جذبت قوانين الوراثة انتباه الإنسان منذ الوقت الذي اتضح فيه لأول مرة أن الجينات هي شيء مادي أكثر من بعض القوى العليا. يعرف الإنسان المعاصر أن الكائنات الحية لديها القدرة على التكاثر على غرار نفسها ، بينما يتلقى النسل سمات وخصائص محددة متأصلة في والديهم. يتحقق التكاثر بسبب القدرة على نقل المعلومات الجينية بين الأجيال.
النظرية: لا يمكنك الحصول على الكثير
بدأ التحقيق في قوانين الوراثة بنشاط فقط مؤخرًا نسبيًا. تم اتخاذ خطوة رائعة إلى الأمام في هذا الشأن في القرن الماضي ، عندما طرح ساتون وبوفيري فرضية جديدة للجمهور. ثم اقترحوا أن الكروموسومات ربما تحمل بيانات وراثية. بعد ذلك بقليل ، سمحت التكنولوجيا بالدراسة الكيميائية لتكوين الكروموسوم. كشفتوجود مركبات نووية محددة للبروتينات. تبين أن البروتينات متأصلة في مجموعة كبيرة ومتنوعة من الهياكل وخصائص التركيب الكيميائي. لفترة طويلة ، اعتقد العلماء أن البروتينات هي الجانب الرئيسي الذي يضمن نقل البيانات الجينية بين الأجيال.
قدمت عقود من البحث حول هذا الموضوع نظرة ثاقبة جديدة لأهمية الحمض النووي للخلية. كما كشف العلماء ، فإن هذه الجزيئات فقط هي التي تحمل ماديًا للمعلومات المفيدة. الجزيئات هي عنصر من عناصر الكروموسوم. اليوم ، تقريبًا أي من مواطنينا الذين تلقوا تعليمًا عامًا ، وكذلك سكان العديد من البلدان الأخرى ، يدركون جيدًا مدى أهمية جزيئات الحمض النووي للإنسان ، التطور الطبيعي لجسم الإنسان. يتخيل الكثيرون أهمية هذه الجزيئات من حيث الوراثة.
علم الوراثة كعلم
علم الوراثة الجزيئي ، الذي يتعامل مع دراسة الحمض النووي للخلية ، له اسم بديل - الكيمياء الحيوية. تم تشكيل هذا المجال من العلوم عند تقاطع الكيمياء الحيوية وعلم الوراثة. يعد الاتجاه العلمي المشترك مجالًا إنتاجيًا للبحث البشري ، والذي زود المجتمع العلمي بكمية كبيرة من المعلومات المفيدة التي لا تتوفر للأشخاص المشاركين فقط في الكيمياء الحيوية أو علم الوراثة. تتضمن التجارب التي أجراها متخصصون في هذا المجال العمل مع العديد من أشكال الحياة والكائنات من مختلف الأنواع والفئات. وأهم النتائج التي حصل عليها المجتمع العلمي هي نتيجة دراسة الجينات البشرية ، فضلا عن مختلفالكائنات الدقيقة. من بين هذه الأخيرة ، من بين أهمها Eisheria coli ، و lambda phages لهذه الميكروبات ، و neurospore crassa fungi و Saccharomyces cerevisia.
القواعد الجينية
لفترة طويلة لا يشك العلماء في أهمية الكروموسوم في نقل المعلومات الوراثية بين الأجيال. كما أظهرت الاختبارات المتخصصة ، تتكون الكروموسومات من الأحماض والبروتينات. إذا أجريت تجربة تلطيخ ، فسيتم إطلاق البروتين من الجزيء ، لكن NA سيبقى في مكانه. لدى العلماء قدر أكبر من الأدلة التي تسمح لنا بالحديث عن تراكم المعلومات الجينية في ناغورني كاراباخ. من خلالهم تنتقل البيانات بين الأجيال. الكائنات الحية المكونة من الخلايا ، الفيروسات التي تحتوي على الحمض النووي ، تتلقى المعلومات من الجيل السابق من خلال الحمض النووي. تحتوي بعض الفيروسات على الحمض النووي الريبي. هذا الحمض هو المسؤول عن نقل المعلومات. الحمض النووي الريبي ، الحمض النووي عبارة عن NK ، والتي تتميز ببعض التشابه الهيكلي ، ولكن هناك أيضًا اختلافات.
