Реферат: Биология в современном естествознании

Российская академия государственной службы

при Президенте Российской Федерации

«Северо-Западная академия государственной службы»

Юридический факультет

Реферат

На тему: «Биология в современном естествознании»

По дисциплине: Концепция современного естествознания

Составила: Игнатенко О.А.

Группа 31 юсв

Проверил: Тарасов Н.А.

Санкт-Петербург

2004

План:

1. Введение 3стр.

НОСИТЕЛЬ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

2. СОВРЕМЕННЫЕ БИОТЕХНОЛОГИИ 4стр.

6. Список использованной литературы

НОСИТЕЛЬ ГЕНЕТИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ

Структура ДНК.

Хранение и передачу наследственной информации в живых организмах обеспечивают

природные органические полимеры — нуклеиновые кислоты. Различают их две

разновидности — дезоксирибонуклеиновую кислоту (ДНК) и

рибонуклеиновую кислоту (РНК). В состав ДНК входят азотистые основания

(аденин (А), гуанин (Г), тимин (Т), цитозин (Ц)), дезоксирибоза С5

Н10О4 и остаток фосфорной кислоты. В состав РНК вместо

тимина входит урацил (У), а вместо дезоксирибозы — рибоза (С5Н10О5).

Мономерами ДНК и РНК являются нуклеотиды, которые состоят из азотистых,

пуриновых (аденин и гуанин) и пиримидиновых (урацил, тимин и цитозин)

оснований, остатка фосфорной кислоты и углеводов (рибозы и дезоксирибозы).

Молекулы ДНК содержатся в хромосомах ядра клетки живых организмов, в

эквивалентных структурах митохондрий, хлоропластов, в прокариотных клетках и

во многих вирусах. По своей структуре молекула ДНК похожа на двойную спираль.

Структурная модель ДНК в

виде двойной спирали впервые предложена в 1953 г. американским биохимиком Дж.

Уотсоном (р. 1928) и английским биофизиком и генетиком Ф. Криком (р. 1916),

удостоенными вместе с английским биофизиком М. Уилкинсоном (р. 1916),

получившим рентгенограмму ДНК, Нобелевской премии 1962 г.

Нуклеотиды соединяются в цепь посредством ковалентнйх связей. Образованные таким

образом цепи нуклеотидов объединяется в одну молекулу ДНК по всей длине

водородными связями: адениновый нуклео-тид одной цепи соединяется с тиминовым

нуклеотидом другой цепи, а гуаниновый — с цитозиновым . При этом аденин всегда

распознает только тимин и связывается с ним и наоборот. Подобную пару образуют

гуанин и цитозин. Такие пары оснований, как и нуклеотиды, называются

комплементарными, а сам принцип формирования двухцепочной молекулы ДНК —

принципом комплементарности. Число нуклеотидных пар, например, в организме

человека составляет 3 — 3,5 млрд.

ДНК — материальный носитель наследственной информации, которая кодируется

последовательностью нуклеотидов. Расположение четырех типов нуклеотидов в цепях

ДНК определяет последовательность аминокислот в молекулах белка, т.е. их

первичную структуру. От набора белков зависят свойства клеток и индивидуальные

признаки организмов. Определенное сочетание нуклеотидов, несущих информацию о

структуре белка, и последовательность их расположения в молекуле ДНК образуют

генетический код. Ген (от греч. genos — род, происхождение) — единица

наследственного материала, ответственная за формирование какого-либо признака.

Он занимает участок молекулы ДНК, определяющий структуру одной молекулы белка.

Совокупность генов, содержащихся в одинарном наборе хромосом данного организма,

называется геномом, а генетическая конституция организма (совокупность

всех его генов) — генотипом. Нарушение последовательности нуклеотидов в

цепи ДНК, а следовательно, в генотипе приводит к наследственным изменениям в

организме—мутациям.

