, а генетическая конституция организма (совокупность всех его генов) — генотипом. Нарушение последовательности нуклеотидов в цепи ДНК, а следовательно, в генотипе приводит к наследственным изменениям в организме—мутациям.

  Генетический  код обладает удивительными свойствами. Главное из них — триплетность: одна аминокислота кодируется тремя  рядом распо ложенными нуклеотидами — триплетом, называемым кодоном. При этом каждый кодон кодирует только одну аминокислоту. Другое не менее важное свойство — код един для всего живого на Земле. Это свойство генетического кода вместе со сходством аминокислотного состава всех белков свидетельствует о биохимическом единстве жизни, которое, по-видимому, отражает происхождение всех живых существ от единого предка.

  Для молекул ДНК характерно важное свойство удвоения — образования двух одинаковых двойных спиралей, каждая из которых  идентична исходной молекуле. Такой  процесс удвоения молекулы ДНК называется репликацией. Репликация включает в себя разрыв старых и формирование новых водородных связей, объединяющих цепи нуклеотидов. В начале репликации две старые цепи начинают раскручиваться и отделяться друг от друга. Затем по принципу комплементарности к двум старым цепям пристраиваются новые. Так образуются две идентичные двойные спирали. Репликация обеспечивает точное копирование генетической информации, заключенной в молекулах ДНК, и передает ее по наследству от поколения к поколению. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Генетические  свойства.

    Накануне открытия структуры молекулы ДНК известные биологи считали, что вторгнуться в наследственный аппарат, а тем более манипулировать с ним наука сможет лишь в XXI в. Однако, несмотря на сложность структуры и свойств наследственного материала, уже в конце XX в. родилась новая отрасль молекулярной биологии и генетики — генная инженерия, основная задача которой заключается в конструировании новых, не существующих в природе сочетаний генов. В последнее время эта отрасль называется генной технологией. Она открывает возможности выведения новых сортов культурных растений и высокопродуктивных пород животных, создания эффективных лекарственных препаратов и т.д.

Проведенные в последнее время исследования показали, что наследственный материал не стареет. Генетический анализ эффективен даже в том случае, когда молекулы ДНК принадлежат весьма далеким  друг от друга поколениям. Сравнительно недавно была поставлена задача определить, кому принадлежат останки, найденные  в захоронении под Екатеринбургом. Царской ли семье, расстрелянной  в этом городе в 1918 г.? Или слепой случай собрал в одну могилу такое  же число мужских и женских  останков? Ведь в годы гражданской  войны погибли миллионы... Образцы  останков были отправлены в английский Центр судебно-медицинской экспертизы — там уже накоплен большой  опыт генного анализа. Из костной  ткани исследователи выделили молекулы ДНК и провели анализ. С точностью 99% установлено: в исследуемой группе находятся останки отца, матери и  их трех дочерей. Но может быть, это  не царская семья? Предстояло доказать родство найденных останков с  членами английского королевского дома, с которым Романовы связаны  довольно близкими родственными узами. Анализ подтвердил Родство погибших с английским королевским домом, и служба судебно-медицинской экспертизы сделала заключение: найденные под  Екатринбургом останки принадлежат  царской семье Романовых.

  Одно  из чудес природы — неповторимая индивидуальность каждого живущего на Земле человека. «Не сравнивай  — живущий несравним» -писал О. Мандельштам. Ученым долгое время не удавалось найти ключ к разгадке индивидуальности человека. Сейчас известно, что вся информация о строении и развитии живого организма «записана» в его геноме. Генетический код, например, окраски глаз человека отличается от генетического кода окраски глаз кролика, но у разных людей он имеет  одинаковую структуру и состоит  из одних и тех же последовательностей  ДНК.

  Ученые  наблюдают огромное разнообразие белков, из которых построены живые организмы, и удивительное однообразие кодирующих их генов. Разумеется, в геноме каждого  человека должны быть какие-то области, определяющие его индивидуальность. Долгий поиск увенчался успехом  — в 1985 г. в геноме человека обнаружены особые сверхизменчивые участки  — мини-сателлиты. Они оказались  настолько индивидуальны у каждого  человека, что с их помощью удалось  получить своеобразный «портрет» его  ДНК, точнее, определенных генов. Как  же выглядит этот «портрет»? Это сложное  сочетание темных и светлых полос, похожее на слегка размытый спектр, или на клавиатуру из темных и светлых  клавиш разной толщины. Такое сочетание  полос называют ДНК-отпечатками  по аналогии с отпечатками пальцев.

