Молекулярно-генетический уровень. В ХХ веке установили пять уровней организации жизни: молекулярно–генетический, онтогенетический, популярно–видовой
В ХХ веке установили пять уровней организации жизни: молекулярно–генетический, онтогенетический, популярно–видовой, экосистемный и биосферный.Выяснения феномена жизни на каждом уровне является один из основных задач биологии.
Молекулярно–генетический уровень – это уровень организации живых систем, состоящий из белков и нуклеиновых кислот. На этом уровне элементарной единицей организма являются гены. Здесь биология изучает механизмы передачи генной информации, наследственности и изменчивости.
В живых организмах наиболее распространены шесть химических элементов- органогенов: углерод, азот, водород, кислород, фосфор и сера. С участием этих элементов, в ходе химической эволюции возникли гигантские биополимеры: углеводы, белки, липиды и нуклеиновые кислоты. Эти макромолекулы являются основой живых организмов. Мономерами этих макромолекул являются: моносахариды, аминокислоты, жирная кислота и нуклеотиды.
Белки и нуклеиновые кислоты являются «информационными» макромолекулами, т.к. их свойства зависят от последовательности соединения 20 аминокислот и 4 нуклеотидов. Углеводы и липиды играют роль резерва энергии и строительного материала. На долю белков приходится свыше 50% общей сухой массы клеток.
Генетическая информация организма хранится в ДНК. Она контролирует почти все биологические процессы, протекающие в организме. Белки и нуклеиновые кислоты обладают свойством молекулярной асимметрии (молекулярной хиральностью). Хиральность (греч. cheir – рука) проявляется в том, что белки вращают плоскость поляризации света влево, а нуклеиновые кислоты – вправо. Хиральность заключается в их асимметрии со своим зеркальным отражением, как у правой и левой руки, отсюда берется название.
Молекулы ДНК вместе с белками образуют вещество хромосом. Доказательство генетической роли ДНК было получено, в 1944 г., ученым О. Эйвери, в опыте на бактериях. В 1953 г., американский биохимик Джеймс Уотсон и английский биофизик Френсис Крик раскрыли структуру молекулы ДНК. Они показали, что ДНК состоит из двух нитей, закрученных в двойную спираль. ДНК содержит 10 ÷ 25 тысяч нуклеотидов, а РНК – от 4 до 6 тысяч.
В 1941 г., американские ученые Дж. Бидл и Э. Теймут установили, что синтез белков зависит от состояния генов ДНК. Ген – участок молекулыДНК, состоящий из сотни нуклеотидов. Тогда появились высказывания: один ген – один белок. Всю совокупность генов организма называют геномом. Число генов в организме человека составляет около 50 ÷ 100 тысяч, а весь геном человека содержит более 3 миллиардов нуклеотидных пар. Гены кодируют синтез белков.
В 1954г физик-теоретик Георгий Гамов расшифровал генетический код. Он установил, что для кодирования одной аминокислоты используется сочетание из трех нуклеотидов ДНК. Оно является элементарной единицей наследственности, кодирующей одну аминокислоту, и получило название кодон (триплет). В 1961 г. гипотеза Гамова была на опыте, подтверждена Криком.
Клеточный органоид рибосома «читает» информацию, содержащуюся в и-РНК, и в соответствии с ним синтезирует белок. Кодоны – триплеты состоят из трех нуклеотидов, например, АЦГ, АГЦ, ГГГ и другие. Полное число таких триплетов составляет 64. Из них три триплета являются стоп-сигналами, а 61 триплет кодирует 20 аминокислот. Белок, состоящий из 200 аминокислот, кодируется 200 кодонами, т.е. 600 нуклеотидами в и-РНК, и 600 парами нуклеотидов в ДНК. Это и есть размер одного гена. Информация в ДНК пишется, при помощи нуклеотидов, в виде: А-Ц-А-Т-Т-Г-А-Г-А-Т-∙∙∙∙∙∙. В таком тексте содержится информация, определяющая специфику каждого организма.
