Genetik ist eine Wissenschaft, die die Muster der Übertragung von Merkmalen von den Eltern auf die Nachkommen untersucht. Diese Disziplin berücksichtigt auch ihre Eigenschaften und ihre Veränderungsfähigkeit. Gleichzeitig fungieren spezielle Strukturen – Gene – als Informationsträger. Derzeit hat die Wissenschaft genügend Informationen gesammelt. Es hat mehrere Sektionen, die jeweils eigene Aufgaben und Forschungsgegenstände haben. Die wichtigsten der Sektionen: klassische, molekulare, medizinische Genetik und Gentechnik.
Klassische Genetik
Die klassische Genetik ist die Wissenschaft der Vererbung. Dies ist die Eigenschaft aller Organismen, ihre äußeren und inneren Zeichen während der Fortpflanzung an die Nachkommen weiterzugeben. Die klassische Genetik befasst sich auch mit dem Studium der Variation. Sie drückt sich in der Instabilität der Zeichen aus. Diese Veränderungen häufen sich von Generation zu Generation. Nur durch diese Variabilität können sich Organismen an Veränderungen in ihrer Umgebung anpassen.
Die Erbinformationen von Organismen sind in Genen enth alten. Derzeit werden sie aus molekulargenetischer Sicht betrachtet. Obwohl es diese gabKonzepte, lange bevor dieser Abschnitt erschien.
Die Begriffe "Mutation", "DNA", "Chromosomen", "Variabilität" sind im Laufe zahlreicher Studien bekannt geworden. Jetzt scheinen die Ergebnisse jahrhundertelanger Experimente offensichtlich, aber einmal begann alles mit zufälligen Kreuzungen. Die Menschen strebten nach Kühen mit höherer Milchleistung, größeren Schweinen und Schafen mit dicker Wolle. Dies waren die ersten, nicht einmal wissenschaftlichen Experimente. Es waren jedoch diese Voraussetzungen, die zur Entstehung einer solchen Wissenschaft wie der klassischen Genetik führten. Bis zum 20. Jahrhundert war die Kreuzung die einzige bekannte und verfügbare Forschungsmethode. Es sind die Ergebnisse der klassischen Genetik, die zu einer bedeutenden Errungenschaft der modernen Wissenschaft der Biologie geworden sind.
Molekulargenetik
Dies ist ein Abschnitt, der alle Muster untersucht, die Prozessen auf molekularer Ebene unterliegen. Die wichtigste Eigenschaft aller lebenden Organismen ist die Vererbung, dh sie sind in der Lage, die wichtigsten strukturellen Merkmale ihres Körpers sowie die Muster von Stoffwechselprozessen und Reaktionen auf verschiedene Umweltfaktoren von Generation zu Generation zu bewahren. Das liegt daran, dass spezielle Substanzen auf molekularer Ebene alle erh altenen Informationen aufnehmen, speichern und während des Befruchtungsprozesses an die nächsten Generationen weitergeben. Die Entdeckung dieser Substanzen und ihre anschließende Untersuchung wurden dank der Untersuchung der Zellstruktur auf chemischer Ebene möglich. So wurden Nukleinsäuren, die Grundlage des Erbguts, entdeckt.
Entdeckung von "Erbmolekülen"
Die moderne Genetik weiß fast alles über Nukleinsäuren, aber das war natürlich nicht immer so. Der erste Vorschlag, dass Chemikalien irgendwie mit Vererbung zusammenhängen könnten, wurde erst im 19. Jahrhundert vorgebracht. Damals beschäftigten sich der Biochemiker F. Miescher und die Biologenbrüder Hertwig mit diesem Problem. 1928 schlug der russische Wissenschaftler N. K. Koltsov auf der Grundlage von Forschungsergebnissen vor, dass alle erblichen Eigenschaften lebender Organismen kodiert und in riesigen "Erbmolekülen" untergebracht sind. Gleichzeitig stellte er fest, dass diese Moleküle aus geordneten Verknüpfungen bestehen, die eigentlich Gene sind. Es war definitiv ein Durchbruch. Koltsov stellte auch fest, dass diese "Erbmoleküle" in Zellen in spezielle Strukturen, sogenannte Chromosomen, verpackt sind. In der Folge wurde diese Hypothese bestätigt und gab der Entwicklung der Wissenschaft im 20. Jahrhundert Impulse.