  С помощью отпечатков ДНК можно  провести идентификацию личности гораздо  более точную, чем это позволяют  сделать традиционные методы отпечатков пальцев и анализ крови. Причем ответ  генной экспертизы исключает слово  «возможно». Вероятность ошибки чрезвычайно  мала. Таким эффективным методом  экспертизы уже пользуются криминалисты. С помощью ДНК-отпечатков можно  расследовать преступления не только настоящего времени, но и далекого прошлого. Генная экспертиза по установлению отцовства  — наиболее частый повод обращения  судебных органов к генетической дактилоскопии. В судебные учреждения обращаются мужчины, сомневающиеся  в своем отцовстве, и женщины, желающие получить развод на основании  того, что их муж не отец ребенка. Идентификацию материнства можно  проводить по отпечаткам ДНК матери и ребенка в отсутствие отца, и  наоборот, для установления отцовства  достаточно ДНК-отпечатков отца и ребенка. Генетиков всего мира интересуют сейчас прикладные аспекты генетической дактилоскопии. Обсуждаются вопросы  паспортизации по отпечаткам ДНК  преступников-рецидивистов, введения в картотеки следственных органов  данных об отпечатках ДНК наряду с  описанием внешности, особых примет, отпечатков пальцев. 

СОВРЕМЕННЫЕ БИОТЕХНОЛОГИИ

  Биотехнологии основаны на использовании живых организмов и биологических процессов в промышленном производстве. На их базе освоено массовое производство искусственных белков, питательных и многих других веществ. Успешно развивается микробиологический синтез ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков и т.п. С применением генных технологий и естественных биоорганических материалов синтезируются биологически активные вещества — гормональные препараты и соединения, стимулирующие иммунитет.

  Для увеличения производства продуктов  питания нужны искусственные  вещества, содержащие белки, необходимые  для жизнедеятельности живых  организмов. Благодаря важнейшим  достижениям биотехнологии в  настоящее время производится множество  искусственных питательных веществ, по многим Свойствам превосходящих  продукты естественного происхождения.

  Современная биотехнология позволяет превратить отходы древесины, соломы и другое растительное сырье в ценные питательные белки. Она включает процесс гидролизации промежуточного продукта — целлюлозы  — и нейтрализацию образующейся глюкозы с введением солей. Полученный раствор глюкозы представляет собой  питательный субстрат микроорганизмов  — дрожжевых грибков. В результате жизнедеятельности микроорганизмов  образуется светло-коричневый порошок  — высококачественный пищевой продукт, содержащий около 50% белка-сырца и  различные витамины. Питательной  средой для дрожжевых грибков  могут служить и такие содержащие сахар растворы, как паточная барда  и сульфитный щелок, образующийся при  производстве целлюлозы.

  Некоторые виды грибков превращают нефть, мазут  и природный газ в пищевую  биомассу, богатую белками. Так, из 100 т неочищенного мазута можно получить 10 т дрожжевой биомассы, содержащей 5 т чистого белка и 90 т дизельного топлива. Столько же дрожжей производится из 50 т сухой древесины или 30 тыс. м³ природного газа. Для производства данного количества белка потребовалось бы стадо коров из 10 000 голов, а для их содержания нужны огромные площади пахотных земель. Промышленное производство белков полностью автоматизировано, и дрожжевые культуры растут в тысячи раз быстрее, чем крупный рогатый скот. Одна тонна пищевых дрожжей позволяет получить около 800 кг свинины, 1,5—2,5 т птицы или 15—30 тыс. яиц и сэкономить при этом до 5 т зерна.

  Некоторые виды биотехнологий включают процессы брожения. Спиртовое брожение известно еще в каменном веке — в древнем  Вавилоне варили около 20 сортов пива. Много  столетий назад началось массовое производство алкогольных напитков. Еще одно важное достижение в микробиологии —  разработка в 1947 г. пенициллина. Двумя  годами позже на основе глутаминовой кислоты путем биосинтеза впервые  получены аминокислоты. К настоящему времени налажено производство антибиотиков, витаминно-белковых добавок к продуктам  питания, стимуляторов роста, бактериологических удобрений, средств защиты растений и др.