Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja jednostavno je. Koristite obrazac u nastavku

Studenti, diplomanti, mladi znanstvenici koji koriste bazu znanja u svom studiju i radu bit će vam vrlo zahvalni.

SAVEZNA DRŽAVNA OBRAZOVNA USTANOVA

VISOKA STRUČNA OBRAZOVANJA

Ekonomski fakultet

Odsjek za filozofiju

INDIVIDUALNI KONTROLNI ZADATAK

U DISCIPLINI “POJAM SUVREMENE PRIRODNE ZNANOSTI”

1. Glavni problemi genetike i uloga reprodukcije u razvoju živih bića

2. Uloga stanice u razvoju živih bića

3. Koje se otkriće u prirodnoj znanosti dogodilo 1955. godine i koja je njegova bit?

Književnost

Pitanje 1. Glavni problemi genetike i uloga uproizvodnje u razvoju živih bića

Genetika (od grčkog genesis - podrijetlo), znanost o nasljeđivanju i varijabilnosti živih organizama i metodama upravljanja njima. Tisućama godina ljudi su koristili genetske tehnike za poboljšanje domaćih životinja i usjeva bez razumijevanja mehanizama koji stoje u osnovi tih tehnika. Odabirom određenih organizama iz prirodnih populacija i njihovim međusobnim križanjem, čovjek je stvorio poboljšane biljne sorte i životinjske pasmine koje su imale svojstva koja su mu bila potrebna.

Međutim, tek početkom 20.st. znanstvenici su u potpunosti počeli shvaćati važnost zakona nasljeđa i njegovih mehanizama. Iako je napredak u mikroskopiji omogućio utvrđivanje da se nasljedne karakteristike prenose s koljena na koljeno kroz spermu i jajašca, ostalo je nejasno kako najmanje čestice protoplazme mogu nositi "tvorbe" te ogromne raznolikosti karaktera koji čine svaki pojedinačni organizam .

Prvi pravi znanstveni iskorak u proučavanju nasljeđa napravio je austrijski redovnik Gregor Mendel, koji je 1866. godine objavio rad koji je postavio temelje moderne genetike.

Pojam "genetika" predložio je 1906. W. Bateson.

Od tada je genetika napravila velike korake u objašnjavanju prirode nasljeđa kako na razini organizma tako i na razini gena. Uloga gena u razvoju tijela je ogromna. Geni karakteriziraju sve karakteristike budućeg organizma, kao što su boja očiju i kože, veličina, težina i još mnogo toga. Geni su nositelji nasljednih informacija na temelju kojih se razvija organizam.

Ovisno o predmetu proučavanja razlikuje se genetika biljaka, genetika životinja, mikrobna genetika, humana genetika itd., a ovisno o metodama koje se koriste u drugim disciplinama - biokemijska genetika, molekularna genetika, genetika okoliša itd.

Ideje i metode genetike nalaze primjenu u svim područjima ljudske djelatnosti vezanim uz žive organizme. Od velike su važnosti za rješavanje problema u medicini, poljoprivredi i mikrobiološkoj industriji. Zanimanje za ljudsku genetiku je zbog nekoliko razloga. Prvo, to je prirodna želja osobe da upozna sebe. Drugo, nakon što su mnogi bili poraženi zarazne bolesti- kuga, kolera, boginje i dr., - porastao je relativni udio nasljednih bolesti. Treće, nakon što se shvatila priroda mutacija i njihov značaj u nasljeđivanju, postalo je jasno da mutacije mogu biti uzrokovane okolišnim čimbenicima kojima se prije nije pridavala dužna pozornost. Započelo je intenzivno proučavanje utjecaja zračenja i kemikalija na naslijeđe. Svake godine u svakodnevnom životu, poljoprivredi, prehrambenoj, kozmetičkoj, farmakološkoj industriji i drugim područjima djelovanja koristi se sve više kemijskih spojeva, među kojima se koriste i mnogi mutageni.

U tom smislu, mogu se identificirati sljedeći glavni problemi genetike:

1. Nnasljedne bolesti i njihovi uzroci - mogu biti uzrokovane abnormalnostima u pojedinim genima, kromosomima ili skupovima kromosoma. Prvi put je u slučaju Downovog sindroma otkrivena veza između abnormalnog broja kromosoma i oštrih odstupanja od normalnog razvoja. Osim kromosomskih poremećaja, nasljedne bolesti mogu biti uzrokovane promjenama genetske informacije izravno u genima.

2. Medicinski genetski laboratoriji. Poznavanje ljudske genetike omogućuje nam da odredimo vjerojatnost da imamo djecu s nasljednim bolestima u slučajevima kada su jedan ili oba supružnika bolesni ili su oba roditelja zdrava, ali nasljedne bolesti susreli sa svojim precima. U nekim slučajevima moguće je predvidjeti rođenje zdravog drugog djeteta ako je prvo bilo bolesno.

3. Jesu li sposobnosti naslijeđene? Znanstvenici vjeruju da svaka osoba ima zrno talenta. Talent se razvija napornim radom. Genetski, osoba je bogatija svojim sposobnostima, ali ih ne ostvaruje u potpunosti u svom životu. Još uvijek ne postoje metode za prepoznavanje stvarnih sposobnosti čovjeka u procesu njegova odgoja djetinjstva i mladenaštva, pa stoga često nisu osigurani odgovarajući uvjeti za njihov razvoj.

4. Radi li to? prirodni odabir u ljudskom društvu? Ljudska povijest je promjena u genetskoj strukturi populacija neke vrste Homo sapiens pod utjecajem bioloških i društvenih čimbenika. Ratovi i epidemije promijenili su genetski fond čovječanstva. Prirodna selekcija nije oslabila tijekom protekle 2 tisuće godina, već se samo promijenila: društvena selekcija naslagala se na nju.

5. Genetski inženjering koristi najvažnija otkrića molekularne genetike za razvoj novih metoda istraživanja, dobivanje novih genetskih podataka, te također praktične aktivnosti, posebno u medicini.

6. Korekcija spola. Operacije korekcije spola kod nas su se počele provoditi prije 30-ak godina isključivo iz medicinskih razloga.

7. Transplantacija organa od donora je vrlo složena operacija, nakon koje slijedi jednako težak period usađivanja transplantata. Vrlo često transplantat bude odbačen i pacijent umre. Znanstvenici se nadaju da se ti problemi mogu riješiti kloniranjem.

8. Kloniranje - metoda genetskog inženjeringa u kojoj se potomci dobivaju iz somatske stanice pretka i stoga imaju potpuno isti genom. Kloniranje životinja omogućuje nam rješavanje mnogih problema u medicini i molekularnoj biologiji, ali u isto vrijeme stvara mnoge društvene probleme.

9. Deformiteti. Razvoj novog živog bića odvija se u skladu s genetskim kodom zapisanim u DNK, koji je sadržan u jezgri svake stanice u tijelu. Ponekad pod utjecajem okolišnih čimbenika - radioaktivnih, ultraljubičaste zrake, kemikalije - genetski kod je povrijeđen, pojavljuju se mutacije i odstupanja od norme.

10. Genetika i kriminologija. U sudskoj praksi postoje slučajevi utvrđivanja srodstva kada su djeca bila zbunjena u rodilištu. Ponekad se to odnosilo na djecu koja su odrastala u obiteljima drugih ljudi dulje od godinu dana. Za utvrđivanje srodstva koriste se metode biološkog ispitivanja koje se provodi kada dijete navrši 1 godinu i krvni sustav se stabilizira. Je dizajnirao nova metoda- genetski otisak, koji omogućuje analizu na kromosomskoj razini. U ovom slučaju, dob djeteta nije bitna, a odnos se uspostavlja sa 100% jamstvom.

Sve faze u životu svakog živog bića su važne, pa tako i za čovjeka. Svi se oni svode na cikličko razmnožavanje izvornog živog organizma. A ovaj proces cikličke reprodukcije započeo je prije otprilike 4 milijarde godina.

Razmotrimo njegove značajke. Iz biokemije je poznato da su mnoge reakcije organskih molekula reverzibilne. Na primjer, proteinske molekule se sintetiziraju iz aminokiselina, koje se mogu razgraditi u aminokiseline. To jest, pod utjecajem bilo kakvih utjecaja, javljaju se i reakcije sinteze i reakcije cijepanja. U živoj prirodi svaki organizam prolazi kroz cikličke faze cijepanja izvornog organizma i reprodukcije iz odvojenog dijela nove kopije izvornog organizma, koji zatim ponovno proizvodi embrij za reprodukciju. Upravo iz tog razloga međudjelovanja u živoj prirodi traju kontinuirano milijardama godina. Svojstvo reprodukcije kopije iz razdvojenih dijelova izvornog organizma određeno je činjenicom da se kompleks molekula prenosi na novi organizam, koji u potpunosti kontrolira proces ponovnog stvaranja kopije. Proces je započeo samoreprodukcijom molekularnih kompleksa. I ovaj put je prilično dobro zabilježen u svakoj živoj stanici. Znanstvenici su odavno primijetili da se u procesu embriogeneze faze evolucije života ponavljaju. Ali onda treba obratiti pozornost i na to da se u samoj dubini stanice, u njenoj jezgri, nalaze molekule DNK. Ovo je najbolji dokaz da je život na Zemlji započeo reprodukcijom kompleksa molekula koje su imale svojstvo da prvo cijepaju dvostruku spiralu DNK, a zatim su omogućile proces ponovnog stvaranja dvostruke spirale. To je proces cikličke rekreacije živog objekta uz pomoć molekula koje su prenesene u trenutku cijepanja i koje su potpuno kontrolirale sintezu kopije izvornog objekta. Stoga će definicija života izgledati ovako.

Život je vrsta interakcije materije, čija je glavna razlika od poznatih vrsta interakcija pohranjivanje, akumulacija i kopiranje objekata, koji tim interakcijama donose izvjesnost i transformiraju ih iz slučajnih u pravilne, dok ciklička reprodukcija živih objekata javlja se.

Svaki živi organizam ima genetski skup molekula koji u potpunosti određuje proces ponovnog stvaranja kopije izvornog objekta, to jest, u prisutnosti potrebnih hranjivih tvari, s vjerojatnošću jedan, kao rezultat interakcije kompleksa molekule, kopija živog organizma bit će ponovno stvorena. No, unos hranjivih tvari nije zajamčen, dolazi i do štetnih vanjskih utjecaja i poremećaja interakcija unutar stanice. Stoga je ukupna vjerojatnost ponovnog stvaranja kopije uvijek nešto manja od jedan.

Dakle, od dva organizma ili živih objekata, učinkovitije će se kopirati onaj organizam koji ima veću ukupnu vjerojatnost da će izvršiti sve potrebne interakcije. To je zakon evolucije žive prirode. Drugim riječima, može se formulirati na sljedeći način: što više interakcija potrebnih za kopiranje objekta kontrolira sam objekt, to je veća vjerojatnost njegove cikličke reprodukcije.

Očito je da ako se ukupna vjerojatnost svih interakcija povećava, tada ovaj objekt evoluira; ako se smanjuje, onda dolazi do involucije; ako se ne mijenja, tada je objekt u stabilnom stanju.

Najvažnija funkcija života je funkcija samoproizvodnje. Drugim riječima, životna aktivnost je proces zadovoljenja potrebe čovjeka za reprodukcijom svog živog bića u okviru sustava u koji je uključen kao element, tj. u uvjetima okoliš. Uzimajući kao polaznu tezu premisu da životna djelatnost ima najvažniju potrebu za reprodukcijom svog subjekta, kao vlasnika ljudskog tijela, treba napomenuti da se reprodukcija odvija na dva načina: prvo, u procesu konzumiranja tvari i energije iz okoline, te, drugo, u procesu biološke reprodukcije, odnosno rađanja potomstva. Prvi tip ostvarenja potrebe u vezi “vanjska sredina-organizam” može se izraziti kao reprodukcija “živog od neživog”. Čovjek postoji na zemlji zahvaljujući stalnom trošenju potrebnih tvari i energije iz okoliša.