بدراسة دور الحمض النووي في الوراثة ، وجد العلماء أن جزيئات هذا الحمض تحتوي على أربعة أنواع من مركبات النيتروجين و deoxyribose. بسبب هذه العناصر ، يتم نقل المعلومات الجينية. يحتوي الجزيء على مواد البيورين ، مجموعات الأدينين ، الجوانين ، بيريميدين الثايمين ، السيتوزين. العمود الفقري الجزيئي الكيميائي هو مخلفات السكر بالتناوب مع بقايا حمض الفوسفوريك. كل بقايا لها ارتباط بصيغة الكربون من خلال السكريات. قواعد النيتروجين ملحقة على الجانبين لبقايا السكر.
الأسماء والتواريخ
علماء ،من خلال التحقيق في الأسس البيوكيميائية والجزيئية للوراثة ، تمكنوا من تحديد السمات الهيكلية للحمض النووي فقط في الثالث والخمسين. تم تعيين تأليف المعلومات العلمية إلى كريك ، واتسون. لقد أثبتوا أن أي DNA يأخذ في الاعتبار الصفات البيولوجية المحددة للوراثة. عند بناء نموذج ، عليك أن تتذكر مضاعفة الأجزاء والقدرة على التراكم ونقل المعلومات الوراثية. من المحتمل أن يكون الجزيء قادرًا على التحور. جعلت المكونات الكيميائية ، مزيجها ، إلى جانب مناهج دراسات حيود الأشعة السينية ، من الممكن تحديد التركيب الجزيئي للحمض النووي باعتباره الحلزون المزدوج. يتكون من نصفين من النوع اللولبي المضاد. يتم تعزيز العمود الفقري للسكر والفوسفات بروابط هيدروجينية.
في دراسة الأساس الجزيئي للوراثة والتنوع ، تعتبر أعمال Chargaff ذات أهمية خاصة. كرس العالم نفسه لدراسة النيوكليوتيدات الموجودة في بنية الحمض النووي. كما كان من الممكن الكشف ، كل عنصر من هذا القبيل يتكون من قواعد النيتروجين وبقايا الفوسفور والسكر. تم الكشف عن تطابق المحتوى المولي من الثايمين والأدينين ، وتم إنشاء تشابه هذه المعلمة بين السيتوزين والجوانين. كان من المفترض أن كل بقايا من الثايمين لها أزواج من الأدينين ، وبالنسبة للجوانين يوجد سيتوزين.
نفسه لكن مختلف جدا
بدراسة الأحماض النووية كأساس للوراثة ، قرر العلماء أن الحمض النووي ينتمي إلى فئة النيوكليوتيدات التي تتكون من العديد من النيوكليوتيدات. أكثر تسلسلات العناصر التي لا يمكن التنبؤ بها في سلسلة ممكنة. من الناحية النظرية ، لا يوجد في التنوع التسلسليقيود. يحتوي الحمض النووي على صفات محددة مرتبطة بالتسلسلات المزدوجة لمكوناته ، ولكن يحدث الاقتران الأساسي وفقًا للقوانين البيولوجية والكيميائية. يتيح لك ذلك التحديد المسبق لتسلسل سلاسل مختلفة. هذه النوعية تسمى التكامل. يشرح قدرة الجزيء على إعادة إنتاج بنيته بشكل مثالي.
عند دراسة الوراثة والتنوع من خلال الحمض النووي ، اكتشف العلماء أن الخيوط التي تشكل الحمض النووي هي قوالب لتشكيل الكتل التكميلية. لحدوث رد فعل ، الجزيء يرتاح. العملية مصحوبة بتدمير الروابط الهيدروجينية. تتفاعل القواعد مع المكونات التكميلية ، مما يؤدي إلى توليد روابط محددة. بعد تثبيت النيوكليوتيدات ، يحدث الارتباط المتبادل للجزيء ، مما يؤدي إلى ظهور تكوين متعدد النيوكليوتيدات جديد ، يتم تحديد تسلسل أجزاء منه مسبقًا بواسطة مادة البداية. هكذا يظهر جزيئين متطابقين مشبعين بمعلومات متطابقة.