Генетический код обладает удивительными свойствами. Главное из них —

триплетность: одна аминокислота кодируется тремя рядом распо ложенными

нуклеотидами — триплетом, называемым кодоном. При этом каждый кодон

кодирует только одну аминокислоту. Другое не менее важное свойство — код един

для всего живого на Земле. Это свойство генетического кода вместе со сходством

аминокислотного состава всех белков свидетельствует о биохимическом единстве

жизни, которое, по-видимому, отражает происхождение всех живых существ от

единого предка.

Для молекул ДНК характерно важное свойство удвоения — образования двух

одинаковых двойных спиралей, каждая из которых идентична исходной молекуле.

Такой процесс удвоения молекулы ДНК называется репликацией. Репликация

включает в себя разрыв старых и формирование новых водородных связей,

объединяющих цепи нуклеотидов. В начале репликации две старые цепи начинают

раскручиваться и отделяться друг от друга. Затем по принципу комплементарности

к двум старым цепям пристраиваются новые. Так образуются две идентичные двойные

спирали. Репликация обеспечивает точное копирование генетической информации,

заключенной в молекулах ДНК, и передает ее по наследству от поколения к

поколению.

Генетические свойства.

Накануне открытия структуры молекулы ДНК известные биологи считали, что

вторгнуть­ся в наследственный аппарат, а тем более манипулировать с ним наука

сможет лишь в XXI в. Однако, несмотря на сложность структуры и свойств

наследственного материала, уже в конце XX в. родилась новая отрасль

молекулярной биологии и генетики — генная инженерия, основная задача

которой заключается в конструировании новых, не существующих в природе

сочетаний генов. В последнее время эта отрасль называется генной

технологией. Она открывает возможности выведения новых сортов культурных

растений и высокопродуктивных пород животных, создания эффективных

лекарственных препаратов и т.д.

Проведенные в последнее время исследования показали, что наследственный

материал не стареет. Генетический анализ эффективен даже в том случае, когда

молекулы ДНК принадлежат весьма далеким друг от друга поколениям.

Сравнительно недавно была поставлена задача определить, кому принадлежат

останки, найденные в захоронении под Екатеринбургом. Царской ли семье,

расстрелянной в этом городе в 1918 г.? Или слепой случай собрал в одну могилу

такое же число мужских и женских останков? Ведь в годы гражданской войны

погибли миллионы... Образцы останков были отправлены в английский Центр

судебно-медицинской экспертизы — там уже накоплен большой опыт генного

анализа. Из костной ткани исследователи выделили молекулы ДНК и провели

анализ. С точностью 99% установлено: в исследуемой группе находятся останки

отца, матери и их трех дочерей. Но может быть, это не царская семья?

Предстояло доказать родство найденных останков с членами английского

королевского дома, с которым Романовы связаны довольно близкими родственными

узами. Анализ подтвердил Родство погибших с английским королевским домом, и

служба судебно-медицинской экспертизы сделала заключение: найденные под

Екатринбургом останки принадлежат царской семье Романовых.

Одно из чудес природы — неповторимая индивидуальность каждого живущего на

Земле человека. «Не сравнивай — живущий несравним» -писал О. Мандельштам.

Ученым долгое время не удавалось найти ключ к разгадке индивидуальности

человека. Сейчас известно, что вся информация о строении и развитии живого

организма «записана» в его геноме. Генетический код, например, окраски глаз

человека отличается от генетического кода окраски глаз кролика, но у разных

людей он имеет одинаковую структуру и состоит из одних и тех же

последовательностей ДНК.

Ученые наблюдают огромное разнообразие белков, из которых построены живые

организмы, и удивительное однообразие кодирующих их генов. Разумеется, в

геноме каждого человека должны быть какие-то области, определяющие его

индивидуальность. Долгий поиск увенчался успехом — в 1985 г. в геноме

человека обнаружены особые сверхизменчивые участки — мини-сателлиты. Они

оказались настолько индивидуальны у каждого человека, что с их помощью

удалось получить своеобразный «портрет» его ДНК, точнее, определенных генов.

Как же выглядит этот «портрет»? Это сложное сочетание темных и светлых полос,

похожее на слегка размытый спектр, или на клавиатуру из темных и светлых

клавиш разной толщины. Такое сочетание полос называют ДНК-отпечатками по

аналогии с отпечатками пальцев.

