Все живые существа на нашей планете существенно отличаются друг от друга из-за того, что каждому виду пришлось приспосабливаться, выживать и размножаться в разных условиях: на суше и в воде, в тропиках или во льдах. Но при этом все внутренние базовые механизмы, определяющие строение всех живых существ, во многом очень похожи между собой.
Все живые организмы состоят их клеток. Примитивные организмы состоят из одной клетки, другие из большого количества. В каждой клетке любого из живых существ содержится информация, которая необходима для создания клетки, размножения или видоизменения. Эта информация содержится в нуклеиновых кислотах, которые находятся в каждой клетке. Клетка – это структурная единица организма. Организм человека состоит примерно из 1014 клеток. Все клетки имеют принципиально одинаковое строение, но функции у них разные. Именно нуклеиновые кислоты определяют нормальную жизнедеятельность клеток и всего организма. Любые отклонения в строении нуклеиновых кислот приводят к изменению клеточной организации, к изменению физиологических процессов и жизнеспособности клеток в целом. Нуклеиновая кислота это биологический полимер, который состоит из «кирпичиков» — нуклеотидов.
Структура нуклеотида
Нуклеотиды представляют собой тоже сложные строение, которое состоит из трех частей. Это азотистые соединения, углеводная единица (сахар) и фосфорная кислота. Различают 4 вида нуклеотидов по количеству азотистых оснований — аденин (А), гуанин (Г), цитозин (Ц), тимин (Т). Между собой нуклеотиды соединяются химической связью, которая называется фосфорэфирная связь. Соединенные фосфорэфирной связью нуклеотиды формируют длинную нить. Соединенные в определенном порядке две такие линии, состоящие из нуклеотидов, формируют большую спиральную молекулу дезоксирибонуклеиновой кислоты – ДНК.
Строение молекулы ДНК
Как было отмечено выше состоит из двух цепей нуклеотидов, которые закручены спирально друг против друга. Спиральное закручивание нитей нуклеотидов дает возможность компактно разместить их на небольшом участке. Интересным есть и тот факт, что нуклеотиды в двух цепях расположены комплементарно. Напротив друг от друга могут располагаться только определенные типы нуклеотидов (перед аденином всегда стоит тимин, а цитозин всегда напротив гуанина). Такие пары нуклеотидов называют комплементарными. Комплементарные пары образуют химическую связь.
В развернутом виде длина всей ДНК, заключенной в ядро клетки составляет 5 метров. Кроме этого, спиральные нити нуклеотидов закручиваются на «катушки» — гистоновые белки. Считывание генетической (наследственной) информации всегда происходит только с развернутых нитей ДНК! В случае возникновения считывания информации с молекулы ДНК происходит процесс раскручивания спиральных нитей нуклеотидов с гистоновых белков. ДНК — это библиотека информации. Предположим, организму требуется определенный белок – инсулин. Для его синтеза определенные клетки высвобождают в кровь определенные белки, которые достигают фабрики инсулина поджелудочной железы. Эти сигнальные белки получают другие белки, находящиеся в ядре клетки и дают команду расплести тот участок молекулы ДНК, который кодирует инсулин и начинается процесс синтеза этого фермента. При поступлении нужного количества инсулина в клетки поджелудочной железы поступают другие белки. Они дают сигнал об остановке сигнала синтеза инсулина. Другими словами ген это книга, которую читатель изучил и выполнил определенную инструкцию и после этого вернул ее в библиотеку. В состав ДНК входят гены.
Что такое ген
Строго определенный участок молекулы ДНК, в котором находится строго определенное число нуклеотидов, расположенных в свою очередь в строго определенной комбинации называется геном. Следует отметить, что конкретному гену отведено конкретное место в молекуле ДНК, которое поменять нельзя. Для каждого гена определенная последовательность нуклеотидов является уникальной. Гены определяют цвет глаз, волос, группу крови и множество других функций организма человека.