نسخة طبق الأصل: ضامن الدوام والتغيير
الموصوف أعلاه يعطي فكرة عن تطبيق الوراثة والتنوع من خلال الحمض النووي. تشرح آلية النسخ سبب وجود الحمض النووي في كل خلية عضوية ، في حين أن الكروموسوم عبارة عن عضو عضوي فريد يتكاثر كميًا ونوعيًا بدقة استثنائية. لم تكن طريقة التوزيع الحقيقي هذه مجدية حتى تم إنشاء حقيقة البنية التكميلية المزدوجة للجزيء.كريك ، واتسون ، بعد أن افترض سابقًا ماهية التركيب الجزيئي ، تبين أنه صحيح تمامًا ، على الرغم من أن العلماء بدأوا بمرور الوقت في الشك في صحة رؤيتهم لعملية النسخ المتماثل. في البداية ، كان يعتقد أن الحلزونات من سلسلة واحدة تظهر في وقت واحد. من المعروف أن الإنزيمات التي تحفز التوليف الجزيئي في المختبر تعمل في اتجاه واحد فقط ، أي تظهر السلسلة الأولى ، ثم الثانية.
جعلت الأساليب الحديثة لدراسة الوراثة البشرية من الممكن محاكاة توليد الحمض النووي المتقطع. ظهر النموذج في 68. كان أساس اقتراحها هو العمل التجريبي باستخدام Eisheria coli. تم تعيين تأليف العمل العلمي لأورزاكي. يمتلك المتخصصون الحديثون بيانات دقيقة عن الفروق الدقيقة في التوليف فيما يتعلق بحقيقيات النوى ، بدائيات النوى. من الشوكة الجزيئية الجينية ، يحدث التطور عن طريق توليد أجزاء متماسكة معًا بواسطة DNA ligase.
من المفترض أن تكون عمليات التوليف مستمرة. يتضمن رد الفعل التكاثري العديد من البروتينات. يحدث تفكك الجزيء بسبب الإنزيم ، ويضمن الحفاظ على هذه الحالة من خلال البروتين المزعزع للاستقرار ، ويستمر التوليف من خلال البوليميراز.
بيانات جديدة ، نظريات جديدة
باستخدام الأساليب الحديثة لدراسة الوراثة البشرية ، حدد الخبراء مصدر أخطاء النسخ. أصبح التفسير ممكنًا عندما توفرت معلومات دقيقة حول آليات نسخ الجزيئات والسمات المحددة للبنية الجزيئية. يفترض مخطط النسخ المتماثلتباعد الجزيئات الأم ، حيث يعمل كل نصف كمصفوفة لسلسلة جديدة. يتحقق التوليف بسبب روابط القواعد الهيدروجينية ، وكذلك عناصر أحادي النوكليوتيد لمخزون عمليات التمثيل الغذائي. من أجل توليد روابط من الثيامين أو الأدينين أو السيتوزين ، الجوانين ، يلزم انتقال المواد إلى الشكل التوتوميري. في البيئة المائية ، كل من هذه المركبات موجود في عدة أشكال ؛ كلهم مكتوبون.
هناك خيارات أكثر احتمالًا وأقل شيوعًا. السمة المميزة هي موضع ذرة الهيدروجين في التركيب الجزيئي. إذا استمر التفاعل مع متغير نادر من الشكل التوتوميري ، فإنه ينتج عنه تكوين روابط ذات قاعدة خاطئة. يتلقى خيط الحمض النووي نيوكليوتيدات غير صحيحة ، ويتغير تسلسل العناصر بثبات ، وتحدث طفرة. تم شرح آلية الطفرات لأول مرة بواسطة كريك ، واتسون. تشكل استنتاجاتهم أساس الفكرة الحديثة لعملية الطفرة
ميزات RNA
بدراسة الأساس الجزيئي للوراثة ، لا يمكن للعلماء تجاهل ما لا يقل أهمية عن الحمض النووي DNA - RNA. إنه ينتمي إلى مجموعة عديد النوكليوتيدات وله أوجه تشابه بنيوية مع تلك الموصوفة سابقًا. الفرق الرئيسي هو استخدام الريبوز كمخلفات تعمل كأساس للعمود الفقري للكربون. في الحمض النووي ، نتذكر أن هذا الدور يلعبه deoxyribose. الاختلاف الثاني هو أن الثايمين يتم استبداله باليوراسيل. تنتمي هذه المادة أيضًا إلى فئة البيريميدين.