Nakon pojave i širenja života na Zemlji, njegov nastanak danas samo na temelju anorganske materije više nije moguć. Svi živi sustavi koji sada postoje na Zemlji nastaju ili na temelju živih bića, ili posredstvom živih bića. Dakle, prije nego što se živi organizam reproducira materijalno i energetski, mora se reproducirati biološki, odnosno roditi ga drugi živi organizam. Razmnožavanje živih bića živim bićima je prije svega prijenos s jedne generacije na drugu genetskog materijala, koji određuje pojavu određene morfofiziološke strukture u potomstvu. Jasno je da se genetski materijal ne prenosi s koljena na koljeno sam po sebi; njegov prijenos je također funkcija ljudskog života.

pitanje 2. Uloga stanice u razvoju živih bića

Naziv "ćelija" prvi put je korišten sredinom 17. stoljeća. primijenio R. Hooke. Pregledavajući tanki dio pluta pomoću mikroskopa, Hooke je vidio da se pluto sastoji od stanica - stanica.

Stanica svakog organizma je integralni živi sustav. Sastoji se od tri neraskidivo povezana dijela: membrane, citoplazme i jezgre. Stanična membrana je u izravnoj interakciji s vanjskim okolišem i u interakciji sa susjednim stanicama (kod višestaničnih organizama).

Stanična membrana ima složenu strukturu. Sastoji se od vanjskog sloja i plazma membrane koja se nalazi ispod njega. Životinjske i biljne stanice razlikuju se po građi vanjskog sloja. Kod biljaka, kao i kod bakterija, modrozelenih algi i gljiva, gusta membrana, odnosno stanična stijenka, nalazi se na površini stanica. U većini biljaka sastoji se od vlakana. Stanična stijenka ima iznimno važnu ulogu: ona je vanjski okvir, zaštitni omotač i osigurava turgor biljnih stanica: kroz staničnu stijenku prolaze voda, soli i molekule mnogih organskih tvari.

Odvojena od vanjskog okoliša plazma membranom, citoplazma je unutarnja polutekuća sredina stanica. Citoplazma eukariotskih stanica sadrži jezgru i razne organele. Jezgra se nalazi u središnjem dijelu citoplazme. Također sadrži različite inkluzije - proizvode stanične aktivnosti, vakuole, kao i sitne cjevčice i filamente koji tvore kostur stanice. Proteini prevladavaju u sastavu glavne tvari citoplazme. U citoplazmi se odvijaju glavni metabolički procesi, ona ujedinjuje jezgru i sve organele u jednu cjelinu, osigurava njihovu interakciju i aktivnost stanice kao jedinstvenog cjelovitog živog sustava.

Cijela unutarnja zona citoplazme ispunjena je brojnim malim kanalima i šupljinama, čije su stijenke membrane slične strukture plazma membrani. Ti se kanali granaju, međusobno povezuju i tvore mrežu koja se naziva endoplazmatski retikulum. Glavna funkcija zrnatog endoplazmatskog retikuluma je sudjelovanje u sintezi proteina, koja se odvija u ribosomima.

Svaka stanica jednostaničnih i višestaničnih životinja, kao i biljaka, sadrži jezgru. Oblik i veličina jezgre ovise o obliku i veličini stanica. Većina stanica ima jednu jezgru, a takve stanice nazivamo mononuklearima. Postoje i stanice s dvije, tri, nekoliko desetaka pa čak i stotina jezgri. To su višejezgrene stanice.

Nuklearni sok je polutekuća tvar koja se nalazi ispod jezgrine ovojnice i predstavlja unutarnju okolinu jezgre.

Sredinom 19. stoljeća, na temelju već opsežnog znanja o stanici, T. Schwann formulira staničnu teoriju (1838.). Sažeo je postojeće spoznaje o stanici i pokazao da stanica predstavlja temeljnu strukturnu jedinicu svih živih organizama, da su stanice životinja i biljaka slične građe. Te su odredbe bile najvažniji dokaz jedinstva podrijetla svih živih organizama, jedinstva čitavog organskog svijeta. T. Schwan uveo je u znanost ispravno shvaćanje stanice kao samostalne jedinice života, najmanje jedinice života: izvan stanice nema života.

Proučavanje kemijske organizacije stanice dovelo je do zaključka da su kemijski procesi u osnovi njezina života, da su stanice svih organizama slične po kemijskom sastavu, a njihovi osnovni metabolički procesi odvijaju se na isti način. Podaci o sličnosti kemijski sastav stanice su još jednom potvrdile jedinstvo cjelokupnog organskog svijeta.

Moderna stanična teorija uključuje sljedeće odredbe:

Stanica je osnovna jedinica građe i razvoja svih živih organizama, najmanja jedinica živog bića;

Stanice svih jednostaničnih i višestaničnih organizama slične su (homologne) po svojoj građi, kemijskom sastavu, osnovnim manifestacijama životne aktivnosti i metabolizmu;

Razmnožavanje stanica događa se diobom stanica, a svaka nova stanica nastaje kao rezultat diobe izvorne (majčine) stanice;

U složenim višestaničnim organizmima stanice su specijalizirane za funkciju koju obavljaju i tvore tkiva;

Organi se sastoje od tkiva koja su međusobno tijesno povezana i podređena živčanom i humoralnom regulatornom sustavu.

Proučavanje strukture, kemijskog sastava, metabolizma i svih manifestacija stanične aktivnosti potrebno je ne samo u biologiji, već iu medicini i veterini.

pitanje 3.Koji se događaj u prirodnoj znanosti dogodio 1955. godine i koja je njegova bit?

Godine 1955. Severo Ochoa izolirao je bakterijski enzim polinukleotid fosforilazu, s kojim je proizveo sintetičke ribonukleinske kiseline (RNA) s drugačiji sastav dušične baze. Ovo postignuće postalo je ključ za dešifriranje genetskog koda.

Do dvadesetih godina prošlog stoljeća utvrđeno je da prijenos nasljednih karakteristika kontroliraju kromosomi koji se sastoje od nukleinskih kiselina i proteina. Kasnije su kemičari otkrili da su nukleinske kiseline i proteini visokomolekularni spojevi, dugolančani polimeri.

Godine 1944. postalo je poznato da nasljedstvo nalazi svoj materijalni ili fizički izraz u molekularnim strukturama nukleinskih kiselina. Nasljedne informacije kodirane u kromosomima određuju raspored atoma u molekulama deoksiribonukleinske kiseline (DNK). To je utvrdio američki bakteriolog O. Avery, koji je eksperimentalno pokazao da se nasljedna svojstva mogu prenijeti s jedne bakterijske stanice na drugu pomoću pročišćenog DNA preparata. Budući da je DNK pronađena u kromosomima svih stanica, Averyjevi eksperimenti su pokazali da su svi geni sačinjeni od DNK. Stoga bi razjašnjavanje kemijske strukture ovih molekula moglo biti važan korak prema razumijevanju načina na koji se geni reproduciraju.

Valja napomenuti da je način nastajanja DNK u stanicama u to vrijeme bio jedan od središnjih problema biologije i genetike, a njime su se paralelno bavili znanstvenici iz mnogih zemalja svijeta. Otkriće strukture DNK 1953. revolucioniralo je biokemiju i dovelo do goleme količine novih istraživanja u drugim područjima znanosti.
Uz pomoć trodimenzionalnog modela koji su izradili Watson i Crick, znanstvenici su konačno mogli proučavati biosintezu DNK. Otkrili su da je molekula DNK presavijena u dvostruku spiralu, poput spiralnog stubišta. Izvan ove spirale su dva sloja deoksiriboze (ugljikohidrata od pet atoma) povezana fosfatnim mostovima. Ova dva sloja unutar spirale povezana su parovima dušikovih baza ("prečke ljestava") koje su međusobno povezane vodikovim vezama. Ispostavilo se da se dvije polovice molekule DNK najprije odvajaju jedna od druge, poput patentnog zatvarača. Zatim se uz svaku takvu polovicu sintetizira njezina zrcalna slika. Sekvenca dušičnih baza ili nukleotida (jedna od komponenti na koje se DNA razgrađuje nukleazama) služi kao predložak za sintezu novih molekula.

Tako se pokazalo da geni smješteni u kromosomima jezgre svake stanice određuju nasljeđe fizičkih karakteristika i kontroliraju sintezu proteina (enzima). Pojašnjenje funkcija DNK kao čuvara nasljednih informacija otvorilo je pitanje genetskog koda.

Sinteza proteina događa se kada se genetska informacija prenese na ribonukleinsku kiselinu, koja je po strukturi slična DNK. U načelu, RNK može tvoriti dvostruke spirale i obavljati nasljedne funkcije poput DNK. Ali u većini organizama RNA obavlja svoje glavne funkcije u obliku jednolančanih molekula. Tri vrste RNA uključene su u sekvencijalnu ugradnju aminokiselina u proteinsku molekulu: glasnička, ribosomska i transportna. Zahvaljujući istim svojstvima komplementarnosti (međusobna podudarnost u kemijskoj strukturi dviju makromolekula) baza, RNA izrađuje kopije, ili "radne predloške", iz molekula DNA pohranjenih u staničnoj jezgri.

Tako je do 1957. godine utvrđeno da su genetske upute za sintezu proteina kodirane u nizu dušičnih baza u DNA i RNA. Nekoliko godina kasnije, Watson je napisao o ovoj situaciji u biokemiji: “Čak i nakon što je uloga RNK u sintezi proteina bila uvelike shvaćena, znanstvenici nisu bili posebno optimistični u pogledu izgleda za dešifriranje genetskog koda. Pretpostavljalo se da bi identifikacija kodona (za svaku pojedinačnu aminokiselinu) zahtijevala točno određivanje i sekvence baza u genu i sekvence aminokiselina u proteinskom produktu gena." Pokazalo se da su “glavni ključ” kojim je počelo brzo “razbijanje” koda bili polimeri sintetizirani pomoću enzima polinukleotid fosforilaze, koji su 1955. godine otkrili Ochoa i suradnici.

Ochoin rad je bio prvi koji je stvarno pokazao univerzalnost genetskog koda. Oni su postali osnova za razvoj metoda i smjernica za replikaciju (ponavljanje) genetskog materijala stanice.

Godine 1959. znanstvenik je nagrađen Nobelova nagrada u fiziologiji i medicini.

Književnost

1. Kemijske osnove nasljeđivanja. Po. s engleskog ur. I.L. Knunyantsa, B.N. Sidorova. M.: Strani. lit., 1963

2. Ružavin G.I. Koncept moderna prirodna znanost: Udžbenik za sveučilišta. - M.: JEDINSTVO, 2000.

3. Gaisinovich A.K. Nastanak i razvoj genetike. -- M., 1988

4. Gershenzon S.M. Osnove moderne genetike. -- Kijev, 1993

5. Kibernstern F. Geni i genetika. - M.: Izdavačka kuća Paragraph, 1995.

Slični dokumenti

Povijest razvoja, predmet citologije. Osnovne odredbe moderne stanične teorije. Stanična građa živih organizama. Životni ciklus Stanice. Usporedba procesa mitoze i mejoze. Jedinstvo i raznolikost tipova stanica. Značenje stanične teorije.

sažetak, dodan 27.09.2009


Autori stvaranja stanične teorije. Značajke arheja i cijanobakterija. Filogenija živih organizama. Građa eukariotske stanice. Pokretljivost i fluidnost membrane. Funkcije Golgijevog aparata. Simbiotička teorija nastanka poluautonomnih organela.

prezentacija, dodano 14.04.2014


Autoregulacija kemijske aktivnosti stanica, razdražljivost i kretanje stanica. Osnovni zakoni genetike, priroda i materijalna osnova gena i genotipa. Primjeri citoplazmatskog nasljeđa, genetika i Darwinova teorija evolucije, glavni čimbenici.

sažetak, dodan 13.10.2009


Formiranje evolucijske teorije, obrasci individualnog razvoja organizma. Evolucija živih organizama. C. Darwinova teorija - nasljeđe, varijabilnost i prirodna selekcija. Specijacija. Uloga genetike u suvremenom evolucijskom učenju.

sažetak, dodan 09.10.2008


prezentacija, dodano 25.11.2015


Citologija je znanost o stanicama – strukturnim i funkcionalnim jedinicama gotovo svih živih organizama. Osnovni principi stanične teorije. Otvaranje ćelije. Osnovna svojstva živih stanica. Otkriće zakona nasljeđa. Dostignuća suvremene citologije.

test, dodan 28.10.2009


Proučavanje stanične teorije građe organizama, glavne metode stanične diobe, metabolizma i pretvorbe energije. Analiza karakteristika živih organizama, autotrofna i heterotrofna prehrana. Proučavanje anorganskih i organskih tvari stanice.

sažetak, dodan 14.05.2011


Stanična translacija kao proces biosinteze proteina određen glasničkom RNA. Pojam genetskog koda, njegova svojstva. Odstupanja od univerzalnog genetskog koda. Građa ribosoma, mehanizam elongacije i terminacije. Proteini u evoluciji i ontogenezi.

prezentacija, dodano 21.02.2014


Znanstvenici koji su dobili Nobelovu nagradu za izvanredna postignuća u području genetike. Morganovo otkriće funkcija kromosoma kao nositelja nasljeđa. Dekodiranje genetskog koda Jakova. Proučavanje mehanizma onkogenih Dulbecco virusa.

sažetak, dodan 29.09.2012


Struktura životinjska stanica. Osnovne odredbe stanične teorije, koncept prokariota i eukariota. Građa citoplazme i endoplazmatskog retikuluma. Ljudski kromosomski set. Načini diobe stanice (amitoza, mitoza i mejoza) i njezin kemijski sastav.