Генетический код универсален, т.к. одинаков для всех живых организмов. Это свидетельствует о биохимическом единстве жизни, т.е. происхождении жизни на Земле от единого предка. Генетический код уникален, т.к. он кодирует только одну аминокислоту.
В шестидесятые годы ХХ века, расшифрован механизм воспроизводства ДНК и белка в клетках. Он состоит из репликации, транскрипции и трансляции. Репликация – это удвоение молекул ДНК. Транскрипция – это перезапись информации от ДНК на и-РНК. Эта информация соответствует одному гену или группе генов, несущих информацию о структуре белка. Трансляция – это синтез белка на основе и-РНК в рибосомах.
Вопросы для самоконтроля
1. Что изучает биология на молекулярно-генетическом уровне?
2. Какие шесть химических элементов являются органогены?
3. Какие гигантские биополимеры являются основой живых организмов?
4. Какие биополимеры являются «информационными» макромолекулами?
5. Какие макромолекулы обладают свойством хиральностью?
6. Из каких молекул образуется вещество хромосом?
7. Кем и в каком году, получено доказательство генетической роли ДНК?
8. Кто и в каком году, раскрыли структуру молекулы ДНК?
9. Сколько нуклеотидов содержит молекула ДНК?
10. Сколько нуклеотидов содержит молекула РНК?
11. Что такое ген и из скольких нуклеотидов он состоит?
12. Сколько тысяч генов содержит организм человека?
13. Кто и когда расшифровал генетический код?
14. Из сколько нуклеотидов состоит код (кодон или триплет)?
15. Какой клеточный органоид синтезирует белок?
16. Каким образом, рибосома синтезирует белок?
17. Почему считается, что генетический код универсален?
18. Почему считается, что генетический код уникален?
20. Что такое транскрипция?
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Источник
30. Биологическое разнообразие. Уровни биоразнообразия (видовое, генетическое, экосистемное). Структура биоразнообразия. Эволюция биоразнообразия. Угрозы биологическому разнообразию.
Само словосочетание «биологическое разнообразие» впервые применил Г. Бэйтс [1892] в известной работе «Натуралист на Амазонке», когда описывал свои впечатления от встречи около 700 разных видов бабочек за время часовой экскурсии.
Биоразнообразие в последнее десятилетие становится одним из самых распространенных понятий в научной литературе, природоохранном движении и международных связях. Научные исследования доказали, что необходимым условием нормального функционирования экосистем и биосферы в целом является достаточный уровень природного разнообразия на нашей планете.
В ряде стран именно характеристика биологического разнообразия выступает в качестве основы экологической политики государства.
Биологическое разнообразие, следовательно, имеет отношение к разнообразию живого мира. Термин «биоразнообразие» обычно используется для описания числа, разновидностей и изменчивости живых организмов. В широком смысле этот термин охватывает множество различных параметров и является синонимом понятия «жизнь на Земле».
Существенная роль в становлении представлений о целостности организма принадлежит теории Н. И. Вавилова о гомологической наследственной изменчивости [1920].
Явление разнообразия живых организмов определяется фундаментальным свойством биологических макромолекул, особенно нуклеиновых кислот, их способностью к спонтанным изменениям структуры, что приводит к изменениям геномов, к наследственной изменчивости. На этой биохимической основе разнообразие создается в результате трех независимо действующих процессов:
1. спонтанно возникающих генетических вариаций (мутаций),
2. действия естественного отбора в смешанных популяциях,
3. географической и репродуктивной изоляции.
Данные процессы, в свою очередь, ведут к дальнейшей таксономической и экологической дифференциации на всех последующих уровнях биологических экосистем: видовом, ценотическом и экосистемном.
Под понятием «мир живых организмов» обычно рассматриваются виды. Термин «биоразнообразие» часто рассматривают как синоним «видового разнообразия», в частности «богатства видов», которое есть число видов в определенном месте или биотопе. Общее биоразнообразие обычно оценивают как общее число видов в различных таксономических группах.