بدراسة الدور الجيني للحمض النووي والحمض النووي الريبي ، حدد العلماء أولاً نسبيًااختلافات طفيفة في التراكيب الكيميائية للعناصر ، ولكن أظهرت دراسة أخرى للموضوع أنها تلعب دورًا هائلاً. هذه الاختلافات تصحح الأهمية البيولوجية لكل جزيء ، لذا فإن البولينيوكليوتيدات المذكورة لا تحل محل بعضها البعض بالنسبة للكائنات الحية.
يتكون معظم الحمض النووي الريبي من خيط واحد ، يختلف عن بعضها البعض في الحجم ، لكن معظمها أصغر من الحمض النووي. تحتوي الفيروسات التي تحتوي على الحمض النووي الريبي (RNA) في بنيتها على مثل هذه الجزيئات التي تم إنشاؤها بواسطة خيطين - هيكلها أقرب ما يكون إلى الحمض النووي. في RNA ، تتراكم البيانات الجينية وتنتقل بين الأجيال. RNAs الأخرى مقسمة إلى أنواع وظيفية. يتم إنشاؤها على قوالب الحمض النووي. يتم تحفيز العملية بواسطة بوليميراز RNA.
المعلومات والوراثة
العلم الحديث ، الذي يدرس الأسس الجزيئية والخلوية للوراثة ، حدد الأحماض النووية على أنها الهدف الرئيسي لتراكم المعلومات الجينية - وهذا ينطبق أيضًا على جميع الكائنات الحية. في معظم أشكال الحياة ، يلعب الحمض النووي دورًا رئيسيًا. يتم تثبيت البيانات المتراكمة بواسطة الجزيء بواسطة متواليات النيوكليوتيدات التي يتم إنتاجها أثناء انقسام الخلية وفقًا لآلية غير متغيرة. يستمر التوليف الجزيئي بمشاركة مكونات الإنزيم ، في حين أن المصفوفة هي دائمًا سلسلة النوكليوتيدات السابقة ، والتي تنتقل ماديًا بين الخلايا.
في بعض الأحيان يتم إعطاء الطلاب في إطار علم الأحياء وعلم الأحياء الدقيقة حل المشكلات في علم الوراثة من أجل عرض مرئي للاعتماديات. تعتبر الأسس الجزيئية للوراثة في مثل هذه المشاكل مرتبطة بالحمض النووي ،وكذلك الحمض النووي الريبي. يجب أن نتذكر أنه في حالة الجزيء الذي يتم تسجيل جيناته بواسطة RNA من حلزون واحد ، تستمر العمليات التناسلية وفقًا لطريقة مماثلة لتلك الموصوفة سابقًا. القالب هو RNA في شكل يمكن تكراره. يظهر هذا في التركيب الخلوي بسبب الغزو المعدي. سمح فهم هذه العملية للعلماء بتحسين ظاهرة الجين وتوسيع قاعدة المعرفة حولها. يفهم العلم الكلاسيكي الجين كوحدة للمعلومات تنتقل بين الأجيال وتكشف في العمل التجريبي. الجين قادر على إحداث طفرات ، مع وحدات أخرى من نفس المستوى. يتم شرح النمط الظاهري الذي يمتلكه الكائن الحي بدقة من خلال الجين - هذه هي وظيفته الرئيسية.
في العلم ، تم اعتبار الجين كأساس وظيفي للوراثة أيضًا كوحدة مسؤولة عن إعادة التركيب والطفرة. في الوقت الحاضر ، من المعروف بشكل موثوق أن هاتين الصفتين تقعان على عاتق زوج النيوكليوتيدات المتضمن في الحمض النووي. ولكن يتم توفير الوظيفة من خلال تسلسل نيوكليوتيد من مئات وحتى آلاف الوحدات التي تحدد سلاسل بروتين الأحماض الأمينية.