1. Uvod. 2

2.1. Lijek. 3

2.2. Genska terapija. 5

2.3. Poljoprivreda. 6

3. Kloniranje. 7

4. Problemi genetskog inženjeringa. 8

5. Zaključak. 13

Bibliografija. 15

1. Uvod.

Genetski inženjering je metoda biotehnologije koja se bavi istraživanjem restrukturiranja genotipova. Genotip nije samo mehanički zbroj gena, već složen sustav koji se razvio tijekom evolucije organizama. Genetski inženjering omogućuje, putem in vitro operacija, prijenos genetske informacije iz jednog organizma u drugi. Prijenos gena omogućuje prevladavanje međuvrsnih barijera i prijenos pojedinačnih nasljednih karakteristika jednog organizma na drugi.

Nositelji materijalne osnove gena su kromosomi, koji uključuju DNA i proteine. Ali geni formiranja nisu kemijski, već funkcionalni. S funkcionalna točka DNK se sastoji od mnogo blokova koji pohranjuju određenu količinu informacija – gene. Gen je dio molekule DNA koji sadrži informacije o primarnoj strukturi bilo kojeg proteina (jedan gen - jedan protein). Budući da u organizmima postoje deseci tisuća proteina, postoje deseci tisuća gena. Ukupnost svih gena stanice čini njezin genom. Sve stanice u tijelu sadrže isti skup gena, ali svaka od njih implementira drugačiji dio pohranjenih informacija. Stoga se, primjerice, živčane stanice razlikuju od stanica jetre i po strukturnim, i po funkcionalnim, i po biološkim karakteristikama.

Preuređivanje genotipova, pri obavljanju zadataka genetskog inženjeringa, predstavlja kvalitativne promjene u genima koje nisu povezane s promjenama u strukturi kromosoma vidljivim mikroskopom. Bit metoda genetskog inženjeringa je da se pojedini geni ili skupine gena umeću ili isključuju iz genotipa organizma. Kao rezultat umetanja prethodno odsutnog gena u genotip, stanica može biti prisiljena sintetizirati proteine ​​koje prethodno nije sintetizirala.

Najčešća metoda genetskog inženjeringa je metoda dobivanja rekombinantnih, tj. koji sadrži strani gen, plazmid. Plazmidi su kružne dvolančane molekule DNA koje se sastoje od nekoliko tisuća parova nukleotida. Cijeli ovaj proces naziva se kloniranje. Kloniranjem je moguće dobiti više od milijun kopija bilo kojeg fragmenta DNK od osobe ili drugog organizma. Osim toga, klonirani fragment DNA iz jednog organizma može se unijeti u stanice drugog organizma. Time se mogu postići, primjerice, visoki i stabilni prinosi zahvaljujući uvedenom genu koji osigurava otpornost na niz bolesti. Daljnjim razvojem znanosti postat će moguće unijeti nedostajuće gene u ljudski embrij i time izbjeći genetske bolesti.

Od 80-ih godina pojavljuju se programi za proučavanje ljudskog genoma. U procesu izvršavanja ovih programa već je očitano oko 5 tisuća gena (cijeli ljudski genom sadrži 50-100 tisuća). Otkriven je niz novih ljudskih gena. Genetski inženjering postaje sve važniji u genskoj terapiji. Budući da su mnoge bolesti određene na genetskoj razini. Upravo u genomu postoji predispozicija ili otpornost na mnoge bolesti

2. Mogućnosti genetskog inženjeringa.

2.1. Lijek.

Značajan napredak postignut je u praktičnom području stvaranja novih proizvoda za medicinsku industriju i liječenje ljudskih bolesti.

Korištenje genetski modificiranih proizvoda u medicini:

· Antikoagulansi - Tkivni aktivator plazminogena (ATP), aktivira plazmin. Enzim uključen u resorpciju krvnih ugrušaka; učinkovit u liječenju bolesnika s infarktom miokarda;

· Čimbenici krvi – Faktor VIII ubrzava stvaranje ugrušaka; manjak kod hemofiličara. Korištenje genetski modificiranog faktora VIII uklanja rizik povezan s transfuzijom krvi.

Čimbenici stimulacije kolonija—Čimbenici rasta imunološkog sustava koji stimuliraju stvaranje bijelih krvnih stanica. Koristi se za liječenje imunodeficijencije i borbu protiv infekcija.

· eritropoetin – Potiče stvaranje crvenih krvnih stanica. Koristi se za liječenje anemije kod pacijenata sa zatajenjem bubrega.

Čimbenici rasta - Potiču diferencijaciju i rast različite vrste Stanice. Koristi se za ubrzavanje zacjeljivanja rana.

· Ljudski hormon rasta - koristi se u liječenju patuljastog rasta.

· Humani inzulin - Koristi se za liječenje dijabetesa

· Interferon - Sprječava razmnožavanje virusa. Također se koristi za liječenje nekih oblika raka.

· Leiksini - Aktiviraju i potiču rad raznih vrsta leukocita. Može se koristiti kod zacjeljivanja rana, HIV infekcije, raka i imunodeficijencije.

· Monoklonska protutijela - Najveća specifičnost povezana s protutijelima koja se koriste u dijagnostičke svrhe. Također se koriste za ciljanu dostavu lijekova, toksina, radioaktivnih i izotopskih spojeva tumorima raka tijekom terapije raka; postoje mnoga druga područja primjene.

· Superoksid dismutaza - Sprječava oštećenje tkiva reaktivnim oksi derivatima u uvjetima kratkotrajnog nedostatka kisika, posebno tijekom kirurške operacije kada trebate iznenada obnoviti protok krvi.

· Cjepiva - Umjetno proizvedena cjepiva (prvo je cjepivo protiv hepatitisa B) u mnogim su aspektima bolja od konvencionalnih cjepiva. Princip korištenja DNA cjepiva je da se u tijelo pacijenta unosi DNA molekula koja sadrži gene koji kodiraju imunogene proteine ​​patogenog mikroorganizma. DNA cjepiva se također nazivaju genska cjepiva, genetička cjepiva, polinukleotidna cjepiva ili cjepiva nukleinskih kiselina.

Trenutno je farmaceutska industrija stekla vodeću poziciju u svijetu. U istraživačkim i industrijskim sektorima farmaceutske industrije već je zaposleno nekoliko stotina tisuća visokokvalificiranih stručnjaka, a upravo je u tim područjima interes za istraživanje genomskog i genetskog inženjeringa iznimno velik.

2.2. Genska terapija

Tehnologije genske dijagnostike i genske terapije temelje se na svjetskim dostignućima u dešifriranju ljudskog genoma. Tehnologije genske dijagnostike uključuju razvoj metoda za preciznu lokalizaciju gena u ljudskom genomu odgovornih za nasljedne i somatske bolesti. Njihova važna komponenta je komparativna analiza strukture genoma u normalnim i patološkim stanjima.

Genska terapija i genska dijagnostika obećavajuće su tehnologije fundamentalne i primijenjene biomedicine usmjerene na liječenje i prevenciju nasljednih (genetskih) i stečenih bolesti, uključujući rak.

Osnova genske terapije, koja se razvija na temelju iu kombinaciji s genskom dijagnostikom, je kontrolirana promjena u genetskom materijalu stanica, što dovodi do "ispravljanja" ne samo nasljednog, već i, kako je postalo jasno u U zadnje vrijeme, stečene genetske mane živog organizma.

Najvažnija tehnološka zadaća genske terapije je razvoj sustava za prijenos ili ciljanu dostavu korektivnog genetskog materijala do ciljanih stanica u tijelu pacijenta koji u svom genomu nosi defektni gen. Predložene tehnologije karakteriziraju točnost identifikacije gena odgovornog za genetski defekt i odabir sustava za prijenos korektivnih gena, ciljajući isporuku genetskog materijala koji ispravlja genetski defekt u tijelo pacijenta.

2.3. Poljoprivreda.

Stoga će svaki napredak u biljnoj biotehnologiji ovisiti o razvoju genetskih sustava i alata koji omogućuju učinkovitije upravljanje transgenima. Budućnost će, očito, biti kontrolirani prijenos gena sa sorte na sortu, temeljen na korištenju unaprijed pripremljenog biljnog materijala, koji već sadrži područja homologije u željenim kromosomima potrebnim za homologno umetanje transgena. Osim toga, znanstvenici traže gene koji kodiraju nove korisne osobine.

Prije samo 10-ak godina biljna biotehnologija je primjetno zaostajala u razvoju, no posljednjih godina dolazi do brzog izlaska transgenih biljaka s novim korisnim svojstvima na tržište. Genetski modificirane biljke otporne na različite klase herbicida trenutno su najuspješniji proizvod biotehnologije.

Moderna biotehnologija može manipulirati mnogim važnim svojstvima, koja se mogu podijeliti u tri skupine:

· Poljoprivredna proizvodnja. Tu spadaju ukupna produktivnost biljaka zbog regulacije sinteze fitohormona ili dodatne opskrbe biljnih stanica kisikom, kao i svojstva koja osiguravaju otpornost na različite vrste štetnika, uz stvaranje biljnih oblika s muškom sterilnošću i sposobnost dužeg očuvanja žetve.

Značajke koje utječu na kvalitetu proizvoda uključuju mogućnost manipuliranja molekularnom težinom masne kiseline. Postrojenja će proizvoditi biorazgradivu plastiku po cijeni usporedivoj s polietilenom dobivenim iz nafte. Otvorila se mogućnost dobivanja škroba zadanih fizikalno-kemijskih svojstava. Sastav aminokiselina rezervnih biljnih proteina postaje uravnoteženiji i lako probavljiv za sisavce. Biljke postaju proizvođači cjepiva, farmakoloških proteina i antitijela, što omogućuje smanjenje troškova širenja raznih bolesti, uključujući rak. Dobivene su i ispitane transgene biljke pamuka s već obojenim vlaknima i više kvalitete.

3. Kloniranje

Kloniranje organa i tkiva zadatak je broj jedan u području transplantologije, traumatologije i drugih područja medicine i biologije. Kod presađivanja kloniranog organa ne treba razmišljati o suzbijanju reakcije odbacivanja i moguće posljedice u obliku raka koji se razvio u pozadini imunodeficijencije. Klonirani organi bit će spas za ljude koji su doživjeli prometne nesreće ili druge katastrofe ili za ljude kojima je potrebna radikalna pomoć zbog bolesti starosti (istrošeno srce, bolesna jetra itd.).

Pitanje 1. Što je biotehnologija?

Biotehnologija je korištenje organizama biološki sustavi ili bioloških procesa u industrijskoj proizvodnji. Grane biotehnologije uključuju genetsko, kromosomsko i stanično inženjerstvo, kloniranje poljoprivrednih biljaka i životinja, korištenje mikroorganizama u pekarstvu, vinarstvu, proizvodnji lijekova itd.

Pitanje 2. Koje probleme rješava genetski inženjering? Koji su izazovi povezani s istraživanjem u ovom području?