Если сейчас описано 1,75 млн. видов растений, животных, микроорганизмов, то, по мнению ведущих специалистов-систематиков, их реальное число достигает не менее 10–35 млн., в том числе 1 млн. видов микроорганизмов, 1 млн. видов нематод, 10 млн. видов насекомых и около 10 млн. видов грибов. Особенно плохо изучены влажные тропики.
Видовой уровень разнообразия обычно рассматривается как базовый, центральный, а вид является опорной единицей учета биоразнообразия.
Базы разнообразной информации об организмах должны быть привязаны к конкретным видам, а виды должны иметь четкий адрес в той или иной таксономической системе. Так, охраняя вид А, в его лице мы охраняем одного из последних представителей рода или семейства, или редкую жизненную форму. Сведения по биологии и экологии вида необходимы для выработки необходимых мер его охраны в природе и сохранении в культуре (in situ и ex situ).
Системная концепция биоразнообразия
По современным представлениям, можно различать несколько уровней организации жизни (молекулярный, генетический, клеточный, организменный, популяционный, экосистемный, биосферный), каждый из которых обладает свойственным ему специфическим биоразнообразием.
Концепция о живом как о системах взаимодействующих частей развивалась тремя путями [Матекин, 1982]:
Первый путь: формирование знаний о взаимодействии частей, слагающих организм, т. е. познания организма как целого.
Второй путь: развитие представлений о виде как взаимосвязанности индивидов.
Третий путь: развитие суждений о взаимоотношениях разных видов, обитающих совместно.
Несомненно, развитие трех этих направлений помогло становлению общей теории систем, положения которой приложимы не только к живой, но и косной материи.
Жорж Кювье [1769–1832], формулируя в 1817 году принцип корреляции, или принцип конечных причин, впервые указал на целостность живого организма.
Естественное богатство нашей планеты связано с разнообразием генетических вариаций.
Генетическое разнообразие, т. е. поддержание генотипических гетерозиготности, полиморфизма и другой генотипической изменчивости, которая вызвана адаптационной необходимостью в природных популяциях, представлено наследуемым разнообразием внутри и между популяциями организмов.
Новые генетические вариации возникают у особей через генные и хромосомные мутации, а также у организмов, которым свойственно половое размножение, через рекомбинацию генов. Каждый человек в среднем несет около двух новых мутаций
Только небольшая часть (около 1%) генетического материала высших организмов изучена в достаточной мере.
Однако разрушение местообитаний и ограничение размножения многих видов приводит к опасному уменьшению генетической изменчивости, сокращая их способности адаптироваться к загрязнению, изменениям климата, болезням и другим неблагоприятным факторам.
Структурное разнообразие является следствием зональности, периодичности, пятнистости, наличия пищевых сетей и других способов ранжирования компонентов микроместообитаний.
Предполагается, что биологическая система может быть представлена только в форме дерева, отражающего родственные (кладистические) отношения между таксонами.
Кризис биологического разнообразия кроется в потенциальной утрате возобновляемых природных ресурсов и в контроле за их использованием.
Эволюция слагается из двух стадий: возникновения изменчивости и изменения направления этой изменчивости под действием естественного отбора.
Биологическая эволюция – это процесс накопления изменений в организмах и увеличение их разнообразия во времени.
Угрозы биоразнообразию
Снижение биологического разнообразия в основном приписывают беспрецедентному влиянию человека на природу. Вот какие угрозы хозяйственная деятельность несет для ландшафтов, экосистем и видов:
- Переэксплуатация природных ресурсов
- Вымирание видов
- Уничтожение природных местообитаний
- Трансформация разрушения местообитаний
- Загрязнение
- Внедрение чужеземных видов
- Монокультуры в сельском хозяйстве
- Туризм
- Рост населения и потребление ресурсов
- Глобальное потепление
Источник