Реферати » Реферати з біології » Біологія в 21 столітті

Біологія в 21 столітті


У біології відбулося кілька подій, які дозволили абсолютно по-новому підійти до дослідження сутності життя. Найголовніше - вчені навчилися читати генетичну інформацію. Прочитали гени вже багатьох бактерій, деяких рослин і найпростіших тварин, практично прочитали геном людини. Тут ще залишилися складні, але в основному математичні, технічні проблеми. Коли оголосили, що розшифрований геном людини, малося на увазі, що отриманий «буквений текст» . Зараз з'явилися методи, що дозволяють швидко читати такі тексти.

Все, що закладено в нашій генетиці, закодовано сполученнями «літер» , кожна з яких складається з трьох «символів» . Символи, так звані нуклеотиди, позначаються як А, Г, Т і Ц. Це досить прості молекули.
Трійки цих символів утворюють літери, їх двадцять штук. Кожна буква кодує деяку амінокислоту. Проте найцікавіше - дізнатися, що означає кожна фаза цього тексту. Наприклад, фаза може бути кодом деякого білка - в одному білку звичайно від ста до тисячі амінокислот.

Закодувати там і функції організму в цілому - але більш складним способом.
Є спеціальні фази, які визначають, як складуться клітини, коли повинна померти дана клітина, коли інша повинна виникнути і т. д.

Але щоб закодувати всі властивості організму в одній молекулі, потрібно колосальне стиснення інформації. Молекула ДНК дуже довга, іноді в десятки сантиметрів (!), А розмір одного символу - один нанометр. У нас десяток таких молекул, у бактерії-одна. Давно прораховано, що там можна записати все, що потрібно.

Вже відомо, як записані, наприклад, білки, зброджують цукор у нас в кишечнику. Сьогодні ми маємо повну бібліотеку всього тексту, який міститься в кожній живій клітині. Зрозумілі окремі його фрагменти - в основному те, що відноситься до біохімії клітини. Але є і текст, взагалі не має сенсу - з нашої, сучасної точки зору. Може бути, деякі місця зрештою так і не будуть зрозумілі.

Часто доводиться чути, що якісь квантові ефекти грають істотну роль при передачі генетичної інформації, але ніяких наукових даних за цим немає, є тільки віра. Поки немає ніяких підстав вважати, що реплікація ДНК забезпечується чимось, окрім звичайної хімії. Робиться дзеркальна копія цієї молекули, а потім копія копії, і виникає молекула, тотожна вихідної. ДНК - це єдина саморозмножуються молекула в нашому організмі.

Які ж завдання вирішуватиме біологія в 21 столітті?

В основному біологи вважають, що перше завдання це старіння. Тут дві точки зору. Одна - загальноприйнята, що старіння - це поломка складної системи, яка рано чи пізно повинна відбутися. Але Вейсманом (Weismann) наприкінці 19 століття була висловлена ??інша точка зору - що смерть була придумана еволюцією для того, щоб вибраковувати непотрібні особини, щоб швидше змінювалися покоління, щоб популяція не засмічувати монстрами (чим старше організм, тим більше ймовірність, що він народить потворне потомство
). Щоб усе це запобігти, була - спеціально! - Придумана смерть в результаті старіння.

Перші вказівки на користь вейсмановской точки зору вже є. Виявлені такі гени, при поломці яких істота живе довше. Є такий черв'ячок, у якого вдалося вибити два певних гена - і його життя подовжилася в шість разів. У 1999 році був виконаний досвід на мишах: їм зіпсували ген (це називається нокаут гена), який кодує так званий білок р66, - і тривалість життя піддослідних особин зросла на 30 відсотків.

Є й багато інших цікавих завдань. Одну з них краще всіх сформулював Ілля Ілліч Мечников: «Людина, що з'явився в результаті довгого циклу розвитку, носить в собі явні сліди тваринного походження.
Придбавши невідому в тваринному світі ступінь розумового розвитку, він зберіг багато ознак, що опинилися йому не тільки не потрібними, але прямо шкідливими » . Ось це була ідея всього його життя. Мечников вважав, що старіння відбувається тому, що в нашому товстому кишечнику є шкідливі бактерії. У нього була проста ідея, що товстий кишечник винайдений еволюцією, щоб випорожнюватися рідше. Пташка всі ці справи робить на льоту, їй це не заважає, і у неї немає товстого кишечника. Але коли заєць тікає від вовка і раптом по дорозі присяде - вовк його наздожене, а якщо вовк займеться цим в гонитві за зайцем, він його упустить. Мечников був одержимий ідеєю бактеріальних токсинів, які породжуються бактеріями, що живуть у товстому кишечнику. Згодом виявилося, що токсини такі є - але не через них ми старіємо. Мечников же пропонував просто видаляти товстий кишечник! Казав, що ви частіше будете ходити в туалет, зате будете жити набагато довше.