ДНК человека содержит от 25 до 40 тысяч генов. ДНК червяка, к примеру, от 12 до 20 тысяч генов.
Последовательность нуклеотидов в генах разных видов живых существ существенно отличается друг от друга. Влияние внешней среды и ряд других факторов, многие из которых пока остаются неизвестными, могут менять последовательность нуклеотидов, а следовательно изменять и гены. Гены в свою очередь влияют на кодирование белков. Данный процесс принято называть мутацией. Некоторые мутации повышают приспособленность к окружающей среде, а некоторые представляют опасность для жизни: это может быть недоразвитие внутренних органов или деформация скелета
Что такое хромосома?
Совокупность всех генов, какого либо живого существа называют геномом. Для более компактного расположения генома в ДНК Природа разбила геном на своеобразные молекулы ДНК. Геном клетки человека разбит на 46 пар молекул ДНК. Одна такая пара молекул ДНК называется хромосомой. Каждой такой паре молекул ДНК (хромосоме) присущ определенный набор генов. Различают хромосомы по длине и форме. Наиболее распространенные формы хромосом бывают в виде Х или Y. Две одинаковые хромосомы по форме называются парными. Таких в клетке организма человека насчитывается 23 пары. из рисунка видно, что относительно после точки пересечения одни концы нитей длиннее, а другие короче. Хромосомы между собой отличаются по выполняемым функциям и размерам. Часть хромосом определяют поведенческие и внешние признаки особи. Другие – определяют, кем будет человек мужчиной или женщиной. Такие хромосомы называют половыми– Х (икс) и У (игрек). Сочетание хромосом ХХ (икс — икс) – создают женщину, а если ХУ (икс — игрек) – получается мужчина. Повреждения хромосом называют мутациями. Мутации, которые приводят к болезням, называют отрицательными, к образованию полезных свойств – положительными.
Что такое РНК (рибонуклеиновая кислота)
В природе существует еще один вид нуклеиновых кислот – РНК (рибонуклеиновая кислота). По строению РНК отличается от ДНК тем, что она представлена одной нитью нуклеотидов. Значение РНК в клетке заключается в том, что она служит для переноса информации с ДНК в определенные места клетки, где происходит синтез белков. РНК, в отличие от ДНК, может проходить через мембрану ядра клетки. ДНК может находиться только в ядре клетки.
ЭНЦИКЛОПЕДИЯ МЕДИЦИНЫ
ФИЗИОЛОГИЯ
Мутации ДНК
участка одной из молекул ДНК пораженного индивида.
Мутации - не всегда признак патологии, они возникают спонтанно на протяжении всей нашей жизни. Однако известны определенные химические вещества, которые увеличивают число мутаций; в качестве примера можно привести «оранжевый агент» (дефолиант, применявшийся во время войны во Вьетнаме). Ядерное излучение также может провоцировать появление мутаций. В случае большого количества мутаций риск того, что одна из них окажется вредоносной, возрастает, поэтому такие мутагены опасны для человека.
Как работает ДНК
ДНК - это генетический материал, содержащийся в ядре каждой клетки любого организма. Открытие ее химической структуры обеспечило прорыв в области биологических наук и нашего понимания генетики человека.
Если в наборе нуклеотидов (то есть последовательности ДНК), которые содержат детали синтеза определенного белка, происходит даже самое незначительное изменение, можно говорить о произошедшей мутации; это может привести к синтезу дефектного белка или полной блокаде его синтеза.
Последствия мутации могут быть довольно тяжелыми; например, муковисцидоз развивается в результате мутации единичного
< У больных муковисцидозом в результате мутации гена происходит синтез дефектного белка. Типичным признаком заболевания является закупоривание легких вязкой слизью.
ХРОМОСОМЫ Большая часть ДНК человека заключена в 23 парах хромосом, которые находятся в ядре клетки; один набор из 23 хромосом передается от отца, другой - наследуется от матери.
