СОВРЕМЕННАЯ БОТАНИКА - П. РЕЙВН - 1990

РАЗДЕЛ III. ГЕНЕТИКА

ГЛАВА 8. ХИМИЯ И НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ

С тех пор как люди впервые стали всматриваться в окружающий мир, явление наследственности озадачивало и удивляло их. Почему происходит так, что потомство всех живых существ — будь то одуванчик, собака, трубкозуб или дуб, — всегда похоже на своих родителей и никогда не имеет сходства с другими видами? Почему у ребенка глаза его матери или отцовский подбородок, или, что еще удивительнее, — нос деда?

Эти вопросы ставились уже в те времена, когда писали свои труды древние греки и, вероятно, уже тогда не были новыми. Подобные проблемы всегда были немаловажными. На протяжении всей истории биологическое наследование оставалось главным фактором при распределении богатства, власти, земель и привилегий. С биологической точки зрения наследственность всегда являлась неотъемлемой частью любого определения жизни.

Одни говорят, что двадцатый век будет памятен человечеству тем, что живое существо впервые достигло Луны; другие считают, что он войдет в историю как время открытия природы ДНК и тем самым — как начало разгадки тайн наследственности.

Химия гена: ДНК или белок?

Биологи давно знали, что наследственность связана с клеточным ядром и, в частности, с хромосомами (рис. 8-1). Хромосомы эукариот представляют собой комплексы ДНК и белка, которые при соответствующем окрашивании под световым микроскопом имеют вид тонких нитей. Поскольку исследователи установили, что именно хромосомы являются носителями генетической информации, то проблема долгое время сводилась к следующему: белок или ДНК играют основную роль в наследственности?

В начале 50-х годов было накоплено много данных в пользу ДНК как носительницы генетической информации, а именно: (7) методом специфического окрашивания было показано, что ДНК присутствует в хромосомах всех клеток и что основное количество ее находится именно в хромосомах; (2) клетки тел растений и животных содержат вдвое больше ДНК, чем их гаметы; (3) как показано в табл. 8-1, соотношение пуринов и пиримидинов варьирует от вида к виду (подобные вариации существенны для молекул, с которыми связан «язык жизни»). Еще более важно, что количество гуанина в ДНК всегда равно количеству цитозина, а количество аденина — количеству тимина. Эти соотношения, получившие известность как правила Чаргаффа, сыграли огромную роль в разгадке процесса наследственности; (4) с помощью ДНК, выделенной из одних бактериальных клеток, можно изменить генетические признаки других бактерий (рис. 8-2); (5) при заражении бактериальных клеток бактериофагами в клетку проникает только ДНК; она контролирует образование новых вирусных частиц (рис. 8-3).

Таблица 8-1. Нуклеотидный состав ДНК некоторых видов животных и человека (в процентах)

Рис. 8-2. Идентификацию «трансформирующего фактора» можно считать решающим экспериментом в установлении биологической роли ДНК. «Гладкие» пневмококки патогенны (они названы так потому, что при выращивании на агаре образуют полисахаридные капсулы. придающие колониям блестящий, гладкий вид). «Шероховатые» пневмококки непатогенны. Оба признака наследственны: потомство «гладких» клеток образует «гладкие» колонии, а потомство «шероховатых» — тусклые и шероховатые колонии. Если «гладкие» клетки убить, а клеточные остатки добавить в культуру «шероховатых» клеток, то некоторые «шероховатые» клетки приобретают признаки «гладких» и образуют соответствующие колонии. Это явление, известное как трансформация, впервые наблюдалось в 1928 г. Через 16 лет, в 1944 г., было доказано, что «трансформирующий фактор» —ДНК — действительно изменяет генетический аппарат «шероховатых» клеток

Рис. 8-3. Краткая схема экспериментов Херши и Чейз, доказавших, что именно ДНК кодирует генетическую информацию у вирусов. Выращивая зараженные вирусом бактерии на различных радиоактивных средах, ученые выделили два образца вируса: один содержал ДНК, меченную радиоактивным ³²Р, а другой — белок оболочки, меченный ³⁵S (ДНК не содержит серы, а белки данного вируса не содержат фосфора). Мечеными фагами заражали бактерии, росшие на свободной от изотопов среде. В итоге одна культура бактерий была инфицирована фагом, меченным ³²Р, а другая — фагом, меченным ³⁵S. Через некоторое время после начала инфекционного цикла клетки встряхивали, чтобы отделить от фрагментов вируса, и затем смесь центрифугировали, чтобы отделить клетки от вирусного материала. Ученые установили, что метка ³⁵S осталась вне клеток, а ³²Р вошла в клетки и затем включилась в дочерние вирусные частицы. Данные эксперименты показали, что именно ДНК является носителем наследственной информации, необходимой для образования новых фаговых частиц

Несмотря на изложенные выше факты, генетическая роль ДНК оставалась непонятной, до тех пор, пока не была установлена ее структура.