البروتينات ودورها الجيني
في العلم الحديث ، بدراسة تصنيف الجينات ، تعتبر الأسس الجزيئية للوراثة من وجهة نظر أهمية الهياكل البروتينية. تتكون جميع المواد الحية جزئيًا من البروتينات. تعتبر واحدة من أهم المكونات. البروتين هو تسلسل فريد من الأحماض الأمينية يتحول محليًا عندماوجود العوامل. غالبًا ما يكون هناك أكثر من عشرين نوعًا من الأحماض الأمينية ، بينما يتم إنشاء أنواع أخرى تحت تأثير الإنزيمات من عشرين نوعًا رئيسيًا.
يعتمد تنوع صفات البروتين على التركيب الجزيئي الأساسي ، وهو تسلسل عديد الببتيد من الأحماض الأمينية الذي يشكل البروتين. أظهرت التجارب التي أجريت بوضوح أن الحمض الأميني له موضع محدد بدقة في سلسلة نوكليوتيدات الحمض النووي. وصفه العلماء بالتوازيات بين عناصر البروتين والأحماض النووية. هذه الظاهرة تسمى العلاقة الخطية
ميزات الحمض النووي
الكيمياء الحيوية وعلم الوراثة ، اللذان يدرسان الأساس الجزيئي للوراثة ، هما من العلوم التي يولى فيها اهتمام خاص للحمض النووي. يصنف هذا الجزيء على أنه بوليمر خطي. أظهرت الدراسات أن التحول الوحيد المتاح للبنية هو تسلسل النيوكليوتيدات. وهي مسؤولة عن ترميز تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين.
في حقيقيات النوى ، يقع الحمض النووي في نواة الخلية ، ويتم توليد البروتين في السيتوبلازم. لا يلعب الحمض النووي دور القالب لعملية توليد البروتين ، مما يعني أن هناك حاجة إلى عنصر وسيط يكون مسؤولاً عن نقل المعلومات الجينية. أظهرت الدراسات أن الدور مخصص لقالب الحمض النووي الريبي.
كما يتضح من العمل العلمي المكرس للأسس الجزيئية للوراثة ، يتم نقل المعلومات من DNA إلى RNA. يمكن أن يحمل الحمض النووي الريبي البيانات إلى البروتين والحمض النووي. يتلقى البروتين البيانات من الحمض النووي الريبي (RNA) ويرسلها إلى نفس البنية. لا توجد روابط مباشرة بين الحمض النووي والبروتينات.
وراثيمعلومات: هذا مثير للاهتمام
كما أظهرت الأعمال العلمية المكرسة للأسس الجزيئية للوراثة ، فإن البيانات الجينية هي معلومات خاملة لا تتحقق إلا في وجود مصدر خارجي للطاقة ومواد بناء. الحمض النووي هو جزيء لا يمتلك مثل هذه الموارد. تتلقى الخلية ما تحتاجه من الخارج من خلال البروتينات ، ثم تبدأ تفاعلات التحول. هناك ثلاثة مسارات للمعلومات التي توفر دعم الحياة. إنهم مرتبطون ببعضهم البعض ، لكنهم مستقلون. تنتقل البيانات الجينية وراثيًا عن طريق تكرار الحمض النووي. يتم ترميز البيانات بواسطة الجينوم - يعتبر هذا الدفق الثاني. والثالث والأخير هو المركبات الغذائية التي تخترق باستمرار البنية الخلوية من الخارج ، وتزودها بالطاقة ومكونات البناء.
كلما زاد تنظيم الكائن الحي ، زاد عدد عناصر الجينوم. تقوم مجموعة جينية متنوعة بتنفيذ المعلومات المشفرة فيها من خلال آليات منسقة. تحدد الخلية الغنية بالبيانات كيفية تنفيذ كتل المعلومات الفردية. بسبب هذه الجودة ، تزداد القدرة على التكيف مع الظروف الخارجية. المعلومات الجينية المتنوعة الموجودة في الحمض النووي هي أساس تخليق البروتين. السيطرة الجينية على التوليف هي نظرية صاغها مونود وجاكوب في عام 1961. في نفس الوقت ظهر موديل الاوبون