С помощью отпечатков ДНК можно провести идентификацию личности гораздо более

точную, чем это позволяют сделать традиционные методы отпечатков пальцев и

анализ крови. Причем ответ генной экспертизы исключает слово «возможно».

Вероятность ошибки чрезвычайно мала. Таким эффективным методом экспертизы уже

пользуются криминалисты. С помощью ДНК-отпечатков можно расследовать

преступления не только настоящего времени, но и далекого прошлого. Генная

экспертиза по установлению отцовства — наиболее частый повод обращения

судебных органов к генетической дактилоскопии. В судебные учреждения

обращаются мужчины, сомневающиеся в своем отцовстве, и женщины, желающие

получить развод на основании того, что их муж не отец ребенка. Идентификацию

материнства можно проводить по отпечаткам ДНК матери и ребенка в отсутствие

отца, и наоборот, для установления отцовства достаточно ДНК-отпечатков отца и

ребенка. Генетиков всего мира интересуют сейчас прикладные аспекты

генетической дактилоскопии. Обсуждаются вопросы паспортизации по отпечаткам

ДНК преступников-рецидивистов, введения в картотеки следственных органов

данных об отпечатках ДНК наряду с описанием внешности, особых примет,

отпечатков пальцев.

СОВРЕМЕННЫЕ БИОТЕХНОЛОГИИ

Биотехнологии основаны на использовании живых организмов и биологических

процессов в промышленном производстве. На их базе освоено массовое производство

искусственных белков, питательных и многих других веществ. Успешно развивается

микробиологический синтез ферментов, витаминов, аминокислот, антибиотиков и

т.п. С применением генных технологий и естественных биоорганических материалов

синтезируются биологически активные вещества — гормональные препараты и

соединения, стимулирующие иммунитет.

Для увеличения производства продуктов питания нужны искусственные вещества,

содержащие белки, необходимые для жизнедеятельности живых организмов.

Благодаря важнейшим достижениям биотехнологии в настоящее время производится

множество искусственных питательных веществ, по многим Свойствам

превосходящих продукты естественного происхождения.

Современная биотехнология позволяет превратить отходы древесины, соломы и

другое растительное сырье в ценные питательные белки. Она включает процесс

гидролизации промежуточного продукта — целлюлозы — и нейтрализацию

образующейся глюкозы с введением солей. Полученный раствор глюкозы

представляет собой питательный субстрат микроорганизмов — дрожжевых грибков.

В результате жизнедеятельности микроорганизмов образуется светло-коричневый

порошок — высококачественный пищевой продукт, содержащий около 50% белка-

сырца и различные витамины. Питательной средой для дрожжевых грибков могут

служить и такие содержащие сахар растворы, как паточная барда и сульфитный

щелок, образующийся при производстве целлюлозы.

Некоторые виды грибков превращают нефть, мазут и природный газ в пищевую

биомассу, богатую белками. Так, из 100 т неочищенного мазута можно получить 10

т дрожжевой биомассы, содержащей 5 т чистого белка и 90 т дизельного топлива.

Столько же дрожжей производится из 50 т сухой древесины или 30 тыс. м3

природного газа. Для производства данного количества белка потребовалось бы

стадо коров из 10 000 голов, а для их содержания нужны огромные площади

пахотных земель. Промышленное производство белков полностью автоматизировано, и

дрожжевые культуры растут в тысячи раз быстрее, чем крупный рогатый скот. Одна

тонна пищевых дрожжей позволяет получить около 800 кг свинины, 1,5—2,5 т птицы

или 15—30 тыс. яиц и сэкономить при этом до 5 т зерна.

Некоторые виды биотехнологий включают процессы брожения. Спиртовое брожение

известно еще в каменном веке — в древнем Вавилоне варили около 20 сортов

пива. Много столетий назад началось массовое производство алкогольных

напитков. Еще одно важное достижение в микробиологии — разработка в 1947 г.

Страницы: 1, 2