Обмен веществ. Природа наследственности

Известно, что в основе как филогенетического (видового) так и онтогенетического (индивидуального) развития лежат три качества: обмен веществ, энергии и информации, воспроизводства (размножения) и надежность биологических систем.

Обмен веществ является важнейшим свойством живой материи: пока есть обмен веществ — до есть и жизнь. Под обменом веществ понимают непрерывного процесс обмена между организмом и внешней средой белков, жиров, углеводов, воды, микроэлементов и энергии.

Воспроизведение — основа продолжения жизни, накопление и закрепление эволюционных качеств. Воспроизведение свойственно как отдельным клеткам организма (в форме разделения клеток) так и целом организма (в форме вегетативного или полового размножения).

Надежность биологической системы — это такой уровень запаса функциональных и регуляторных резервов всех элементов организма, который обеспечивает оптимально постоянную деятельность этого организма в динамических условиях окружающей среды. Надежность является основой выживания, адаптационно-приспособительных свойств и многих избыточных возможностей организма, в том числе до умственного и физического совершенствования.

Все живые существа, отдельные органы, ткани и даже клетки развиваются с запасом надежности. Например, бедренная кость человека, как указывалось выше, выдерживает нагрузку 1,5 тонны, а большая берцовая кость — 1,65 тонны, что в ЗО раз превышает привычные текущие нагрузки на эти кости. Альвеолярная система легких способна усваивать за 1 мин. до 17000 мл кислорода, в то время как даже при самом мощном физической нагрузке потребности организма не преувеличивают 5000 мл. Потенциальные возможности нервной системы за всю жизнь используются лишь на 7-15%, и эти примеры можно продолжать.

По данным А. А. Маркосяна (1974) существует четыре уровня надежности биологических систем:

• избыточность элементов управления и отдельных структур организма;

• взаимозамена средств регулирования или элементов отдельных структур когда, например, происходит нервная или гуморальная регуляция; когда одна почка может взять на себя функции второй почки и др..;

• способность быстрого возвращения уровня деятельности органов и систем после активности в состояние постоянства;

• динамичность взаимодействия цепей всех систем организма.

Надежность живых систем в основном закреплена генетически и передается по наследству. Вместе с этим, некоторые элементы надежности могут приобретаться в онтогенезе, что особенно свойственно людям и происходит путем тренировки мышечной силы, выносливости, двигательных качеств, создание трудовых стереотипов и др.. Внимание физической тренировкой и их качества следует предоставлять с самого детства человека.

В конные этого раздела целесообразно кратко рассмотреть механизм передачи наследственной, детерминированной генами, информации по развитию человека. Как известно, человек получает в наследство от отца и матери весь свой биологический фонд, то есть все врожденные качества своего организма: цвет глаз и волос, форму тела и отдельных его частей, свойства нервной системы и т. д. Вся наследственная информация в большинстве живых существ на Земле, в том числе и у людей, передается генами и закодированная с помощью дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). В свою очередь ДНК является видоспецифической соединением и несет генетическую информацию в виде определенной последовательности азотистых оснований (нуклеотидов) пуринового [аденин (А) и гуанин (Г)] и пиримидинового [тимин (7) и цитозин Щ)] химических рядов. Спаривания азотистых оснований происходит строго по схеме: А — Те Г-Ц, что называется принципом комплементарности (взаемодоривнюваности). Каждый ген (от греческого gems — семья, происхождение) является элементарной единицей наследственности и представляет собой долю молекулы ДИК, которая насчитывает 1000-1500 нуклеотидов. Отдельные гены определяют строение отдельных белков живой клетки и, таким образом, принимают участие в создании характерных признаков, или свойств данного организма. Совокупность генов, передающих всю наследственную информацию о видовые и индивидуальные особенности конкретного организма, называется генотипом.

