Химические основы наследственности

Локализация генов в хромосомах была установлена, однако не все биологи были так уверены, как Вейсман, в их чисто хими

ческой природе. Сам Т. Г. Морган в своей книге «Механизм менделевской наследственности» (Т.

Н. Morgan, А. Н. Sturte- vant, Н. J. Muller, С. В. Bridges, Mechanism of Mendelian Heredity, H. Holt and Co., 1915) писал: «Предположение, что частицы хроматина, неотличимые одна от другой и почти гомогенные при исследовании любыми известными методами, могут в силу своей материальной природы наделять всеми свойствами, жизни, превосходит воображение даже самого убежденного материалиста».
Создание разнообразия, или, иными словами, генетической информации, из единообразия — вот в чем заключался главный вопрос, а ответ на него состоял в том, что хроматин оказался не таким гомогенным, каким он представлялся. Данные химического анализа показали, что хроматин — это нуклеиновая кислота, состоящая из повторяющихся субъединиц (нуклеотидов), соединенных друг с другом связями, в образовании которых участвуют остатки либо рибозы (рибонуклеиновые кислоты, РНК), либо дезоксирибозы (дезоксирибонуклеиновые кислоты, ДНК).
Крупнейший шаг вперед в этой области был сделан в середине пятидесятых годов нашего века, когда Дж. Д. Уотсон (James D. Watson) и Фрэнсис Крик (Francis Crick) расшифровали строение ДНК на основе химических данных в сочетании с рентгеновскими «снимками» ее молекулы. Каждая нуклеиновая кислота состоит из двух цепей, соединенных химическими связями, так что структура в целом имеет вид веревочной лестницы. Перекладинами этой лестницы служат связи между нуклеотидами, причем нуклеотиды расположены таким образом, что против определенной большой единицы может находиться только одна определенная малая единица. Поэтому говорят, что две стороны лестницы комплементарны. Эта лестница свернута наподобие гибкого электрического провода, образуя ныне знаменитую двойную спираль (см. рис. 2.6).
Вслед за созданием модели структуры ДНК был высказан ряд соображений относительно ее функций. Во-первых, последовательность оснований в молекуле ДНК может быть различной и в этой последовательности может быть закодирована генетическая информация. Хроматин оказался негомогенным. Во-вторых, комплементарность означает, что если отделить две стороны «веревочной лестницы» одну от другой, то каждая из них могла бы служить матрицей для построения другой. Следовательно, информация может точно и безошибочно реплицироваться и передаваться от одной клетки другой и от родителей потомкам (рис. 2,6,Г). Наконец, спиральная структура означает, что эта жизненно важная генетическая информация защищена от превратностей внешнего мира. Время от времени в процессе

репликации возникают случайные нарушения, ведущие к тому, что в классической генетике называли мутациями.

Подобные события должны быть редкими и могут вызываться внешними

Рис. 2.6. Строение ДНК. А~ Нуклеотиды (В), соединенные в цепь. Б. Комплементарные цепи, образующие «веревочную лестницу» при помощи водородных связей (прерывистые линии). В. «Веревочная лестница», свернутая в двойную спираль. Г. Репликация:              цепи              раскручиваются,              н
каждая из иих служит матрицей для образования комплементарной цепи.


факторами (например, облучением), но они не направлены на удовлетворение каких-либо определенных «потребностей».
Все эти положения, разработанные Уотсоном и Криком, оказались в основном верными и вызвали бурное развитие исследований по молекулярной генетике. Было известно, что ядро и нуклеиновые кислоты играют ключевую роль в синтезе белка, а поскольку белки принимают важнейшее и непосредственное участие в построении клетки (в виде строительных блоков) и в ре
гуляции ее функций (в виде ферментов), то нетрудно видеть, каким образом нуклеиновые кислоты могли бы определять признаки организма. Нуклеиновые кислоты состоят из повторяющихся субъединиц — нуклеотидов, а белки состоят из аминокислот; поэтому можно было допустить, что последовательность нуклеотидов кодирует последовательность аминокислот. Поскольку, однако, аминокислот различных типов в белках больше, чем нуклеотидов в нуклеиновых кислотах (соотношение их составляет примерно 5:1), одна аминокислота не может кодироваться только одним нуклеотидом. Теоретически было нетрудно показать, что лишь группы из трех нуклеотидов (триплеты) могут обеспечить достаточное разнообразие (43, или 64 альтернативные комбинации), а вскоре существование три- плетного кода было установлено экспериментально. У эукариот перенос генетической информации при синтезе белка происходит в два этапа: от дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) к рибонуклеиновым кислотам (РНК)—процесс, известный под названием транскрипции, и от РНК к белкам — трансляция. Упрощенная схема переноса генетической информации представлена на рис. 2.7.

Рис. 2.7. Транскрибирование ДНК в мРНК и трансляция в белкн. Трансляция происходит на субклеточных органеллах — рибосомах; молекулы транспортной РНК (тРНК) выбирают из клеточного фонда аминокислот нужную аминокислоту и переносят ее на соответствующее место иа матрице. Образующийся таким образом белок может затем выполнять в клетке структурные илн ферментативные функции. (Calow P., Biological Machines, Edward Arnold Publ., London, 1976.)

Еще по теме Химические основы наследственности:

1. Хромосомные и химические основы наследственности
2. Цитологические основы наследственности
3. 3.4.2 Свойства ДНК как вещества наследственности и изменчивости 3.4.2.1. Самовоспроизведение наследственного материала. Репликация ДНК
4. 3.5.2. Физико-химическая организация хромосом эукариотической клетки 3.5.2.1. Химический состав хромосом
5. Радиация и наследственность
6. 2* Химический отбор
7. 6.4.1. Наследственные болезни человека
8. 6.4.4. Пренатальная диагностика наследственных заболеваний
9. 3.1. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ И ИЗМЕНЧИВОСТЬ — ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВОГО
10. Физико-химическое изучение клетки
11. 8. Появление наследственности
12. Умозрительные гипотезы о природе наследственности
13. 3.2. ИСТОРИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ ОБ ОРГАНИЗАЦИИ МАТЕРИАЛЬНОГО СУБСТРАТА НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ИЗМЕНЧИВОСТИ
14. ТЕРМИЧЕСКИЕ И ХИМИЧЕСКИЕ ПОРАЖЕНИЯ
15. Эфир и химические реакции. Катализ
16. 4.1. МОЛЕКУЛЯРНО-ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ И ИЗМЕНЧИВОСТИ У ЧЕЛОВЕКА