Metode genetskog inženjeringa omogućuju uvođenje gena drugih organizama (na primjer, ljudi) u genotip nekih organizama (na primjer, bakterija). Genetski inženjering omogućio je rješavanje problema industrijske sinteze različitih ljudskih hormona pomoću mikroorganizama, primjerice inzulina i hormona rasta. Stvaranjem genetski modificiranih biljaka osigurala je nastanak sorti otpornih na hladnoću, bolesti i štetnike. Glavna poteškoća za genetski inženjering je praćenje i kontrola aktivnosti DNK unesene izvana. Važno je znati mogu li transgeni organizmi izdržati "opterećenje" stranih gena. Također postoji opasnost od spontanog prijenosa (migracije) stranih gena u druge organizme, uslijed čega oni mogu steći svojstva nepoželjna za čovjeka i prirodu. Posljednji, ali ne i najmanje važan, je etički problem: imamo li pravo prepravljati žive organizme za vlastito dobro?

Pitanje 3. Zašto mislite da selekcija mikroorganizama trenutno postaje od najveće važnosti?

Nekoliko je razloga za povećanje interesa za selekciju mikroorganizama:

• jednostavnost odabira (u usporedbi s biljkama i životinjama), što je posljedica visoke stope reprodukcije i lakoće uzgoja bakterija;
• ogroman biokemijski potencijal (raznolikost reakcija koje provode bakterije - od sinteze antibiotika i vitamina do izolacije rijetkih kemijskih elemenata iz ruda);
• jednostavnost manipulacija genetskog inženjeringa; Također je važno da gen ugrađen u bakterijsku DNK automatski počinje raditi, jer su (za razliku od eukariotskih organizama) svi prokariotski geni aktivni.

Kao rezultat toga, danas postoji ogroman broj primjera uporabe novih sojeva bakterija u praksi: proizvodnja hrane, ljudskih hormona, obrada otpada, čišćenje Otpadne vode i tako dalje.

Pitanje 4. Navedite primjere industrijske proizvodnje i korištenja otpadnih produkata mikroorganizama.

Od davnina su bakterije mliječne kiseline odgovorne za pripremu jogurta i sireva; bakterije karakterizirane alkoholnim vrenjem - sinteza etilnog alkohola; kvasac se koristi u pekarstvu i vinarstvu.

Od 1982. sintetizirani inzulin proizvodi se u industrijskim razmjerima coli. To je postalo moguće nakon što je gen za ljudski inzulin umetnut u DNK bakterije pomoću metoda genetskog inženjeringa. Trenutno je uspostavljena sinteza transgenog hormona rasta koji se koristi za liječenje patuljastog rasta kod djece.

Mikroorganizmi također sudjeluju u biotehnološkim procesima za pročišćavanje otpadnih voda, preradu otpada, uklanjanje izlijevanja nafte u vodenim tijelima i proizvodnju goriva.

Pitanje 5. Koji se organizmi nazivaju transgeni?

Transgenski (genetski modificirani) organizmi su oni koji sadrže umjetne dodatke genomu. Primjer (uz gore spomenutu E. coli) su biljke u čijoj se DNK nalazi fragment bakterijskog kromosoma odgovornog za sintezu toksina koji odbija štetne insekte. Kao rezultat toga, dobivene su sorte kukuruza, riže i krumpira koje su otporne na štetočine i ne zahtijevaju upotrebu pesticida. Zanimljiv primjer je losos, čija je DNK nadopunjena genom koji aktivira proizvodnju hormona rasta. Kao rezultat toga, losos je rastao nekoliko puta brže, a težina ribe pokazala se mnogo većom od normalne.

Pitanje 6: Koja je prednost kloniranja u odnosu na tradicionalne metode uzgoja?

Kloniranje je usmjereno na dobivanje točnih kopija organizma s već poznatim karakteristikama. Omogućuje vam postizanje najbolje rezultate u kraćem vremenu od tradicionalnih metoda uzgoja. Materijal sa stranice

Kloniranje omogućuje rad s pojedinačnim stanicama ili malim embrijima. Na primjer, kod uzgoja goveda, embrij teleta u fazi nediferenciranih stanica dijeli se na fragmente i stavlja u surogat majke. Kao rezultat, razvija se nekoliko identičnih teladi s potrebnim karakteristikama i svojstvima.

Po potrebi se može koristiti i kloniranje biljaka. U ovom slučaju, selekcija se događa u kulturi stanica (na umjetno uzgojenim izoliranim stanicama). I tek tada, iz stanica koje imaju potrebna svojstva, uzgajaju se punopravne biljke.

Najpoznatiji primjer kloniranja je presađivanje jezgre somatske stanice u jajnu stanicu u razvoju. U budućnosti će ova tehnologija omogućiti stvaranje genetskog blizanca bilo kojeg organizma (ili, što je još važnije, njegovih tkiva i organa).

Niste pronašli ono što ste tražili? Koristite pretraživanje

Na ovoj stranici nalazi se materijal o sljedećim temama:

• Zašto mislite da selekcija mikroorganizama dobiva
• primjeri korištenja biotehnoloških dostignuća
• biotehnološka dostignuća
• biotehnološko kloniranje s videom
• sochineniya biotexnologiya

Genetski inženjering - problemi i postignuća

Tema 4. Problemi fundamentalne znanosti u ekologiji i upravljanju okolišem

Suvremena pitanja ekologija kao znanost

Suvremeni problemi geoznanosti

Geologija

Geografija

3.3. Znanost o tlu

1. Suvremeni problemi biologije kao znanosti

Genetski inženjering - problemi i postignuća

Genetski inženjering ( navodi se prema... ). Vidi također Dodatak

Radovi na genetskoj rekonstrukciji, odnosno genetskom inženjeringu, započeli su oko 70-ih godina 20. stoljeća, a prva izvješća o proizvodnji modificiranih genetski modificiranih eukariotskih organizama pojavila su se sredinom. 80-ih

Jedno od glavnih područja biotehnologije je proizvodnja i uporaba transgenih biljaka, tj. oblici koji u svom genomu nose strane gene umetnute metodama genetskog inženjeringa koji normalno rade u novom genomu. Geni životinja, ljudi, bakterija i drugih biljaka integrirani su u biljni genom koji proizvodi nove proizvode. U budućnosti će ovaj smjer biti jedan od najperspektivnijih u smislu značajnog poboljšanja svojstava potrebnih za selekciju.

Poboljšanje biljaka transgenezom odvija se u sljedećim smjerovima. Problem je najuspješnije riješen otpornost na herbicide, što je važno za suzbijanje korova koji začepljuju polja i smanjuju prinos kulturnog bilja. Dobivene su i korištene sorte pamuka, kukuruza, uljane repice, soje, šećerne repe, pšenice i drugih biljaka otporne na herbicide.

Upravo oko tog smjera transgeneze vode se ozbiljne rasprave negativne posljedice prijenos gena otpornosti na herbicide u kultivirane biljke. Raspravlja se o mogućnosti spontanog prijenosa ovih gena u korove, budući da se pod određenim uvjetima može dogoditi hibridizacija, a posljedično i prijenos gena između kultiviranih vrsta i njihovih pratećih divljih srodnika.

Otpornost biljaka na insekte– još jedan problem uspješno riješen zahvaljujući uvođenju transgenih biljaka. Većina radova na ovom problemu posvećena je proteinu deltaendotoksinu, kojeg proizvode različiti sojevi bakterije Bacillus turingensis. Ovaj protein je toksičan za mnoge vrste insekata i siguran je za sisavce, uključujući ljude. U njima stranom genomu bakterijski geni počeli su normalno funkcionirati i proizvoditi toksin koji, kada insekti pojedu biljke, dovodi do njihove smrti.

Jedan od prvih komercijalnih proizvoda biljnog genetskog inženjeringa bile su poznate transgene rajčice s gotovo neograničenim rokom trajanja. Dobiveni su u dvije tvrtke različitim metodama. U prvom slučaju, u rajčicu je uveden genski blokator (antisense konstrukt) za enzim koji igra glavnu ulogu u procesu razgradnje plodova rajčice. U drugom slučaju blokiran je gen za sintezu etilena, fitohormona koji regulira sazrijevanje plodova. Plodovi takvih transgenih biljaka mogu se skladištiti na neodređeno vrijeme, sve do prisilnog tretiranja etilenom, kada je potrebno dobiti zreli plodovi. (Da li puštanje i konzumacija ovih rajčica do sada nije izazvalo nikakve negativne posljedice?)

Istraživanja usmjerena na dobivanje proteina, antitijela, cjepiva i drugih jedinstvenih komponenti životinjskog podrijetla za medicinu i veterinu putem transgenih biljaka vrlo su obećavajuća. U tim slučajevima, ljudski ili životinjski geni umetnuti su u biljni genom, kontrolirajući sintezu proteinskih komponenti potrebnih za medicinu. Tako se tvornica pretvara u svojevrsnu tvornicu za proizvodnju proizvoda koji su nam potrebni. U istom smislu, radi se na transformaciji životinja u donore proteina, enzima, hormona, antitijela, cjepiva i dr. potrebnih za medicinu i veterinu.Međutim, rad na transgenim životinjama povezan je s velikim poteškoćama zbog specifičnosti objekt i za sada je manje učinkovit od rada biljaka.

Ako najnovija dostignuća biotehnologije vrednujemo s metodološkog aspekta, onda je nedvojbeno riječ o ozbiljnom zahvatu u evolucijski utemeljene genome biljaka, životinja, pa i samih ljudi. Sve transgeneze, tj. uvođenje stranih gena u genom i njihov rad u njemu je ozbiljna genetska rekonstrukcija, koja dovodi do pojave novih funkcija, novih proizvoda genoma, koji unose značajnu neravnotežu u evolucijski uspostavljene mehanizme interakcije kako intragenomskih tako i vanjskih sustava. Ali čovjek je prisiljen tražiti nove pristupe stvaranju temeljno novih organizama koji zadovoljavaju njegove potrebe, budući da mu prijeti nestašica hrane, jer postoji prijetnja njegovom zdravlju i dobrobiti okoliša. Nakon što je iscrpio prirodne resurse, čovjek će morati početi stvarati umjetne biološke sustave koji mu osiguravaju potrebne komponente, ali ne narušavaju ekološku ravnotežu. Svi sporovi i rasprave leže upravo u ovoj ravni. Potežava ih činjenica da još ne znamo kakve će biti posljedice našeg zahvata u genom, iako se istraživanja u tom smjeru intenzivno provode.

Ako je moguće prenijeti pojedinačne gene sustavno udaljenih vrsta i omogućiti im da uspješno rade, zašto se onda ne mogu prenijeti veći genetski blokovi – dijelovi kromosoma ili cijeli kromosomi. Područje citogenetike, u kojem se rješavaju ovi problemi, naziva se kromosomski inženjering. Metode i pristupi kromosomskom inženjeringu relativno su dugo uspješno razvijani na biljkama kao najprikladnijem objektu za te svrhe. Prijenos kromosoma ili njihovih dijelova iz jednog genoma u drugi je još veća reorganizacija genoma. Do sada je to bilo uspješno samo na biljkama, ali već uspješni pokušaji se poduzimaju na životinjama. U ovom slučaju ne govorimo o pojedinačnim produktima prenesenih gena, već o dobivanju organizama koji kombiniraju mnoge karakteristike različiti tipovi.

Jedan od najznačajnijih problema suvremene prirodne znanosti je problem biologije i genetike razvoja organizma. Misterij za istraživače su mehanizmi koji nastaju različiti tipovi stanica, tkiva, organa, tj. odgovoran za diferencijaciju tjelesnih sustava koji funkcioniraju kao jedinstvena cjelina. Mnogi istraživači rade na ovom problemu, fokusirajući se na genetske aspekte diferencijacije. Pojavile su se hipoteze i skupio se zanimljiv činjenični materijal. Međutim, čini se da je ovaj problem toliko složen da će za njegovo rješavanje trebati mnogo godina. Rezultat njezina rješavanja - upravljanje razvojnim procesima može biti iznimno važan.

Maligne tvorevine su odstupanja u normalnom procesu razvoja uzrokovana otpuštanjem kontrole sustava koji kontroliraju razvoj, prije svega genetskog. Ako poznajemo mehanizme djelovanja tih sustava, moći ćemo ih kontrolirati i izvršiti potrebnu korekciju u onim fazama koje određuju normalan tip razvoja. Postoje svi razlozi za vjerovanje da nas najznačajnija otkrića očekuju u ovom području biologije.