Wissenschaftsentwicklung im 20. Jahrhundert
Die Entwicklung der Genetik und weitere Forschungen führten zu einer Reihe ebenso wichtiger Entdeckungen. Es wurde festgestellt, dass jedes Chromosom in einer Zelle nur ein riesiges DNA-Molekül enthält, das aus zwei Strängen besteht. Seine zahlreichen Segmente sind Gene. Ihre Hauptfunktion besteht darin, dass sie in besonderer Weise Informationen über die Struktur von Enzymproteinen kodieren. Die Umsetzung der Erbinformation in bestimmte Merkmale erfolgt jedoch unter Beteiligung einer anderen Art von Nukleinsäure - RNA. Es wird auf DNA synthetisiert und erstellt Kopien von Genen. Es überträgt auch Informationen an Ribosomen, wo sie auftretenSynthese enzymatischer Proteine. Die Struktur der DNA wurde 1953 aufgeklärt, die der RNA zwischen 1961 und 1964.
Seit dieser Zeit begann sich die Molekulargenetik sprunghaft zu entwickeln. Diese Entdeckungen wurden zur Grundlage der Forschung, wodurch die Muster der Verwendung von Erbinformationen aufgedeckt wurden. Dieser Prozess findet auf molekularer Ebene in Zellen statt. Dabei wurden auch grundlegend neue Erkenntnisse über die Speicherung von Informationen in Genen gewonnen. Im Laufe der Zeit wurde festgestellt, wie die Mechanismen der DNA-Duplikation vor der Zellteilung (Replikation), den Prozessen des Lesens von Informationen durch ein RNA-Molekül (Transkription) und der Synthese von Proteinenzymen (Translation) ablaufen. Die Prinzipien der Veränderungen in der Vererbung wurden ebenfalls entdeckt und ihre Rolle in der inneren und äußeren Umgebung von Zellen geklärt.
Entschlüsselung der DNA-Struktur
Die Methoden der Genetik wurden intensiv weiterentwickelt. Die wichtigste Errungenschaft war die Entschlüsselung der chromosomalen DNA. Es stellte sich heraus, dass es nur zwei Arten von Kettenabschnitten gibt. Sie unterscheiden sich voneinander in der Anordnung der Nukleotide. Beim ersten Typ ist jede Site originell, dh sie ist einzigartig. Die zweite enthielt eine andere Anzahl sich regelmäßig wiederholender Sequenzen. Sie wurden Wiederholungen genannt. 1973 wurde festgestellt, dass einzigartige Zonen immer durch bestimmte Gene unterbrochen werden. Ein Segment endet immer mit einer Wiederholung. Diese Lücke codiert bestimmte enzymatische Proteine, an denen sich die RNA beim Lesen von Informationen aus der DNA „orientiert“.
Erste Entdeckungen in der Gentechnik
Aufkommende neue Methoden der Genetik führten zu weiteren Entdeckungen. Eine einzigartige Eigenschaft aller lebenden Materie wurde offenbart. Wir sprechen über die Fähigkeit, beschädigte Bereiche in der DNA-Kette zu reparieren. Sie können durch verschiedene negative Einflüsse entstehen. Die Fähigkeit zur Selbstreparatur wurde als „Prozess der genetischen Reparatur“bezeichnet. Gegenwärtig äußern viele namhafte Wissenschaftler die hinreichend durch Fakten untermauerte Hoffnung, dass es möglich sein wird, bestimmte Gene aus der Zelle zu "entreißen". Was kann es geben? Zunächst einmal die Fähigkeit, genetische Defekte zu beseitigen. Gentechnik ist das Studium solcher Probleme.
Replikationsprozess
Die Molekulargenetik untersucht die Prozesse der Übertragung von Erbinformationen während der Fortpflanzung. Die Erh altung der Invarianz der in den Genen kodierten Aufzeichnung wird durch ihre exakte Reproduktion während der Zellteilung sichergestellt. Der gesamte Mechanismus dieses Prozesses wurde im Detail untersucht. Es stellte sich heraus, dass unmittelbar vor der Zellteilung die Replikation stattfindet. Dies ist der Prozess der DNA-Duplikation. Damit einher geht eine absolut exakte Kopie der ursprünglichen Moleküle gemäß der Komplementaritätsregel. Es ist bekannt, dass es im DNA-Strang nur vier Arten von Nukleotiden gibt. Dies sind Guanin, Adenin, Cytosin und Thymin. Gemäß der Komplementaritätsregel, die 1953 von den Wissenschaftlern F. Crick und D. Watson entdeckt wurde, entspricht in der Struktur des DNA-Doppelstrangs Thymin Adenin und Guanyl dem Cytidylnukleotid. Während des Replikationsprozesses wird jeder DNA-Strang durch Substitution des gewünschten Nukleotids exakt kopiert.