Исключение составляют сперматозоиды и яйцеклетки, которые содержат только по одному набору из 23 хромосом, а также эритроциты, полностью лишенные хромосом.
«Полезная» ДНК (наряду с «бесполезной» - см. ниже) заключена в хромосомах в форме генов, количество которых в человеческом организме составляет около 100 тысяч. Каждый из этих генов содержит «рецепт», который диктует клетке последовательность действий при синтезе белка.
Однако поскольку каждая клетка организма содержит копию каждого «рецепта» белка, часть из них находится в неактивном состоянии. Именно это и отличает клетку сердца, например, от клетки печени - каждая производит свой набор белков.
ИЗБЫТОЧНАЯ («БЕСПОЛЕЗНАЯ») ДНК Значительный процент всей ДНК в организме человека относится к так называемой избыточной ДНК, роль которой доподлинно неизвестна. Большая часть этой ДНК унаследована от наших далеких предков, которые начали свое существование в то время, когда зарождалась жизнь на Земле, то есть около 4 миллиардов лет назад.
Химические свойства ДНК (дезокси-рибонуклеиновой кислоты) позволяют ей осуществлять две чрезвычайно важные функции:
■ обеспечение клеток организма «рецептами», необходимыми для построения белков из 20 ключевых аминокислот;
■ способность к самовоспроизведению обеспечивает возможность передачи этих белковых «рецептов» из поколения в поколение. Это объясняет наследование таких признаков, как цвет глаз и черты лица, от родителя к ребенку.
Т В организме человека ДНК заключена в 23 парах хромосом. Эти Х-образные структуры воспроизводятся в процессе клеточного деления.
ДНК состоит из двух нуклео-тидных цепей (показанных здесь желтым и синим цветом) 1 которые связаны между собой в виде спирали (называемой двойной спиралью).
Что лучше для природы: покупать живую елку или искусственную?
Это очень сложный вопрос, ответить на который мы попробуем максимально просто, исходя из того «углеродного следа», который оставляют живое и искусственное дерево, — то есть количества парниковых газов, выброшенных в ходе жизненного цикла товара. По оценке, которую приводят эксперты организации Carbon Trust, живая елка двухметрового размера оставляет эквивалент 16 кг углекислого газа, если ее выбросить после использования, и всего 3,5 кг, если сжечь. Гниение вызывает выработку метана, который создает куда более сильный парниковый эффект, чем сам углекислый газ. По тем же данным, двухметровая искусственная елка оставляет «углеродный след» в 40 кг СО 2 . Так что если выбрали такой вариант, постарайтесь пользоваться этой елкой подольше.
Почему люди икают?
Икают не только люди: эти судорожные спазмы диафрагмы время от времени мучают всех млекопитающих и многих других животных, использующих легочное дыхание. Короткие и сильные движения создают резкие вдохи, которые обрываются внезапным перекрытием дыхательных путей, создавая характерный звук икоты. Предполагается, что эта непроизвольная реакция помогает удалить воздух из желудка. Но она может быть и следствием случайного раздражения блуждающего нерва, который проходит через то же отверстие диафрагмы, что и пищевод. Поэтому икоту способно вызвать слишком торопливое поглощение пищи. Есть и гипотеза о том, что икота — пережиток, оставшийся нам с головокружительно далеких времен. Во всяком случае, амфибии дышат за счет очень похожих спазмов, которые позволяют омывать их жабры.
Можно ли заразиться простудой от своей собаки?
Вряд ли: большинство случаев ОРВИ возникает благодаря риновирусам, которые, как правило, специализируются на заражении какого-то определенного вида. У животных есть свои «простудные» штаммы, у нас — свои. С другой стороны, вирус гриппа более гибок, и случаи передачи «свиного» или «птичьего» гриппа людям редки, но широко известны. Зато бактерии — возбудители намного более универсальные, и вызывающими ангину стрептококками или туберкулезными палочками можно и заразить свою собаку, и заразиться от нее.