Sljedeći obećavajući smjer u razvoju moderne biologije je proučavanje složene fiziološke i genetske funkcije tijela. Za biljke je to fotosinteza, fiksacija dušika itd., za životinje - ponašanje, reaktivnost na stres itd. Nema potrebe objašnjavati što fotosinteza znači za biljke. Stanice zelenih biljaka, nekih algi i bakterija sposobne su sintetizirati organske spojeve koristeći svjetlosnu energiju. Kroz fotosintezu se odvija proces samoreprodukcije značajnog dijela bioloških resursa. Trenutno mnogi laboratoriji diljem svijeta proučavaju ovaj složeni proces, dijeleći ga na pojedinačne cjeline, kako bi se zatim razumio i reproducirao ovaj složeni sustav u cjelini. Posebno se intenzivno proučava genetika fotosinteze, već je poznato stotinjak gena koji upravljaju pojedinim dijelovima procesa.

Drugi primjer složene fiziološko-genetske osobine je ponašanje životinja. Institut za citologiju i genetiku SB RAN već 50 godina provodi eksperiment pripitomljavanja lisica. U izvornoj populaciji životinje su se razlikovale po tipovima ponašanja: agresivno, kukavički, smireno prema ljudima, uz naknadnu selekciju iz generacije u generaciju. Kao rezultat, preko 50 generacija selekcije, stvorena je nova bihevioralna populacija životinja. Ovaj eksperiment u sažetom obliku reproducira proces pripitomljavanja divljih životinja koji je trajao tisućama godina. Postalo je jasno da je najjači selekcijski faktor u pripitomljavanju divljih životinja njihovo ponašanje prema ljudima. Provedeni radovi su pokazali da je danas iznimno važno modelirati karike evolucijskog procesa kako bismo se približili reorganizaciji složenih fizioloških funkcija - ponašanja, otpornosti na stres i dr.

Uska specijalizacija u biologiji sada je dovela do određenog slabljenja istraživanja na više razina, a time i do poteškoća u razumijevanju eksperimentalnih podataka na evolucijsko-populacijskoj razini. Ovo je vrlo ozbiljan nedostatak, budući da se u pozadini golemog činjeničnog materijala, posebno molekularno-genetičkih podataka, evolucijsko značenje fenomena koji se proučava često gubi. Vrlo je važno očuvati tradiciju složenih istraživanja i zato što osim glavne linije razvoja biologije (molekula – stanica – organizam – populacija), postoje mnogi problemi koji se pojavljuju na raskrižju s drugim znanostima. Interpretacija dobivenih podataka u ovom je slučaju još složenija i zahtijeva općeprirodoslovne pristupe. Primjeri takvih međuznanstvenih integracijskih programa mogu biti sljedeći:

1) procjena antropogenih (radijacijskih, kemijskih itd.) utjecaja na žive sustave u velikom vremenskom rasponu. Naravno, za proučavanje ovog problema potrebni su napori biologa, liječnika, fizičara, kemičara itd.;

2) istraživanje drevne DNK iz arheoloških uzoraka starih nekoliko tisuća godina kako bi proučili nekoliko aspekata evolucije i varijabilnosti ljudskog genoma. Takav program provode genetičari u suradnji s arheolozima i paleontolozima;

3) stvaranje bioinformacijskih tehnologija proučavati strukturu i funkciju genoma. Ovaj posao, koji provode biolozi zajedno s matematičarima, danas dobiva prioritetnu važnost. Dekodiranje genoma ljudi, životinja i biljaka genetski su tekstovi u više volumena, a moguće ih je dokučiti i dovesti u stanje fragmenata koji odgovaraju genima samo uz pomoć računalnih programa.

4) proučavanje nasljednih bolesti(danas ih je poznato više od 2 tisuće), genetsku komponentu čovjekove predispozicije za najčešće rakove, kardiovaskularne i mnoge druge bolesti. To je i zadatak mnogih znanosti.

Popis povezanih problema i interdisciplinarnih, međuznanstvenih programa mogao bi se nastaviti.

Uvod………………………………………………………………………3

Poglavlje 1. Predmet genetike……………………………………………....4

1.1 Što genetika proučava……………………………………………....4

1.2. Moderne ideje o genu…………………………….5

1.2. Struktura gena……………………………………………………...6

1.4. Problemi i metode istraživanja genetike…………………9

1.5. Glavne faze razvoja genetike…………………………..11

1.6 Genetika i ljudi……………………………………………….18

Poglavlje 2. Uloga reprodukcije u razvoju živih bića……………. 23

2.1. Značajke cikličke reprodukcije……………23

Zaključak………………………………………………………...27

Bibliografski popis korištene literature…………….…29

Uvod

Za svoj rad na temu “Pojmovi moderne prirodne znanosti” odabrao sam temu “Glavni problemi genetike i uloga reprodukcije u razvoju živih bića”, jer je genetika jedan od glavnih, najfascinantnijih i ujedno vremenski složene discipline moderne prirodne znanosti.

Genetika, koja je biologiju 20. stoljeća pretvorila u egzaktnu znanstvenu disciplinu, neprestano zadivljuje maštu “širokih slojeva” znanstvene i pseudoznanstvene zajednice novim smjerovima i sve novim i novim otkrićima i dostignućima. Tisućama godina ljudi su koristili genetske metode za poboljšanje korisnih svojstava kultiviranih biljaka i uzgoj visokoproduktivnih pasmina domaćih životinja, bez ikakvog razumijevanja mehanizama koji leže u osnovi tih metoda.

Tek početkom  stoljeća znanstvenici su u potpunosti počeli shvaćati važnost zakona nasljeđa i njegovih mehanizama. Iako je uspjeh mikroskopije omogućio utvrđivanje da se nasljedne karakteristike prenose s koljena na koljeno kroz spermu i jajašca, ostalo je nejasno kako najsitnije čestice protoplazme mogu nositi "tvorbe" te ogromne raznolikosti karakteristika koje čine svaku jedinku organizam.

Poglavlje 1. Predmet genetike

1.1 Što genetika proučava.

Genetika je znanost o nasljeđivanju i varijabilnosti organizama. Genetika je disciplina koja proučava mehanizme i obrasce nasljeđivanja i varijabilnosti organizama, metode kontrole tih procesa. Namijenjen je otkrivanju zakonitosti reprodukcije živih bića kroz generacije, nastanka novih svojstava u organizmima, zakonitosti individualnog razvoja jedinke i materijalne osnove povijesnih preobrazbi organizama u procesu evolucije.

Ovisno o predmetu proučavanja razlikuje se genetika biljaka, genetika životinja, mikrobna genetika, humana genetika itd., a ovisno o metodama koje se koriste u drugim disciplinama, biokemijska genetika, molekularna genetika, genetika okoliša itd.

Genetika daje veliki doprinos razvoju teorije evolucije (evolucijska genetika, populacijska genetika). Ideje i metode genetike nalaze primjenu u svim područjima ljudske djelatnosti vezanim uz žive organizme. Važni su za rješavanje problema u medicini, poljoprivredi i mikrobiološkoj industriji. Najnovija dostignuća u genetici povezana su s razvojem genetskog inženjeringa.

U suvremenom se društvu o genetskim pitanjima naširoko raspravlja u različitim publikama i s različitih stajališta, uključujući i etička, očito iz dva razloga.

Uvijek se javljala potreba za razumijevanjem etičkih aspekata korištenja novih tehnologija.

Razlika između modernog razdoblja je u tome što se time naglo povećala brzina provedbe ideje ili znanstvenog razvoja.

1.2. Moderne ideje o genu.

Uloga gena u razvoju tijela je ogromna. Geni karakteriziraju sve karakteristike budućeg organizma, kao što su boja očiju i kože, veličina, težina i još mnogo toga. Geni su nositelji nasljednih informacija na temelju kojih se razvija organizam.

Kao što su u fizici elementarne jedinice materije atomi, u genetici su elementarne diskretne jedinice nasljeđa i varijabilnosti geni. Kromosom bilo kojeg organizma, bilo bakterije ili čovjeka, sadrži dugi (od stotina tisuća do milijardi parova nukleotida) kontinuirani lanac DNA, duž kojeg su smješteni mnogi geni. Utvrđivanje broja gena, njihovog točnog položaja na kromosomu i njihove detaljne unutarnje strukture, uključujući poznavanje kompletnog slijeda nukleotida, zadatak je iznimne složenosti i važnosti. Znanstvenici ga uspješno rješavaju čitavim nizom molekularnih, genetskih, citoloških, imunogenetskih i drugih metoda.

1.2. Struktura gena.

Lanac kodiranja

Regulacijska zona

Promotor

Ekson 1

Promotor

Promotor

Promotor

Intron 1

Ekson 2

Promotor

Ekson 3

Intron2

Terminator

mRNA

Transkripcija

Spajanje

Zrela mRNA

Prema suvremenim konceptima, gen koji kodira sintezu određenog proteina u eukariota sastoji se od nekoliko bitnih elemenata. (Fig) Prije svega, ovo je opsežno regulatorni zona koja ima snažan utjecaj na aktivnost gena u određenom tkivu tijela u određenoj fazi njegova individualnog razvoja. Sljedeći je promotor, neposredno uz elemente kodiranja gena -

sekvenca DNA duga do 80-100 parova nukleotida, odgovorna za vezanje RNA polimeraze koja transkribira određeni gen. Nakon promotora nalazi se strukturni dio gena koji sadrži podatke o primarnoj strukturi odgovarajućeg proteina. Za većinu eukariotskih gena ovo je područje znatno kraće od regulacijske zone, ali se njegova duljina može mjeriti u tisućama parova nukleotida.

Važna značajka eukariotskih gena je njihov diskontinuitet. To znači da se regija gena za kodiranje proteina sastoji od dvije vrste nukleotidnih sekvenci. Neki su egzoni – dijelovi DNK koji nose informacije o strukturi proteina i dio su odgovarajuće RNK i proteina. Drugi, introni, ne kodiraju strukturu proteina i nisu uključeni u zrelu molekulu mRNA, iako se transkribiraju. Proces izrezivanja introna - "nepotrebnih" dijelova molekule RNA i spajanja egzona tijekom stvaranja mRNA provode posebni enzimi i naziva se spajanje(šivanje, spajanje). Eksoni su obično spojeni istim redoslijedom kako se pojavljuju u DNK. Međutim, nisu baš svi eukariotski geni diskontinuirani. Drugim riječima, neki geni, poput bakterijskih, imaju potpunu korespondenciju nukleotidnog slijeda s primarnom strukturom proteina koje kodiraju.

1.3. Osnovni pojmovi i metode genetike.

Upoznajmo osnovne pojmove genetike. Pri proučavanju obrazaca nasljeđivanja obično se križaju jedinke koje se međusobno razlikuju po alternativnim (međusobno isključivim) svojstvima (na primjer, žuta i zelena boja, glatka i naborana površina graška). Geni koji određuju razvoj alternativnih svojstava nazivaju se alelni. Nalaze se u identičnim lokusima (mjestama) homolognih (uparenih) kromosoma. Alternativno svojstvo i odgovarajući gen, koji se manifestira u hibridima prve generacije, nazivaju se dominantnim, a oni koji se ne manifestiraju (potisnuti) nazivaju se recesivnim. Ako oba homologna kromosoma sadrže iste alelne gene (dva dominantna ili dva recesivna), tada se takav organizam naziva homozigotnim. Ako su različiti geni jednog alelnog para lokalizirani na homolognim kromosomima, tada se takav organizam obično naziva heterozigot na ovoj osnovi. Formira dvije vrste gameta i, kada se križa s organizmom istog genotipa, proizvodi cijepanje.

Skup svih gena u organizmu naziva se genotip. Genotip je skup gena koji međusobno djeluju i utječu jedni na druge. Svaki gen je pod utjecajem drugih gena genotipa i sam utječe na njih, pa se isti gen može različito manifestirati u različitim genotipovima.

Ukupnost svih svojstava i karakteristika organizma naziva se fenotip. Fenotip se razvija na temelju specifičnog genotipa kao rezultat interakcije s okolišnim uvjetima. Organizmi koji imaju isti genotip mogu se međusobno razlikovati ovisno o uvjetima.

Predstavnici bilo koje biološke vrste reproducirati sebi slična bića. Ovo svojstvo potomaka da budu slični svojim precima naziva se nasljedstvo.