Различные виды животных и растений имеют разный порядок расположения и молекулярный набор азотистых оснований в ДНК, но всегда молярное соотношение А-Т и Г-Ц = 1, что называется принципом Чаргафа, а отношение Г + Ц, А + Т отражает видовую специфичность структуры ДНК (например, для человека это соотношение составляет 0,66, для мыши — 0,81 и т.д.). Само ДНК состоит из двух, направленных в противоположные стороны цепей. Пуриновые (А, Г) и пиримидинови (Т, ИД) основы размещаются перпендикулярно к оси молекулы ДНК таким образом, что аденин одной цепи соединяется неустойчивыми водородными связями только с тимином противоположной цепи, а гуанин только с цитозином. Таким образом, молекула ДНК представляет собой спираль из двух цепей, расстояние между которыми составляет всего 10 ангстрем (1 ангстрем — 1 / 100 000 000 см).

ДНК, вместе с гистоновых и не гистоновых белками и молекулами рибонуклеиновой кислоты (РНК) образует тяж дезоксирибонуклеопротеид (ДНП), который называется хроматином. В структуре хроматина, ДНК составляет 30-40%, а белки 60-70% всей массы. В состав хроматина входит также 3-4% липидов и ионы кальция, магния и железа, которые нужны для работы ферментов, осуществляющих процессы транскрипции (воспроизведение, повторение) ДНК при делении клеток. Во время деления клеток хроматин становится компактным и формируется в хромосомы (толщина каждой до 100 ангстрем) по схеме: два хроматиновый тяжа образуют фибрилл, две фибриллы составляют полухроматиду, две полухроматиды составляют хроматид и, наконец, две хроматиды составляют одну хромосому. Набор всех хромосом в каждой клетке организма содержит полную генетическую информацию (генотип), что к развитию и функций этой клетки, а в половых клетках — всю информацию, к развитию всего организма.

Известно, что все клетки в организме высших животных, в том числе и человека, делятся на соматические, имеющие двойной (диплоидный) набор хромосом (2п) и являются клетками тела и всех органов, и на половые (гаметы), что во время своего созревания создают одинарный (гаплоидный) набор хромосом (1п). Индивидуально специфический хромосомный комплекс всех клеток каждого вида животных или растений называется кариотипом. У человека кариотип соматических клеток насчитывает 46 хромосом, а половых, соответственно, 23 хромосомы. В женских клетках есть две XX хромосомы, а у мужских два ХУ хромосомы. При оплодотворении, женская и мужская гаметы сливаются, образуя зиготу (зародыш) в котором двойной набор хромосом состоит из галоидных набора этих хромосом от отца и матери, что и обусловливает общие качества будущего организма ребенка. При этом возможно, что особенности одного из родителей будут преобладать и тогда соответствующие качества более проявляются у ребенка. Процесс точной генотипа от родителей к ребенку осуществляется с помощью информационной рибонуклеиновой кислоты (и-РНК), которая способна создавать копии с ДНК и этот процесс называется репликацией, другие РНК, называемых транспортными (т-РНК) способны переносить эту информацию вновь создаваемым белкам нового организма в виде определенной последовательности аминокислот этих белков и этот процесс называется транскрипцией. Гены под действием различных физических, химических и других факторов могут изменять свои определенные участки, что называется мутацией. Мутации связаны с нарушениями нормальной последовательности нуклеотидов в ДНК (например, с заменой одной пары нуклеотидов другой парой, с выпадением некоторых нуклеотидов (явление диляции), или с их удвоением (явление дупликации), В результате могут возникать новые аллели (линии) потомков , с признаками, которых не имели родители и которые могут быть доминантными (преобладающими) или рецессивными (подавленными). Доминантные признаки (например, от одного из родителей) и определяют преимущество признаков соответствующего предка у ребенка (то есть в фенотипе). Спонтанные (случайные) положительные мутации обуславливают генетическую изменчивость, составляющих основу прогрессивных эволюционных изменений в природе. Отрицательные мутации становятся основой разнообразных врожденных пороков развития детей или даже основой детской смертности.

После рождения дети растут и развиваются в различных условиях природной и социальной среды, что чти всегда значительно влияет на ход реализации их генотипа и формирования индивидуальных качеств фенотипа.

САМЫЕ ИНТЕРЕСНЫЕ НОВОСТИ

You can leave a response, or trackback from your own site.