Можно ли повредить человеку, направив на него тысячу лазерных указок?
Лазер в указке может повредить зрение, но кожей не ощущается. Обычно это системы мощностью менее 5 мВт, согласно ГОСТ они должны маркироваться предупреждающими надписями, но продажи их не ограничиваются. Если же вам пришла в голову идея уничтожить противника лазерными указками, то сотни будет маловато. Физик из Техасского университета Ребекка Томпсон подсчитала: чтобы луч, попавший в глаз, мог проникнуть внутрь и повредить мозг, потребуется мощность как минимум 1 кВт — значит, понадобится хотя бы 200 000 указок, сфокусированных в одной точке. Теоретически, их можно разместить на большой параболической «тарелке», концентрируя излучение на жертве.
В каких клетках тела нет ДНК?
Изначально ДНК есть во всех наших клетках, но на взрослых стадиях жизни некоторые из них теряют ядро и содержащиеся в нем хромосомы. Так, ороговевшие кератиноциты верхних слоев кожи заканчивают жизнь без ядра и основных органелл. Нет ядра и у тромбоцитов — кусков цитоплазмы, отделившихся от клеток-мегакариоцитов. Самый известный пример — переносящие кислород эритроциты крови, которые благодаря этому резко уменьшаются в размерах и могут двигаться по тонким капиллярам. В зрелых эритроцитах нет даже митохондрий, которые могли бы содержать внеядерную ДНК.
В каком режиме живут космонавты на МКС?
Восходы и закаты на МКС происходят каждые полтора часа. Солнце уже не может задавать комфортный ритм сна и бодрствования. Но космонавты соблюдают ту же привычную цикличность. 24 часа разбиваются на 6,5 часа рабочего времени, 2,5 часа занятий на тренажерах, час на обед, остальное — отдых и сон. Обычно подъем объявляется в 6:00, работа начинается в 8:00 и заканчивается в 19:00, отбой в 21:30. Время отсчитывается по Гринвичу, то есть на четыре часа отстает от Москвы.
Почему Плутон не планета?
Почти полвека после первого наблюдения Плутона его размеры оставались в точности неизвестными. Только в 1978 году, когда у него был обнаружен спутник Харон, удалось определить массу, а затем и диаметр Плутона, который составил всего 2370 км. Для сравнения, диаметр Луны — 3475 км. В поясе Койпера, где Плутон находится, немало сравнимых по размерам тел, а Эрида даже тяжелее. Открытие Эриды в 2005 году стало последней каплей: надо было либо причислять к планетам и ее, и десятки похожих на Плутон тел, либо исключать из их числа сам Плутон. Решение было принято в 2006 году: планетой Солнечной системы теперь считается тело, обращающееся вокруг Солнца, не являющееся спутником одной из планет, достаточно массивное, чтобы принять округлую форму и расчистить окрестности своей орбиты. Плутон, а также Эрида, Церера и многие другие третьему условию не удовлетворяют и до полноценных планет не дотягивают.
user1062760
Отличается ли ДНК в каждом типе клеток? Какая ДНК передается потомству?
Наше тело содержит много разных типов клеток, и каждая из этих клеток имеет свою собственную ДНК (поправьте меня, если не так), как клетки кожи, свою собственную ДНК, которая делает их клетками кожи вместо мышечных клеток.
Поэтому мой вопрос в том, какую ДНК человек передает в сперму или яйцеклетку? Это специальный отпечаток ДНК, из которого может быть создано все наше тело?
Chris ♦
Нет, вы здесь не правы. Каждая клетка несет в себе полный набор геномной информации, она «только» по-разному выражается (зачитывается). Единственным исключением являются яйцеклетки и сперматозоиды, которые несут только половину набора хромосом (23 вместо 46), чтобы иметь возможность объединяться со своим аналогом.