Značajke prijenosa nasljednih informacija određene su unutarstaničnim procesima: mitozom i mejozom. Mitoza je proces raspodjele kromosoma stanicama kćerima tijekom stanične diobe. Kao rezultat mitoze, svaki kromosom roditeljske stanice se duplicira i identične kopije se raspršuju u stanice kćeri; u ovom se slučaju nasljedna informacija u potpunosti prenosi s jedne stanice na dvije stanice kćeri. Tako dolazi do diobe stanica u ontogenezi, tj. proces individualnog razvoja. Mejoza je specifičan oblik stanične diobe koji se događa samo tijekom stvaranja spolnih stanica, odnosno gameta (spermija i jajašca). Za razliku od mitoze, broj kromosoma tijekom mejoze se prepolovi; svaka stanica kćer prima samo jedan od dva homologna kromosoma svakog para, tako da je u polovici stanica kćeri jedan homolog, u drugoj polovici drugi; u ovom slučaju kromosomi su raspoređeni u spolnim stanicama neovisno jedni o drugima. (Geni mitohondrija i kloroplasta ne slijede zakon jednake raspodjele tijekom diobe.) Kada se dvije haploidne gamete spoje (oplodnja), ponovno se obnavlja broj kromosoma – nastaje diploidna zigota, koja je dobila jedan set kromosoma od svaki roditelj.

Unatoč golemom utjecaju nasljedstva u formiranju fenotipa živog organizma, srodne jedinke se u većoj ili manjoj mjeri razlikuju od svojih roditelja. Ovo svojstvo potomaka naziva se varijabilnost. Znanost genetika proučava fenomene nasljeđa i varijabilnosti. Dakle, genetika je znanost o obrascima nasljeđivanja i varijabilnosti. Prema suvremenim pojmovima, nasljednost je svojstvo živih organizama da prenose s generacije na generaciju značajke morfologije, fiziologije, biokemije i individualnog razvoja u određenim uvjetima okoliša. Varijabilnost- svojstvo suprotno nasljedstvu je sposobnost organizama kćeri da se razlikuju od svojih roditelja u morfološkim, fiziološkim, biološkim karakteristikama i odstupanjima u individualnom razvoju.

Proučavanje fenotipskih razlika u bilo kojoj velikoj populaciji pokazuje da postoje dva oblika varijacije - diskretan i kontinuiran. Za proučavanje varijacija osobine, kao što je visina kod ljudi, potrebno je izmjeriti tu osobinu na velikom broju pojedinaca u populaciji koja se proučava.

Nasljednost i varijabilnost se ostvaruju u procesu nasljeđivanja, tj. pri prijenosu genetske informacije od roditelja do potomstva putem zametnih stanica (u spolnom razmnožavanju) ili putem somatskih stanica (u nespolnom razmnožavanju) Danas je genetika jedinstvena sveobuhvatna znanost koja koristi i biološke i fizikalno-kemijske metode za rješavanje širokog spektra velikih bioloških problema.

1.4. Problemi i metode istraživanja genetike.

Globalna temeljna pitanja moderne genetike uključuju sljedeće probleme:

1. Varijabilnost nasljednog aparata organizama (mutageneza, rekombinogeneza i usmjerena varijabilnost), koja ima vitalnu ulogu u selekciji, medicini i teoriji evolucije.

2. Problemi okoliša povezani s genetskim posljedicama kemijskog i radijacijskog onečišćenja okoliša koji okružuje ljude i druge organizme.

3. Rast i razmnožavanje stanica i njihova regulacija, nastanak diferenciranog organizma iz jedne stanice i kontrola razvojnih procesa; problem raka.

4. Problem zaštite organizma, imuniteta, tkivne kompatibilnosti pri transplantaciji tkiva i organa.

5. Problem starenja i dugovječnosti.

6. Pojava novih virusa i borba protiv njih.

7. Posebna genetika različitih vrsta biljaka, životinja i mikroorganizama, koja omogućuje identifikaciju i izolaciju novih gena za upotrebu u biotehnologiji i uzgoju.

8. Problem produktivnosti i kakvoće poljoprivrednih biljaka i životinja, njihova otpornost na nepovoljne uvjete okoliša, infekcije i štetnike.

Za rješavanje ovih problema koriste se različite metode istraživanja.

metoda hibridološki analizu je razvio Gregor Mendel. Ova metoda nam omogućuje da identificiramo obrasce nasljeđivanja pojedinih karakteristika tijekom spolnog razmnožavanja organizama. Njegova je bit sljedeća: analiza nasljeđa provodi se prema pojedinačnim neovisnim karakteristikama; može se pratiti prijenos ovih karakteristika kroz niz generacija; Točno se kvantitativno računa o nasljeđivanju svake alternativne osobine i naravi potomaka svakog hibrida posebno.

Citogenetička metoda omogućuje vam proučavanje kariotipa (skupa kromosoma) tjelesnih stanica i prepoznavanje genomskih i kromosomskih mutacija.

Genealoška metoda uključuje proučavanje pedigrea životinja i ljudi i omogućuje nam da ustanovimo vrstu nasljeđivanja (na primjer, dominantno, recesivno) određene osobine, zigotnost organizama i vjerojatnost manifestacije osobina u budućim generacijama. Ova metoda se naširoko koristi u uzgoju i medicinskim genetskim konzultacijama.

Metoda blizanaca temelji se na proučavanju manifestacije osobina kod jednojajčanih i dvojajčanih blizanaca. Omogućuje nam da identificiramo ulogu nasljedstva i vanjskog okruženja u formiranju specifičnih karakteristika.

Biokemijske metode Istraživanja se temelje na proučavanju aktivnosti enzima i kemijskog sastava stanica, koji su određeni nasljeđem. Pomoću ovih metoda moguće je identificirati genske mutacije i heterozigotne nositelje recesivnih gena.

Metoda statistike stanovništva omogućuje izračunavanje učestalosti pojavljivanja gena i genotipova u populacijama.

razvoj i postojanje. Zasebna značajka se zove sušilo za kosu. Fenotipske karakteristike uključuju ne samo vanjske karakteristike (boja očiju, kose, oblik nosa, boja cvijeta itd.), već i anatomske (volumen želuca, struktura jetre itd.), biokemijske (koncentracija glukoze i uree u krvnom serumu itd.) i drugi.

1.5. Glavne faze razvoja genetike.

Porijeklo genetike, kao i svake znanosti, treba tražiti u praksi. Genetika je nastala u vezi s uzgojem domaćih životinja i uzgojem biljaka, kao i s razvojem medicine. Budući da je čovjek počeo koristiti križanje životinja i biljaka, suočio se s činjenicom da svojstva i karakteristike potomaka ovise o svojstvima roditeljskih jedinki odabranih za križanje.

Razvoju znanosti o nasljeđivanju i varijabilnosti posebno je snažno pridonio nauk Charlesa Darwina o podrijetlu vrsta, koji je u biologiju uveo povijesnu metodu proučavanja evolucije organizama. Sam Darwin uložio je mnogo truda u proučavanje nasljeđa i varijabilnosti. Prikupio je ogromnu količinu činjenica i na temelju njih napravio cijela linija točne zaključke, ali nije uspio utvrditi zakone nasljeđivanja. Njegovi suvremenici, takozvani hibridizatori, koji su križali razne oblike i tražili stupanj sličnosti i razlike između roditelja i potomaka, također nisu bili u stanju utvrditi opće obrasce nasljeđivanja.

Prvi Pravi znanstveni iskorak u proučavanju nasljeđa napravio je austrijski redovnik Gregor Mendel (1822.-1884.) koji je 1866. godine objavio članak koji je postavio temelje moderne genetike. Mendel je pokazao da se nasljedne sklonosti ne miješaju, već se prenose s roditelja na potomke u obliku diskretnih (odvojenih) jedinica. Ove jedinice, prisutne u parovima kod jedinki, ostaju diskretne i prenose se na sljedeće generacije u muškim i ženskim gametama, od kojih svaka sadrži po jednu jedinicu iz svakog para.

Kratak sažetak suštine Mendelovih hipoteza

1.Svaki znak datog organizma kontroliran parom alela.

2. Ako organizam sadrži dva različita alela za određeno svojstvo, tada se jedan od njih (dominantni) može manifestirati potpuno potiskujući ispoljavanje drugog svojstva (recesivnog).

3. Tijekom mejoze svaki par alela se odvaja (cijepa) i svaka gameta prima po jedan od svakog para alela (princip cijepanja).

4. Tijekom formiranja muških i ženskih gameta, bilo koji alel iz jednog para može ući u svaku od njih zajedno s bilo kojim drugim iz drugog para (načelo neovisne distribucije).

5. Svaki alel se prenosi s generacije na generaciju kao zasebna, nepromjenjiva jedinica.

6. Svaki organizam nasljeđuje jedan alel (za svako svojstvo) od svakog roditelja.

Za teoriju evolucije ti su principi bili od ključne važnosti. Otkrili su jedan od najvažnijih izvora varijabilnosti, naime mehanizam za održavanje prikladnosti karakteristika vrste tijekom više generacija. Kad bi se adaptivne karakteristike organizama koje su nastale pod kontrolom selekcije apsorbirale i nestale tijekom križanja, tada bi napredak vrste bio nemoguć.

Sav kasniji razvoj genetike bio je povezan s proučavanjem i širenjem ovih principa i njihovom primjenom na teoriju evolucije i selekcije.

Na drugom pozornica August Weissmann (1834-1914) pokazalo je da su zametne stanice izolirane od ostatka tijela i stoga nisu podložne utjecajima koji djeluju na somatska tkiva.

Unatoč Weismannovim uvjerljivim eksperimentima, koje je bilo lako provjeriti, Lisenkovi pristaše, koji su bili pobjednici sovjetske biologije, dugo su poricali genetiku, nazivajući je weismanizmom-morganizmom. U ovom slučaju ideologija je pobijedila znanost, a mnogi znanstvenici, poput N. I. Vavilova, bili su potisnuti.

Na trećem stupanj Hugo de Vries (1848.-1935.) otkrio je postojanje nasljednih mutacija koje čine osnovu diskretne varijabilnosti. Predložio je da su nove vrste nastale mutacijama.

Mutacije su djelomične promjene u strukturi gena. Njegov konačni učinak je promjena svojstava proteina kodiranih mutantnim genima. Osobina koja se javlja kao posljedica mutacije ne nestaje, već se akumulira. Mutacije su uzrokovane zračenjem, kemijskim spojevima, temperaturnim promjenama i mogu biti jednostavno slučajne.

Na četvrtom fazi, Thomas Maughan (1866-1945) stvorio je kromosomsku teoriju nasljeđivanja, prema kojoj svaka biološka vrsta ima strogo određen broj kromosoma.

Na petom stupanj G. Meller 1927. godine utvrdio je da se genotip može promijeniti pod utjecajem X-zraka. Tu nastaju inducirane mutacije i ono što je kasnije nazvano genetskim inženjeringom sa svojim golemim mogućnostima i opasnostima uplitanja u genetski mehanizam.

Na šestom faza J. Beadle i E. Tatum 1941. identificirali su genetsku osnovu biosinteze.

Na sedmom pozornici, James Watson i Francis Crick predložili su model molekularne strukture DNA i mehanizam njezine replikacije. Otkrili su da je svaka molekula DNK sastavljena od dva polidezoksiribonukleinska lanca, spiralno upletena oko zajedničke osi.

U razdoblju od 40-ih godina prošlog stoljeća do danas došlo je do niza otkrića (uglavnom na mikroorganizmima) potpuno novih genetskih fenomena koji otkrivaju mogućnosti analize strukture gena na molekularnoj razini. Posljednjih godina, uvođenjem novih istraživačkih metoda u genetiku, posuđenih iz mikrobiologije, došli smo do rješenja kako geni kontroliraju slijed aminokiselina u proteinskoj molekuli.

Prije svega treba reći da je sada potpuno dokazano da su nositelji naslijeđa kromosomi, koji se sastoje od snopa molekula DNA.

Provedeni su prilično jednostavni pokusi: čista DNA izolirana je iz ubijenih bakterija jednog soja s posebnom vanjskom karakteristikom i prenesena na žive bakterije drugog soja, nakon čega su razmnožavajuće bakterije potonjeg poprimile karakteristike prvog soja. Brojni slični pokusi pokazuju da je DNK nositelj nasljeđa.