Але він абсолютно правий, в тому, що ми успадкували від нерозумної природи вже непотрібні нам еволюційні механізми. Старіння - якраз один з них.

Є ще дуже цікаве завдання для настав століття - вирішення проблеми старіння генетичного матеріалу. У бактерій генетичний матеріал має форму кільця. Коли потрібно зробити копію, на цю кільцеву молекулу в певних місцях може сісти певний білок, фермент, який по ній повзе і нарощує її копію. Природно, у нього при цьому завжди і справа і зліва є молекула ДНК, адже вона ж кільцева. А коли з'явилися так звані еукаріоти, більш складні клітини, то ДНК розірвалася, вона стала лінійною. Але разюче, що «копіює» механізм залишився колишнім. Він як і раніше працює тільки тоді, коли у нього і справа і зліва є генетичний матеріал. Відповідно, самий кінчик молекули ДНК не копіюється. Цей перехід стався сотні мільйонів років тому. За цей час виникло безліч інших ферментів, змінилися старі ферменти - але ось цей механізм чомусь залишився колишнім.

Тому кожна наступна копія коротше попередньої. Як якби писар, переписуючи книгу, завжди лінувався переписати останню сторінку. І це продовжується мільйони років ... Як же природа з цього виплуталася? Вона стала нарощувати на кінці молекули ДНК якийсь безглуздий текст, який робиться зовсім інакше, без участі ферменту. Від того, що цей текст обтрепиваются, нікому ні тепло ні холодно. У ембріона працює спеціальний білок, що нарощує безглузді ділянки. Потім, коли ембріон народжується, цей фермент - чомусь - припиняє працювати. І ми починаємо старіти. А в ракових клітинах - навпаки, фермент активується і починає нарощувати кінчики.

Виникає питання, чому ж еволюція допустила таке неподобство? Найцінніша молекула - і така неточність зчитування. Нещодавно американський біолог Джефф Боулз (Jeff Bowles) висунув таку ідею: розрив кільця і ??був винаходом смерті від старості. Так природа винайшла старіння (бактерії ж не старіють). Звідси ми виходимо на проблему раку зовсім з іншого боку: може бути, якщо вдасться вбити цей фермент, ми переможемо ракову пухлину.
Ось знову повернулися до теми старіння, але якщо навіть гіпотеза Вейсмана неправильна, то може бути, рак вдасться вилікувати виходячи з цієї філософії.

Взагалі, в біології зараз відбуваються дивовижні речі. Не так давно, у бактерій був виявлений справжнісінький електромотор. Виявилося, що вони обертають джгутики за рахунок різниці потенціалів на оболонці. Це не образний вислів, там справжнісінький електродвигун, причому з реверсом, - навіть не помінявши напрямок поля, бактерії можуть обертати джгутик у зворотному напрямку. Вони включають і вимикають свій мотор коли хочуть, у них дуже складна система прийняття рішень. Бактерії підсумовують деяку інформацію і приймають рішення. Вони дивовижні істоти. Наприклад, в'язкість середовища вимірюють точніше, ніж найкращий віскозиметр. Температуру вимірюють з приголомшливою точністю. Інформація потрапляє всередину, обробляється, і видається деякий рішення: залишатися на місці або спливати. Зазвичай кажуть, що колесо винайшла людина. А ось вони - яке там колесо, електромотор винайшли! Можна створити різницю потенціалів на цій оболонці штучно - і він буде крутитися.

Тепер людська клітина, фібробласт, з підшкірної клітковини. А ось в ній, всередині, - клітинна електропроводка, справжній електричний кабель, який вчені виявили за допомогою спеціального барвника, - він забарвлює тільки ті ділянки клітини, де є різниця потенціалів. За цих проводах тече струм, різниця потенціалів поперек оболонки кабелю (мембрани) може досягати чверті вольта. Поки неясно, в чому функція цих проводів, але те, що вчені виявили нові властивості живої клітини - абсолютно ясно.