клыкастой
При родах половые клетки объединяются, образуя зиготу из 23 + 23 = 46 хромосом. Эта зигота содержит обе хромосомы. Эти хромосомы влияют на различные вещи, такие как пол и т. Д.
fileunderwater
Внутри отдельного человека ДНК примерно одинакова в каждой клетке. Разные клетки образуются путем дифференциального использования этой ДНК : некоторые гены более (или менее) высокоэкспрессированы и т. Д. можно прочитать .
Вы наследуете одну копию каждой хромосомы от каждого родителя. Гамет (яйцеклетки и сперма) немного отличаются от обычных клеток, поскольку содержат одну копию каждой хромосомы; они гаплоидные . Эти гаметы сливаются, чтобы составить 23 пары в потомстве. Есть некоторые исключения, такие как цитоплазматическая ДНК и половые хромосомы.
fileunderwater
Для ясности (и из-за неправильных представлений в вопросе), я думаю, вы должны конкретно упомянуть клетки зародышевой линии (в отличие от соматических клеток) и то, как только клетки зародышевой линии используются для размножения.
Roland
Я думаю, вам также следует уточнить, что на самом деле передаются не родительские хромосомы (как показано на рисунке), а скорее мозаика их хромосом из-за мейоза / перехода.
user1062760
Итак, в двух словах, вы можете создать клон всего тела человека из ДНК любого типа?
iayork
@ user1062760 Ну, вы не можете сделать клон человека из любого типа клетки - это не было сделано, не известно как, и это не разрешено, по крайней мере, в западных странах. Но концепция верна; мыши могут быть клонированы, например, из клеток кожи (pnas.org/content/104/8/2738.full).
Кертис Марц
Генетика - это развивающаяся область:) Важны такие понятия, как горизонтальная передача генов, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5379729/ Также могут рассматриваться границы «тела», например, очевидно. последовательности ДНК кишечной флоры отличаются от статистически значимой части ДНК соматических клеток человека, но разве кишечная флора не является неотъемлемой частью тела? Извините, что отвечаю на вопрос вопросом, но такова природа философии. Стоит отметить еще одну концепцию - микрохимеризм, яркий пример которого можно увидеть в содержании у самок небольшой популяции клеток головного мозга и других органов, которые содержат ДНК бывших половых партнеров; В частности, беременность часто приводит к горизонтальному переносу генов с явными эффектами https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3458919/
Максим Кулешов
В идеале сама ДНК одинакова в типах клеток, содержащих ДНК. Тип клетки зависит от экспрессии, которая зависит от эпигенетики. Т.е. модификация гистонов, метилирование ДНК и несколько других механизмов.
Также эпигенетика является механизмом регуляции экспрессии генов. Например, он может заглушить (обычно, метилированные промоторные области) экспрессию генов на одной из хромосом в женских клетках. Это называется геномным импринтингом. У млекопитающих метки эпигенетики из гамет не удаляются после образования зиготы.
Chris ♦
Эпигенетика - это не только механизм подавления одной хромосомы у кошек. Это механизм, с помощью которого гены (и хромосомы) могут регулироваться специальными ферментами. Регулирование включает в себя активацию и глушение.
Я согласен с Крисом. Есть примеры, в которых генная сеть способна показывать несколько типов стабильных ответов (для двух видов это известно как бистабильность). Положительные отзывы, например, могут демонстрировать бистабильность без участия дополнительной эпигенетической регуляции. Однако, как вы сказали, эпигенетическая модификация необходима для поддержания дифференцированной линии (разновидность памяти, которая может быть унаследована). Так что было бы здорово, если бы вы могли улучшить свой ответ, а также добавить несколько ссылок.
Кертис Марц
Митохондриальная ДНК наследуется в основном от женской линии и происходит в основном из яйцеклеток. Митохондрии присутствуют во всех клетках, но сохраняют геномы, которые отличаются от ДНК организма-хозяина, почти как если бы они были отдельным единичным организмом. Вот интересный взгляд на митохондриальную ДНК.