Genetik –Wissenschaft ist relativ jung. Der Replikationsprozess wurde erst in den 1950er Jahren untersucht. Gleichzeitig wurde das Enzym DNA-Polymerase entdeckt. In den 1970er Jahren wurde nach langjähriger Forschung festgestellt, dass die Replikation ein mehrstufiger Prozess ist. Mehrere verschiedene Arten von DNA-Polymerasen sind direkt an der Synthese von DNA-Molekülen beteiligt.
Genetik und Gesundheit
Alle Informationen, die sich auf die Punktreproduktion von Erbinformationen während DNA-Replikationsprozessen beziehen, sind in der modernen medizinischen Praxis weit verbreitet. Gründlich untersuchte Muster sind sowohl für gesunde Organismen als auch für pathologische Veränderungen in ihnen charakteristisch. Beispielsweise wurde durch Experimente nachgewiesen und bestätigt, dass die Heilung einiger Krankheiten durch äußere Beeinflussung der Prozesse der Vermehrung des Erbguts und der Teilung somatischer Zellen erreicht werden kann. Vor allem, wenn die Pathologie der Körperfunktion mit Stoffwechselprozessen verbunden ist. Beispielsweise werden Krankheiten wie Rachitis und ein gestörter Phosphorstoffwechsel direkt durch die Hemmung der DNA-Replikation verursacht. Wie kann man diesen Zustand von außen verändern? Bereits synthetisierte und getestete Medikamente, die die unterdrückten Prozesse stimulieren. Sie aktivieren die DNA-Replikation. Dies trägt zur Normalisierung und Wiederherstellung pathologischer Zustände im Zusammenhang mit der Krankheit bei. Aber die Genforschung steht nicht still. Von Jahr zu Jahr kommen mehr Daten, die nicht nur zur Heilung, sondern auch zur Vorbeugung einer möglichen Erkrankung beitragen.
Genetik und Drogen
Molekulargenetik befasst sich mit vielen Gesundheitsproblemen. Die Biologie einiger Viren und Mikroorganismen ist derart, dass ihre Aktivität im menschlichen Körper manchmal zu einem Versagen der DNA-Replikation führt. Es wurde auch bereits festgestellt, dass die Ursache einiger Krankheiten nicht die Hemmung dieses Prozesses ist, sondern seine übermäßige Aktivität. Zuallererst sind dies virale und bakterielle Infektionen. Sie sind darauf zurückzuführen, dass sich pathogene Mikroben in den betroffenen Zellen und Geweben schnell vermehren. Diese Pathologie umfasst auch onkologische Erkrankungen.
Derzeit gibt es eine Reihe von Medikamenten, die die DNA-Replikation in der Zelle unterdrücken können. Die meisten von ihnen wurden von sowjetischen Wissenschaftlern synthetisiert. Diese Medikamente sind in der medizinischen Praxis weit verbreitet. Dazu gehört zum Beispiel eine Gruppe von Anti-Tuberkulose-Medikamenten. Es gibt auch Antibiotika, die die Prozesse der Replikation und Teilung von pathologischen und mikrobiellen Zellen hemmen. Sie helfen dem Körper, schnell mit Fremdstoffen fertig zu werden, und verhindern, dass sie sich vermehren. Diese Medikamente bieten eine hervorragende Behandlung für die meisten schweren akuten Infektionen. Und diese Mittel werden besonders häufig bei der Behandlung von Tumoren und Neubildungen eingesetzt. Dies ist eine vorrangige Richtung, die vom Institut für Genetik Russlands gewählt wurde. Jedes Jahr gibt es neue verbesserte Medikamente, die die Entwicklung der Onkologie verhindern. Dies gibt Zehntausenden von Kranken auf der ganzen Welt Hoffnung.
Transkriptions- und Übersetzungsprozesse
Nach dem ExperimentLaboruntersuchungen zur Genetik und Ergebnisse zur Rolle von DNA und Genen als Vorlagen für die Proteinsynthese vertraten Wissenschaftler seit einiger Zeit die Meinung, dass Aminosäuren direkt im Zellkern zu komplexeren Molekülen zusammengesetzt werden. Aber nachdem wir neue Daten erh alten hatten, wurde klar, dass dies nicht der Fall war. Aminosäuren werden nicht auf Abschnitten von Genen in der DNA aufgebaut. Es wurde festgestellt, dass dieser komplexe Prozess in mehreren Stufen abläuft. Zunächst werden von den Genen – Boten-RNA – exakte Kopien angefertigt. Diese Moleküle verlassen den Zellkern und wandern zu speziellen Strukturen – Ribosomen. Auf diesen Organellen finden der Zusammenbau von Aminosäuren und die Proteinsynthese statt. Der Prozess der Herstellung von DNA-Kopien wird als Transkription bezeichnet. Und die Synthese von Proteinen unter der Kontrolle von Boten-RNA ist „Übersetzung“. Das Studium der genauen Mechanismen dieser Prozesse und der Prinzipien ihrer Beeinflussung sind die wichtigsten modernen Probleme in der Genetik molekularer Strukturen.