Trenutno su pronađeni pristupi rješavanju problema organiziranja nasljednog koda i njegovog eksperimentalnog dešifriranja. Genetika se, zajedno s biokemijom i biofizikom, približila rasvjetljavanju procesa sinteze proteina u stanici i umjetne sinteze proteinskih molekula. Ovdje počinje potpuno nova pozornica razvoj ne samo genetike, nego i biologije u cjelini.

Razvoj genetike do danas je kontinuirano rastuća pozadina istraživanja funkcionalne, morfološke i biokemijske diskretnosti kromosoma. Puno je već učinjeno na ovom području, puno je već učinjeno i svakim danom vrhunac znanosti približava se cilju - razotkrivanju prirode gena. Do danas je utvrđen niz fenomena koji karakteriziraju prirodu gena. Prvo, gen na kromosomu ima svojstvo samoreprodukcije (autoreprodukcija); drugo, sposoban je za mutacijske promjene; treće, povezana je s određenom kemijskom strukturom deoksiribonukleinske kiseline – DNK; četvrto, kontrolira sintezu aminokiselina i njihovih sekvenci u proteinskim molekulama. U vezi s novijim istraživanjima, formira se nova ideja o genu kao funkcionalnom sustavu, a učinak gena na određivanje svojstava razmatra se u cjelovitom sustavu gena - genotipu.

Novi izgledi za sintezu žive tvari privlače veliku pozornost genetičara, biokemičara, fizičara i drugih stručnjaka.

Tijekom proteklih desetljeća došlo je do kvalitativne promjene genetike kao znanosti: pojavila se nova metodologija istraživanja - genetsko inženjerstvo, koje je revolucioniralo genetiku i dovelo do brzog razvoja molekularne genetike i biotehnologije genetskog inženjeringa.

Suvremeni razvoj opće i specifične genetike, molekularne genetike i genetičkog inženjerstva odvija se uz međusobno obogaćivanje ideja i metoda i objedinjuje se čisto genetičkom analizom, tj. dobivanje mutacija i provođenje određenih križanja. Bilo je moguće otkriti mnoge temeljne zakone života, tj. Već u ranim fazama svog razvoja genetika je postala egzaktna eksperimentalna znanost.

Bez visokorazvijene opće i molekularne genetike ne može biti učinkovitog napretka u gotovo niti jednom području moderne biologije, selekcije ili zaštite nasljednog zdravlja ljudi.

Genetika i genetski inženjering nisu ništa manje važni u razvoju nacionalnog gospodarstva.

Suvremena selekcija koristi se metodama induciranih mutacija i rekombinacija, heteroze, poliploidije, imunogenetike, staničnog inženjeringa, udaljene hibridizacije, proteinskih i DNA markera i dr. Njihova implementacija u uzgojnim centrima izuzetno je plodonosna.

Trenutno se pomoću genetskog inženjeringa provodi industrijska mikrobiološka sinteza niza proizvoda potrebnih za medicinu, poljoprivredu i industriju. Sinteza drugih vrijednih proizvoda provodi se u kulturama stanica.

Razvoj mikrobne genetike uvelike određuje učinkovitost mikrobiološke industrije.

Sada se ocrtava nova faza u razvoju genetskog inženjeringa - prijelaz na korištenje biljaka i životinja s genima koji su odgovorni za sintezu odgovarajućih proizvoda transplantiranih u njih kao izvora vrijednih proizvoda, tj. stvaranje i korištenje transgenih biljaka i životinja. Stvaranjem transgenih organizama riješit će se problemi dobivanja novih biljnih sorti i pasmina životinja s povećanom produktivnošću, kao i otpornošću na zarazne bolesti i nepovoljne uvjete okoliša.

Razvoj genetskog inženjeringa stvorio je temeljno novu osnovu za konstruiranje sekvenci DNK potrebnih istraživačima. Napredak eksperimentalne biologije omogućio je stvaranje metoda za uvođenje takvih umjetno stvorenih gena u jezgru jajnih stanica ili spermija. Kao rezultat toga, postalo je moguće dobiti transgene životinje, oni. životinje koje u svojim tijelima nose strane gene.

Jedan od prvih primjera uspješnog stvaranja transgenih životinja bila je proizvodnja miševa kojima je u genom ugrađen štakorski hormon rasta. Neki od tih transgenih miševa brzo su rasli i dostigli veličine znatno veće od kontrolnih životinja.

U Americi je rođen prvi majmun na svijetu s modificiranim genetskim kodom. Mužjak, nazvan Andy, rođen je nakon što je gen meduze umetnut u jajašce njegove majke. Eksperiment je proveden s rezus majmunom, koji je po svojim biološkim karakteristikama puno bliži čovjeku od bilo koje druge životinje koja je dosad bila podvrgnuta pokusima genetske modifikacije. Znanstvenici kažu da će im tehnika pomoći u razvoju novih tretmana za bolesti poput raka dojke i dijabetesa. Međutim, kako javlja BBC, eksperiment je već izazvao kritike skupina za dobrobit životinja koje se boje da će istraživanje dovesti do patnje mnogih primata u laboratorijima.

Stvaranje hibrida čovjeka i svinje. Jezgra se uklanja iz ljudske stanice i usađuje u jezgru svinjskog jajeta, koje je prethodno oslobođeno životinjskog genetskog materijala. Rezultat je bio embrij koji je živio 32 dana dok ga znanstvenici nisu odlučili uništiti. Istraživanja se provode, kao i uvijek, s plemenitim ciljem: pronalaženjem lijekova za ljudske bolesti. Iako mnogi znanstvenici, pa čak i oni koji su stvorili ovcu Dolly, pokušaje kloniranja ljudskih bića ne prihvaćaju, takve će eksperimente teško zaustaviti jer je princip tehnike kloniranja već poznat mnogim laboratorijima.

Trenutno postoji veliki interes za transgene životinje. To je zbog dva razloga. Prvo, pojavile su se široke mogućnosti za proučavanje djelovanja stranog gena u genomu organizma domaćina, ovisno o mjestu njegovog umetanja u određeni kromosom, kao i strukturi regulacijske zone gena. Drugo, transgene domaće životinje mogle bi biti od praktičnog interesa u budućnosti.

Za medicinu je od velike važnosti razvoj metoda za prenatalnu dijagnostiku genetskih defekata i onih strukturnih značajki ljudskog genoma koje pridonose razvoju ozbiljnih bolesti: raka, kardiovaskularnih, mentalnih i drugih.

Postavljen je zadatak stvoriti nacionalni i globalni genetski monitoring, tj. praćenje genetskog opterećenja i dinamike gena u nasljeđu ljudi. To će biti od velike važnosti za procjenu utjecaja mutagena okoliša i praćenje demografskih procesa.

Razvoj metoda za ispravljanje genetskih defekata transplantacijom gena (hemoterapija) započeo je i razvijat će se 90-ih godina.

Napredak u području proučavanja funkcioniranja različitih gena omogućit će 90-ih godina prošlog stoljeća da se pristupi razvoju racionalnih metoda liječenja tumorskih, kardiovaskularnih i niza virusnih i drugih opasnih bolesti ljudi i životinja.

1.6 Genetika i ljudi.

U humanoj genetici jasno je vidljiva izravna povezanost znanstvenih istraživanja s etičkim pitanjima, kao i ovisnost znanstvenih istraživanja o etičkom značenju njihovih konačnih rezultata. Genetika je toliko napredovala da je čovjek na pragu takve moći koja mu omogućuje da određuje svoju biološku sudbinu. Zato je korištenje svih potencijalnih mogućnosti medicinske genetike moguće samo uz strogo pridržavanje etičkih standarda.

Ljudska genetika, koja se brzo razvija posljednjih desetljeća, dala je odgovore na mnoga pitanja koja su dugo zanimala ljude: što određuje spol djeteta? Zašto djeca liče na svoje roditelje? Koji su znakovi i bolesti nasljedni, a koji ne, zašto se ljudi međusobno toliko razlikuju, zašto su brakovi u bliskom srodstvu štetni?

Zanimanje za ljudsku genetiku je zbog nekoliko razloga. Prvo, to je prirodna želja osobe da upozna sebe. Drugo, nakon što su pobijeđene mnoge zarazne bolesti - kuga, kolera, boginje itd. - porastao je relativni udio nasljednih bolesti. Treće, nakon što se shvatila priroda mutacija i njihov značaj u nasljeđivanju, postalo je jasno da mutacije mogu biti uzrokovane okolišnim čimbenicima kojima se prije nije pridavala dužna pozornost. Započelo je intenzivno proučavanje utjecaja zračenja i kemikalija na naslijeđe. Svake godine u svakodnevnom životu, poljoprivredi, prehrambenoj, kozmetičkoj, farmakološkoj industriji i drugim područjima djelovanja koristi se sve više kemijskih spojeva, među kojima se koriste i mnogi mutageni.

U tom smislu mogu se identificirati sljedeći glavni problemi genetike.

Nasljedne bolesti i njihovi uzroci. Nasljedne bolesti mogu biti uzrokovane poremećajima pojedinih gena, kromosoma ili skupova kromosoma. Prvi put je u slučaju Downovog sindroma otkrivena veza između abnormalnog broja kromosoma i oštrih odstupanja od normalnog razvoja.

Osim kromosomskih poremećaja, nasljedne bolesti mogu biti uzrokovane promjenama genetske informacije izravno u genima.

Još nema učinkovitih lijekova za nasljedne bolesti. Međutim, postoje metode liječenja koje olakšavaju stanje pacijenata i poboljšavaju njihovu dobrobit. Temelje se uglavnom na kompenzaciji metaboličkih nedostataka uzrokovanih poremećajima u genomu.

Medicinski genetski laboratoriji. Poznavanje ljudske genetike omogućuje nam da odredimo vjerojatnost da imamo djecu s nasljednim bolestima u slučajevima kada su jedan ili oba supružnika bolesni ili su oba roditelja zdrava, ali su se nasljedne bolesti pojavile kod njihovih predaka. U nekim slučajevima moguće je predvidjeti rođenje zdravog drugog djeteta ako je prvo bilo bolesno. Takvo predviđanje provodi se u medicinsko-genetičkim laboratorijima. Široka uporaba medicinskih genetskih konzultacija spasit će mnoge obitelji od nesreće bolesne djece.

Jesu li sposobnosti naslijeđene? Znanstvenici vjeruju da svaka osoba ima zrno talenta. Talent se razvija napornim radom. Genetski, osoba je bogatija svojim sposobnostima, ali ih ne ostvaruje u potpunosti u svom životu.
Još uvijek ne postoje metode za prepoznavanje stvarnih sposobnosti čovjeka u procesu njegova odgoja djetinjstva i mladenaštva, pa stoga često nisu osigurani odgovarajući uvjeti za njihov razvoj.

Djeluje li prirodna selekcija u ljudskom društvu? Povijest čovječanstva je promjena genetske strukture populacija vrste Homo sapiens pod utjecajem bioloških i društvenih čimbenika. Ratovi i epidemije promijenili su genetski fond čovječanstva. Prirodna selekcija nije oslabila tijekom protekle 2 tisuće godina, već se samo promijenila: društvena selekcija naslagala se na nju.

Genetski inženjering koristi najvažnija otkrića molekularne genetike za razvoj novih metoda istraživanja, dobivanje novih genetskih podataka, kao iu praktičnim aktivnostima, posebice u medicini.

Prije su se cjepiva izrađivala samo od ubijenih ili oslabljenih bakterija ili virusa koji su mogli potaknuti imunitet kod ljudi zbog stvaranja specifičnih proteina protutijela. Takva cjepiva dovode do razvoja trajnog imuniteta, ali imaju i nedostatke.

Sigurnije je cijepiti se čistim proteinima ljuski virusa – oni se ne mogu razmnožavati, jer nemaju nukleinske kiseline, ali uzrokuju stvaranje antitijela. Mogu se dobiti metodama genetskog inženjeringa. Takvo cjepivo već je stvoreno protiv zaraznog hepatitisa (Botkinove bolesti), opasne i teško izlječive bolesti. U tijeku je rad na stvaranju čistih cjepiva protiv gripe, antraks i druge bolesti.

Korekcija spola. Operacije korekcije spola kod nas su se počele provoditi prije 30-ak godina isključivo iz medicinskih razloga.

