Академия. Курс "Генетика" (Genetics). Конспект 1 недели.

В рамках проекта Академия  от @ontofractal  и счастлив поделиться с Вами конспектом 1 недели курса "Генетика"  (Genetics) от Новосибирского государственного университета (Анна Юшкова).

Структура ДНК

Генетический материал всех организмов заключен в крупных молекулах ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты).

Все нуклеиновые кислоты — это молекулы, которые состоят из нуклеотидов – химических соединений азотистого основания, пятиуглеродного сахара (пентозы) и остатка фосфорной кислоты. Азотистое основание играет не последнюю роль в строении ДНК. Четыре варианта азотистого основания – аденин, гуанин, тимин и цитозин и образуют цепи ДНК, которые, в свою очередь, скручиваются в двойную спираль. Нити ДНК комплементарны между собой – проще говоря, взаимодополняемы, взаимосоответствующие. Именно благодаря этому свойству вообще представляется возможным размножение и создание новой идентичной клетки, а так же осуществляется восстановление поврежденных молекул ДНК.

Способ шифровки – генетический код
Генетический код – это некий набор информации в ДНК, благодаря которому можно узнать свойства строительного материала ДНК – белка. Белки, в свою очередь, состоят из аминокислот. Из всего лишь 20 вариантов аминокислот построены все белки живых организмов. Генетический код шифруется в последовательности нуклеотидов: их всего четыре вида, но разные сочетания дают больше вариантов последовательностей, и, соответственно, больше возможностей для шифрования.

Структура гена
Ген — участок молекулы ДНК, который несет некоторую информацию в себе. Именно гены определяют, какие признаки передадутся потомкам в наследство.
В генах есть как участки, отвечающие за кодирование информации (экзоны), так и некодирующие последовательности (интроны). Именно из-за такой особенности строения размеры генов бывают впечатляюще большими – около 50 тысяч пар нуклеотидов!

Геном
Геном – это вся ДНК, которая есть в организме. Геномы очень большие – речь идет не про сотни и тысячи, а про миллиарды пар нуклеотидов. Геном человека состоит из 3 миллиардов пар нуклеотидов! Современная наука научилась «читать» и тщательно изучать геном, но из-за особенностей ДНК не все гены можно расшифровать – уж слишком большой процент ДНК, которая не кодирует никакую информацию и потому не можете ее передать на расшифровку. Такие ДНК называются молчащими, и у человека их 95% от всего генома. (тут надо понимать, что наука сложная, и есть различные мнения. Есть исследования, которые опровергают 95% молчащих ДНК в геноме человека. Нужно разбираться в этой теме. Данная цифра - версия конкретно данного курса). 

Хромосомы
Хромосома – это упакованные молекулы ДНК в клетке организма. Она похожа по своей структуре на букву «Х», все благодаря двум ниточкам-хроматидам, которые скреплены между собой, а место их пересечения называется центромерой.
Большинство ядерных организмов в своих клетках содержат двойные хромосомы, которые по-другому называются парными. Набор хромосом бывает гаплоидным (его еще называют половинным или одинарным) и диплоидным (парным). У человека диплоидный набор представлен 23 парами хромосом (всего – 46 хромосом).
22 пары хромосом мужчин и женщин абсолютно одинаковые, а вот последние две хромосомы будут разными, и называются они половыми. У женщин это две Х-хромосомы, а вот у мужчин одна Х, а другая – У-хромосома.

Передача наследственной информации. Митоз.
Перед процессом деления клетка удваивает свое ДНК – чтобы потомок получил всю наследственную информацию. В новоиспеченной клетке одна нить в спирали от родительской клетки, а другая – новая.
Митоз – это из самых простых способов деления клеток. Две основные стадии митоза – деление ядра клетки и деление тела. Самые сложные и длительные процессы происходят как раз на первой стадии – ведь вся основная информация находится в ядре, в ДНК.

Мейоз 

Мейоз, по сравнению с митозом, гораздо сложнее способ деления клеток. Этот способ гораздо продолжительнее, да и состоит из двух делений. В результате мейоза получается не две клетки, как в митозе (старая и новая), а целых четыре! Ко всему прочему, созданные клетки не похожи на родительские – точнее, не являются абсолютными копиями, как при митозе. При мейозе новые клетки унаследуют лишь часть признаков старой клетки.

ДНК – уникальная молекула, хранящая всю генетическую информацию организма. Это поистине гениальное творение природы, подарившее нам сохранность информации и разнообразие видов живых организмов.

Неядерная наследственность – исключение из правил?
В природе, как и в жизни, существуют исключения из правил. Для передачи наследственной информации не всегда нужно ядро, в котором хранится ДНК! Так, у растений в клетках есть некие структуры – пластиды, которые способны сохранять и передавать информацию. Но не только растения обладают такими удивительными свойствами. Существуют так же митохондрии – клеточные структуры, присущие и растениям, и животным, у которых есть собственная молекула ДНК.

Сравним с безъядерными?
Ядерные организмы достаточно сильно отличаются от безъядерных по своему строению, размеру, образу жизни. Единственное, что объединяет организмы с ядром и без него – принципы хранения информации: в клетках безъядерных организмов ДНК тоже закручена в спираль из двух цепей. Но клетки без ядра, естественно, устроены гораздо проще, примитивнее – у них всего одна молекула ДНК, геномы намного меньше, в разы меньше пар нуклеотидов. Однако в этой простоте есть и гениальность – некоторые процессы протекают гораздо удобнее.

Что для вас было наиболее интересным и впечатляющим в данной неделе курса?

Меня впечатлило, насколько во мне, как человеке, организме, еще много аспектов для изучения. Целые пласты информации, о которой я даже не думал. Я понял, что генетика, и в целом биохимия, схожа с программированием. То, что я видел в фантастических фильмах, по сути базируется на реальности - живые существа можно проектировать. Также я увидел некую схожесть (для меня) принципов работы ДНК с работой блокчейна.