Die Bedeutung von Transkriptions- und Translationsmechanismen in der Medizin
In den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass die gewissenhafte Berücksichtigung aller Schritte der Transkription und Übersetzung für das moderne Gesundheitswesen von großer Bedeutung ist. Das Institut für Genetik der Russischen Akademie der Wissenschaften hat seit langem bestätigt, dass bei der Entwicklung fast jeder Krankheit eine intensive Synthese toxischer und einfach schädlicher Proteine für den menschlichen Körper stattfindet. Dieser Prozess kann unter der Kontrolle von Genen ablaufen, die normalerweise inaktiv sind. Oder es handelt sich um eine eingeführte Synthese, für die krankheitserregende Bakterien und Viren verantwortlich sind, die in menschliche Zellen und Gewebe eingedrungen sind. Auch die Bildung von schädlichen Proteinen kannstimulieren aktiv sich entwickelnde onkologische Neoplasmen. Aus diesem Grund ist eine gründliche Untersuchung aller Phasen der Transkription und Übersetzung derzeit äußerst wichtig. Auf diese Weise können Sie Wege finden, nicht nur gefährliche Infektionen, sondern auch Krebs zu bekämpfen.
Moderne Genetik ist eine kontinuierliche Suche nach Mechanismen der Entstehung von Krankheiten und Medikamenten zu ihrer Behandlung. Schon jetzt ist es möglich, Translationsprozesse in den betroffenen Organen oder im gesamten Körper zu hemmen und so Entzündungen zu unterdrücken. Genau darauf baut im Prinzip die Wirkung der meisten bekannten Antibiotika, beispielsweise Tetracyclin oder Streptomycin, auf. Alle diese Medikamente hemmen selektiv Translationsprozesse in Zellen.
Die Bedeutung der Erforschung genetischer Rekombinationsprozesse
Sehr wichtig für die Medizin ist auch die genaue Untersuchung der Prozesse der genetischen Rekombination, die für die Übertragung und den Austausch von Chromosomenteilen und einzelnen Genen verantwortlich ist. Dies ist ein wichtiger Faktor bei der Entstehung von Infektionskrankheiten. Genetische Rekombination liegt dem Eindringen in menschliche Zellen und dem Einbringen von fremdem, häufiger viralem Material in die DNA zugrunde. Dadurch kommt es an den Ribosomen zu einer Synthese von Proteinen, die nicht „nativ“im Körper, sondern für ihn pathogen sind. Nach diesem Prinzip erfolgt in den Zellen die Vermehrung ganzer Viruskolonien. Die Methoden der Humangenetik zielen darauf ab, Mittel zur Bekämpfung von Infektionskrankheiten zu entwickeln und die Ansammlung pathogener Viren zu verhindern. Darüber hinaus ermöglichte die Anhäufung von Informationen zur genetischen Rekombination das Verständnis des Prinzips des Genaustauschszwischen Organismen, was zur Entstehung gentechnisch veränderter Pflanzen und Tiere führt.
Die Bedeutung der Molekulargenetik für Biologie und Medizin
Im Laufe des letzten Jahrhunderts hatten Entdeckungen, zuerst in der klassischen und dann in der Molekulargenetik, einen enormen und sogar entscheidenden Einfluss auf den Fortschritt aller biologischen Wissenschaften. Die Medizin hat sich sehr weiterentwickelt. Fortschritte in der Genforschung haben es ermöglicht, die einst unverständlichen Prozesse der Vererbung genetischer Merkmale und der Entwicklung individueller menschlicher Eigenschaften zu verstehen. Bemerkenswert ist auch, wie schnell sich diese Wissenschaft von einer rein theoretischen zu einer praktischen entwickelt hat. Es ist aus der modernen Medizin nicht mehr wegzudenken. Eine detaillierte Untersuchung molekulargenetischer Gesetzmäßigkeiten diente als Grundlage für das Verständnis der Prozesse, die im Körper sowohl eines Kranken als auch eines Gesunden ablaufen. Es war die Genetik, die der Entwicklung von Wissenschaften wie Virologie, Mikrobiologie, Endokrinologie, Pharmakologie und Immunologie Impulse gab.