Transplantacija organa. Transplantacija organa od donora vrlo je složena operacija nakon koje slijedi jednako težak period usađivanja presatka. Vrlo često transplantat bude odbačen i pacijent umre. Znanstvenici se nadaju da se ti problemi mogu riješiti kloniranjem.

Kloniranje- metoda genetskog inženjeringa u kojoj se potomci dobivaju iz somatske stanice pretka i stoga imaju potpuno isti genom.

Kloniranje životinja omogućuje nam rješavanje mnogih problema u medicini i molekularnoj biologiji, ali u isto vrijeme stvara mnoge društvene probleme.

Znanstvenici vide mogućnost reprodukcije pojedinačnih tkiva ili organa ozbiljno bolesnih ljudi za naknadnu transplantaciju - u ovom slučaju neće biti problema s odbacivanjem transplantata. Kloniranjem se također mogu dobiti novi lijekovi, posebice oni dobiveni iz tkiva i organa životinja ili ljudi.

Međutim, unatoč atraktivnim izgledima, etička strana kloniranja izaziva zabrinutost.

Deformacije. Razvoj novog živog bića odvija se u skladu s genetskim kodom zapisanim u DNK, koji je sadržan u jezgri svake stanice u tijelu. Ponekad, pod utjecajem čimbenika okoliša - radioaktivnih, ultraljubičastih zraka, kemikalija - genetski kod je poremećen, dolazi do mutacija i odstupanja od norme.

Genetika i kriminologija. U sudskoj praksi postoje slučajevi utvrđivanja srodstva kada su djeca bila zbunjena u rodilištu. Ponekad se to odnosilo na djecu koja su odrastala u obiteljima drugih ljudi dulje od godinu dana. Za utvrđivanje srodstva koriste se metode biološkog ispitivanja koje se provodi kada dijete navrši 1 godinu i krvni sustav se stabilizira. Razvijena je nova metoda - gene fingerprinting, koja omogućuje analizu na kromosomskoj razini. U ovom slučaju, dob djeteta nije bitna, a odnos se uspostavlja sa 100% jamstvom.

Poglavlje 2. Uloga reprodukcije u razvoju živih bića.

2.1. Značajke cikličke reprodukcije.

Sve faze u životu svakog živog bića su važne, pa tako i za čovjeka. Svi se oni svode na cikličko razmnožavanje izvornog živog organizma. A ovaj proces cikličke reprodukcije započeo je prije otprilike 4 milijarde godina.

Razmotrimo njegove značajke. Iz biokemije je poznato da su mnoge reakcije organskih molekula reverzibilne. Na primjer, proteinske molekule se sintetiziraju iz aminokiselina, koje se mogu razgraditi u aminokiseline. To jest, pod utjecajem bilo kakvih utjecaja, javljaju se i reakcije sinteze i reakcije cijepanja. U živoj prirodi svaki organizam prolazi kroz cikličke faze cijepanja izvornog organizma i reprodukcije iz odvojenog dijela nove kopije izvornog organizma, koji zatim ponovno proizvodi embrij za reprodukciju. Upravo iz tog razloga međudjelovanja u živoj prirodi traju kontinuirano milijardama godina. Svojstvo reprodukcije kopije iz razdvojenih dijelova izvornog organizma određeno je činjenicom da se kompleks molekula prenosi na novi organizam, koji u potpunosti kontrolira proces ponovnog stvaranja kopije.

Proces je započeo samoreprodukcijom molekularnih kompleksa. I ovaj put je prilično dobro zabilježen u svakoj živoj stanici. Znanstvenici su odavno primijetili da se u procesu embriogeneze faze evolucije života ponavljaju. Ali onda treba obratiti pozornost i na to da se u samoj dubini stanice, u njenoj jezgri, nalaze molekule DNK. Ovo je najbolji dokaz da je život na Zemlji započeo reprodukcijom kompleksa molekula koje su imale svojstvo da prvo cijepaju dvostruku spiralu DNK, a zatim su omogućile proces ponovnog stvaranja dvostruke spirale. To je proces cikličke rekreacije živog objekta uz pomoć molekula koje su prenesene u trenutku cijepanja i koje su potpuno kontrolirale sintezu kopije izvornog objekta. Stoga će definicija života izgledati ovako. Život je vrsta interakcije materije, čija je glavna razlika od poznatih vrsta interakcija pohranjivanje, akumulacija i kopiranje objekata koji unose sigurnost u te interakcije i prenose ih iz slučajnih u pravilne, dok se ciklička reprodukcija živog objekta događa .

Svaki živi organizam ima genetski skup molekula koji u potpunosti određuje proces ponovnog stvaranja kopije izvornog objekta. To jest, u prisutnosti potrebnih hranjivih tvari, s vjerojatnošću jedan, kao rezultat interakcije kompleksa molekula, ponovno će se stvoriti kopija živog organizma. No, unos hranjivih tvari nije zajamčen, dolazi i do štetnih vanjskih utjecaja i poremećaja interakcija unutar stanice. Stoga je ukupna vjerojatnost ponovnog stvaranja kopije uvijek nešto manja od jedan. Dakle, od dva organizma ili živih objekata, učinkovitije će se kopirati onaj organizam koji ima veću ukupnu vjerojatnost da će izvršiti sve potrebne interakcije. To je zakon evolucije žive prirode. Drugim riječima, može se formulirati na sljedeći način: što više interakcija potrebnih za kopiranje objekta kontrolira sam objekt, to je veća vjerojatnost njegove cikličke reprodukcije.

Očito je da ako se ukupna vjerojatnost svih interakcija povećava, tada ovaj objekt evoluira; ako se smanjuje, onda dolazi do involucije; ako se ne mijenja, tada je objekt u stabilnom stanju.

Najvažnija funkcija života je funkcija samoproizvodnje. Drugim riječima, životna aktivnost je proces zadovoljenja potrebe čovjeka za reprodukcijom svog živog bića u okviru sustava u koji je uključen kao element, tj. pod uvjetima okoliša. Uzimajući kao polaznu tezu premisu da životna djelatnost ima najvažniju potrebu za reprodukcijom svog subjekta, kao vlasnika ljudskog tijela, treba napomenuti da se reprodukcija odvija na dva načina: prvo, u procesu konzumiranja tvari i energije iz okoliša, a drugo, u procesu biološke reprodukcije, odnosno rađanja potomstva. Prvi tip ostvarenja potrebe u vezi “vanjska sredina-organizam” može se izraziti kao reprodukcija “živog od neživog”. Čovjek postoji na zemlji zahvaljujući stalnom trošenju potrebnih tvari i energije iz okoliša.

U I. Vernadsky je u svom poznatom djelu “Biosfera” proces života na Zemlji predstavio kao stalni ciklus materije i energije, u koji ljudi moraju biti uključeni, zajedno s drugim stvorenjima. Atomi i molekule fizičkih tvari koje čine Zemljinu biosferu bili su uključeni u njezin optok milijunima puta tijekom postojanja života. Ljudsko tijelo nije identično tvari i energiji koju troši iz vanjske okoline, ono je na određeni način preobražen objekt njegove životne aktivnosti. Kao rezultat ostvarenja potreba za tvarima, energijom i informacijama, iz jednog objekta nastaje drugi objekt prirode koji posjeduje svojstva i funkcije koje uopće nisu svojstvene izvornom objektu. To otkriva posebnu, nužno svojstvenu vrstu ljudske aktivnosti. Takvu aktivnost možemo definirati kao potrebu usmjerenu na materijalnu i energetsku reprodukciju. Sadržaj ostvarenja ove potrebe je izvlačenje sredstava za život iz okoline. Ekstrakcija u širem smislu uključuje i samu ekstrakciju i proizvodnju.

Ova vrsta reprodukcije nije jedina neophodna za postojanje života. V. I. Vernadsky je napisao da živi organizam, "umirući, živeći i propadajući, predaje mu svoje atome i neprestano ih od njega uzima, ali živa tvar obuhvaćena životom uvijek ima početak u živom." Drugi tip reprodukcije također je nužno svojstven cijelom životu na Zemlji. Znanost je s dovoljnom sigurnošću dokazala da je izravno stvaranje živih bića iz nežive materije nemoguće u ovoj fazi razvoja Zemlje.

Nakon pojave i širenja života na Zemlji, njegov nastanak danas samo na temelju anorganske materije više nije moguć. Svi živi sustavi koji sada postoje na Zemlji nastaju ili na temelju živih bića, ili posredstvom živih bića. Dakle, prije nego što se živi organizam reproducira materijalno i energetski, mora se reproducirati biološki, odnosno roditi ga drugi živi organizam. Razmnožavanje živih bića živim bićima je prije svega prijenos s jedne generacije na drugu genetskog materijala, koji određuje pojavu određene morfofiziološke strukture u potomstvu. Jasno je da se genetski materijal ne prenosi s koljena na koljeno sam po sebi; njegov prijenos je također funkcija ljudskog života.

Zaključak.

Genetika je znanost o nasljeđivanju i varijabilnosti organizama. Genetika je disciplina koja proučava mehanizme i obrasce nasljeđivanja i varijabilnosti organizama, te metode za kontrolu tih procesa. Namijenjen je otkrivanju zakonitosti reprodukcije živih bića kroz generacije, nastanka novih svojstava u organizmima, zakonitosti individualnog razvoja jedinke i materijalne osnove povijesnih preobrazbi organizama u procesu evolucije. Objekti genetike su virusi, bakterije, gljive, biljke, životinje i ljudi. U pozadini vrsta i drugih specifičnosti, otkrivaju se opći zakoni u pojavama nasljeđa za sva živa bića. Njihovo postojanje pokazuje jedinstvo organskog svijeta.

U suvremenom se društvu o genetskim pitanjima naširoko raspravlja u različitim publikama i s različitih stajališta, uključujući i etička, očito iz dva razloga.

Prvo, genetika utječe na najprimarnija svojstva žive prirode, kao na ključna mjesta u manifestacijama života. Stoga se napredak medicine i biologije, kao i sva očekivanja od nje, često fokusiraju na genetiku. Na mnoge je načine ovaj fokus opravdan.

Drugo, posljednjih desetljeća genetika se toliko brzo razvija da daje povoda kako znanstvenim tako i pseudoznanstvenim obećavajućim prognozama. To posebno vrijedi za ljudsku genetiku, čiji napredak postavlja etička pitanja akutnije nego u drugim područjima biomedicinske znanosti.

U humanoj genetici jasno je vidljiva izravna povezanost znanstvenih istraživanja s etičkim pitanjima, kao i ovisnost znanstvenih istraživanja o etičkom značenju njihovih konačnih rezultata. Genetika je toliko napredovala da je čovjek na pragu takve moći koja mu omogućuje da određuje svoju biološku sudbinu. Zato je korištenje svih potencijalnih mogućnosti genetike moguće samo uz strogo pridržavanje etičkih standarda.

Genetika zauzima vrlo važno mjesto u sustavu modernih znanosti, a možda su najvažnija dostignuća posljednjeg desetljeća prošlog stoljeća povezana upravo s genetikom. Sada, na početku 21. stoljeća, pred čovječanstvom se otvaraju perspektive koje plijene maštu. Hoće li znanstvenici u bliskoj budućnosti moći ostvariti golemi potencijal svojstven genetici? Hoće li čovječanstvo dočekati dugo očekivano izbavljenje od nasljednih bolesti, hoće li čovjek moći produžiti svoj prekratki život i steći besmrtnost? Trenutno imamo sve razloge tome se nadati.

Bibliografski popis korištene literature:

Artjomov A. Što je gen. - Taganrog: Izdavačka kuća "Crvena stranica", 1989.

Biološki enciklopedijski rječnik. - M.: Sov. enciklopedija, 1989.

Vernadsky V.I. Kemijska struktura Zemljine biosfere i njezinog okoliša. - M.: Nauka, 1965.

1. svijesti i kognitivne procese u formaciji živ... koji su usmjereni na razvoj I reprodukcija odnosi s određenim... populacijska ekologija i genetika, matematički genetika. “Novo... Stoga ovo troje Osnovni, temeljni Problemi i potražnja...

2. Genetika. Bilješke s predavanja

   Sažetak >> Biologija

   ... uloga genetika V razvoj lijek. Glavni dionice moderne genetika su: citogenetika, molekularna genetika, mutageneza, populacijska, evolucijska i ekološka genetika ...