Глава 14ДНК
Проработав эту главу, вы должны уметь: Подробно рассмотреть данные в пользу того, что ДНК служит генетическим материалом. Имеются в виду следующие данные:
а) явление трансформации у бактерий;
б) заражение бактерий бактериофагом;
в) сведения о количестве ДНК в тканях разных видов организмов, а также в соматических и репродуктивных клетках одного и того же вида;
г) сравнение нуклеотидного состава ДНК в клетках представителей одного и того же вида и разных видов. Описать строение нуклеотида. Описать строение молекулы ДНК и объяснить, почему число остатков аденина в этой молекуле равно числу остатков тимина, а число остатков гуанина равно числу остатков цитозина. Рассказать об опытах Меселсона и Сталя и пояснить, как этим исследователям удалось доказать, что удвоение ДНК носит полуконсервативный характер. Описать строение хромосомы эукариотической клетки. Кратко рассказать о том, как можно получить рекомбинантную ДНК, и указать какое-нибудь практическое применение этой методики.
Гл. 14-17 мы посвятим главной загадке жизни. Что превращает крошечный комочек вещества в согласованно функционирующую клетку, способную регулировать свой собственный химический состав, расти и размножаться? Что вынуждает оплодотворенное яйцо, т. е. ту единственную клетку, из которой происходит каждый из нас, делиться, а возникающую массу клеток- перегруппировываться, расти, вбирать в себя питательные вещества и, наконец, обретать форму единственного в своем роде индивидуума? Что делает каждого из нас непохожим на других индивидуумов и вместе с тем наделяет всех нас неким изначальным сходством как представителей одного вида Homo sapiens? Что заставляет родственников, собравшихся вокруг новоприбывшего члена клана, с такой уверенностью узнавать в нем знакомые черты-отцов-
Рис. 14.1. В яйцеклетках и сперматозоидах содержится половинное число хромосом по сравнению с соматическими клетками данного организма. При оплодотворении сперматозоид сливается с яйцеклеткой, и в оплодотворенном яйце восстанавливается число хромосом, характерное для остальных клеток тела данного вида.
ский нос или материнскую чуть кривую усмешку? На все эти вопросы есть только один ответ: генетическая информация. Многочисленные различные единицы, из которых слагается вся совокупность генетической информации индивидуума (эти единицы определяют отдельные его признаки: цвет волос, группу крови, рост и т. п.), называются генами.
Каждый из нас представляет собой неповторимую индивидуальность, потому что неповторима имеющаяся у каждого человека комбинация генов. Гены несут в себе информацию о том, какие белки и в каком соотношении должны вырабатывать наши клетки, а также о том, как будет сказываться на их образовании и взаимодействии та среда, в которой мы развиваемся и живем.
Мы получаем генетическую информацию от наших родителей, половину- через яйцеклетку от матери и половину-через сперматозоид от отца (рис. 14.1). В прошлом веке биологи изучили процесс клеточного деления, приводящий к образованию яйцеклеток и сперматозоидов. Клеточному делению предшествует расхождение хромосом, в результате которого в каждую образующуюся яйцеклетку или в каждый сперматозоид попадает половина хромосом, содержавшихся в исходной клетке. Это убедило биологов в том, что хромосомы являются носителями генетической информации. Оставался, однако, один нерешенный вопрос. Хромосомы, как установили химики, состоят из двух веществ: из белка и дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Какое же из них следовало считать носителем генетической информации?
Было совершенно ясно, что в генах должно быть заключено большое количество информации. Ученые уже знали, что белки-это очень сложная группа разнообразных веществ, образующихся из 20 видов мономерных звеньев (аминокислот), соединяющихся в разных комбинациях. О ДНК же в то время не знали еще почти ничего; известно было только, что мономеров (нуклеоти
дов) в ней всего четыре вида. Полагали, что ДНК строится путем нанизывания в однообразном порядке этих четырех нуклеотидных единиц. Поскольку хромосомные белки имеют более сложную структуру, чем ДНК, большинство ученых считало именно их носителями генетической информации. Ошибочность этого утверждения выяснилась только в сороковых годах.
В этой главе мы рассмотрим доказательства того, что генетическим материалом является именно ДНК, и познакомимся с тем, как была установлена структура ДНК Структура эта очень проста, и вместе с тем она представляет собой одно из величайших достижений эволюции, поскольку обладает замечательным свойством: она направляет образование своих собственных точных копий, тех копий, которые передаются потом следующим поколениям клеток.
Установление структуры ДНК вызвало к жизни целый поток исследований по молекулярным основам наследственности. Возникла молекулярная биология-одна из самых увлекательных и наиболее бурно развивающихся областей современной науки. Менее чем за 40 лет молекулярные биологи прошли огромный путь: начав почти с нуля, не зная даже того, что гены состоят из ДНК, они могут теперь сами конструировать отдельные гены, подбирая для них ингредиенты по каталогам, напоминающим каталоги «Посылторга».