І на завершення хотілося б сказати, що зараз виникає нова хімія, оперує речовинами, яких немає в природі. Ось приклад однієї недавньої і абсолютно фантастичною роботи: знаходження речовини, що блокує білок р53. Цей ключовий білок, називається «вартовим геному» , є в кожній клітині. Він повзає по молекулі ДНК і перевіряє, чи не порвалася чи вона де-небудь. Якщо порвалася, він дає команду полагодити, а сам продовжує повзати.
Якщо ДНК не лагодиться, білок дає інший наказ - забороняє клітці ділитися.
А потім якщо за тривалий термін ушкодження не виправлено, дає наказ на самогубство - приводить в дію самурайський закон, і

Сторінки: 1 2
 
Подібні реферати:
Генетичний код
Три пари основ молекули ДНК кодують одну амінокислоту в білці.
Cинтез білка
Первинна структура білка (порядок розташування амінокислот у білку) закодована в молекулах ДНК. Кожен триплет (група з трьох сусідніх нуклеотидів) кодує на нитки ДНК одну певну амінокислоту з д
Генна інженерія
Генна інженерія - це метод біотехнології, який займається дослідженнями з перебудови генотипів. Генотип є не просто механічна сума генів, а складна, що склалася в процесі еволюції організмів
Центральна догма молекулярної біології
Один ген молекули ДНК кодує один білок, що відповідає за одну хімічну реакцію в клітці.
ДНК і РНК
Принцип комплементарності підстав. Інформаційна РНК. Рибосомная РНК. Транспортна РНК.
Експеримент Херши-Чейз
ДНК кодує спадкову інформацію.
Білки
Білки - це ланцюжки амінокислот, що виконують безліч функцій, найважливіша з яких - ферментативна, тобто регуляція хімічних реакцій в живих організмах.
ДНК
Молекула ДНК має форму подвійної спіралі, і її відтворення засноване на тому, що кожна ланцюг подвійної спіралі служить матрицею для складання нових молекул.
Фізичні та хімічні основи явищ спадковості
Основним в цій революції було розкриття молекулярних основ спадковості. Виявилося, що порівняно прості молекули кислот (ДНК) несуть у своїй структурі запис генетичної інформ
Біосинтез ДНК
Cпособность клітин підтримувати високу упорядкованість своєї організації залежить від генетичної інформації, яка зберігається у формі дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК). ДНК - це речовина, з якого з
Білки
Білки - це високомолекулярні сполуки, молекули яких представлені двадцятьма альфа - амінокислотами, з'єднаними пептидними зв'язками - СО - NН-. Мономерами білків є амінокислоти. Хімічне стр
Закони спадковості
У 1865 році були опубліковані результати робіт з гібридизації сортів гороху, де були відкриті найважливіші закони спадковості. Автор цих робіт - чеський дослідник Грегор Мендель.
Біотехнологія
- це використання живих організмів і біологічних процесів у виробництві, тобто виробництво необхідних для людини речовин з використанням досягнень мікробіології, біохімії і технології.
Математика в живих організмах
У живих організмах відбуваються явища, які дозволяють вважати, що природі належить "пріоритет" і в створенні своєрідних ЕОМ - пристроїв, які виробляють операції, вельми подібні з математичними операціями.
Цитологія
Цитологія-наука про клітину. Предмет цитології-клітини багатоклітинних тварин і рослин, а також одноклітинних організмів, до числа яких відносяться бактерії, найпростіші і одноклітинні водорості. Цитологія з
Старіння на клітинному рівні
Коли відомий вчений А. Вейсман сформулював свою теорію про те, що смерть предків може бути способом розчистити шлях більш досконалим нащадкам, він керувався тільки міркуваннями біологічної цільових перевірок
Біологічні молекули
Біологічні молекули мають модульну будову. До числа важливих класів біологічних молекул відносяться білки, вуглеводи, ліпіди і нуклеїнові кислоти. Безліч інших молекул в клітці грають роль «енергетичної валюти» .
Метаболізм як основа життєдіяльності клітини
Енергетичний обмін в клітині. Синтез АТФ. Фотосинтез - перетворення енергії світла в енергію хімічних зв'язків. Пластичний обмін. Біосинтез білків. Синтез і РНК. ДНК - і РНК - білок. Синтез білкової ланцюга на рибосоме.
Біотехнології
Біотехнологія - це використання живих організмів (або їх складових частин) у практичних цілях. Коли говорять про сучасної біотехнології, то подібне визначення доповнюють словами: на базі досягнень молекулярної біології.
Хімічний склад клітини
I. Неорганічні речовини 1. ВОДА. А. Вода - найважливіший компонент клітини. Їй належить істотна і різноманітна роль життя клітини. . Вода визначає фізичні властивості клітини - обсяг, упру