big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Роль нуклеиновых кислот в наследственности

Что же является материальной основой наследственности: нуклеопротеид в целом, белок, входящий в его состав, или нуклеиновые кислоты — ДНК или РНК?

Совсем недавно вопрос казался ясным. Белки являются основным материальным субстратом явлений жизни; в свете этого казалось, что доминирующая роль белков в наследственной передаче не вызывает сомнений. Понимание важнейших вопросов природы удвоения хромосом и форм участия материальных основ наследственности в обмене веществ при развитии организма также основывалось на идее, что белки представляют собой главные специфические компоненты в наследственной структуре хромосом.

Однако постепенно внимание исследователей сосредоточилось на лом факте, что ДНК является обязательным и химически уникальным веществом, которое свойственно хромосомам и нуклеопротеидам ряда вирусов.

Появились попытки объяснить, почему ДНК является обязательным компонентом хромосом. Поскольку в то время считали, что ДНК не обладает специфичностью, что она якобы одинакова у всех организмов, были сделаны попытки установить неспецифические функции этого соединения. Было высказано предположение, что ДНК может иметь две главные функции: во-первых, служить основой для растягивания полипептидных цепей в мономолекулярную пленку, без чего не могут проходить процессы аутокатализа; во-вторых, играть роль источника энергии при образовании пептидных связей в процессах синтеза белка.

Известно, что аденозинтрифосфорная кислота представляет собой адениловую кислоту, к которой присоединено два остатка фосфорной кислоты, причем эти остатки присоединены путем макроэргических, т. е. богатых энергией, связей. Благодаря системе «аденозинтрифосфорная кислота» ↔ «аденозиндифосфорная кислота» происходит передача богатых энергией макроэргических связей. При этом адениловая кислота является нуклеотидом, состоящим из пуринового основания — аденина, сахара — рибозы и остатка фосфорной кислоты.

Молекулы ДНК имеют большой молекулярный вес, они составлены из многих нуклеотидов. Отдельные свободные нуклеотиды имеют важные специализированные функции в метаболизме организмов. Адениловая кислота и ее производные — аденозиндифосфат и аденозинтрифосфат связаны с химическим использованием Сахаров. Кроме того, адениловая кислота входит в состав коферментов ди- и трифосфопиридиннуклеотида и аллокзазинадениндинуклеотида вместе с витаминами — никотинамгидом и рибофлавином. Это коферменты окислительно-восстановительных ферментов, участвующих в переносе электронов водорода.

Однако развитие исследований по ДНК, особенно работ, связанных с генетикой микробов и вирусов, привело к решительному пересмотру вопроса о ее роли. Вскрылись факты крупнейшего принципиального значения, показавшие, что ДНК определяет генетическую специфичность организмов. Громадное значение ДНК и РНК обнаружилось после установления того факта, что они являются обязательными компонентами в процессах синтеза специфических белков, в частности ферментов в клетке.

Уже косвенные данные представляли собой серьезные доводы в пользу идеи, что ДНК — это химическая и физическая основа явлений наследственности. Как было указано, исследования по химическому анализу разных фракций клетки показали, что ДНК встречается в хромосомах растений, животных, простейших и микроорганизмов. Недаром в более ранних работах ДНК называлась нуклеарной, т. е. ядерной, нуклеиновой кислотой.

В дальнейшем было установлено, что биохимический состав вирусов подобен хромосомному. Они состоят из белка и ДНК или из белка и РНК.

Таким образом, ДНК характеризуется рядом своеобразных черт, ее наличие в организмах приурочено к наследственным структурам (хромосомы, частицы вирусов), и при этом она обладает всеобщностью, характеризуя наследственные структуры органических форм от вируса до человека. РНК также представляет собой вещество, играющее в жизни клетки громадную роль. Она локализована главным образом в плазменных структурах, таких, как рибосомы, где идет синтез белков. Доказано, что часть РНК, локализованной в цитоплазме, может иметь ядерное происхождение.

Для выяснения роли ДНК в хромосомах большое значение имеют факты о зависимости мутаций от вида лучистой энергии. В явлениях эволюции и селекции материальные основы наследственности претерпевают глубокие изменения, для которых исходным служит появление отдельных, элементарных мутаций. Изучение специфики воздействия ультрафиолетовых лучей при получении мутаций дало принципиальные результаты. Известно, что большинство органических веществ, и в том числе хромосомы, не поглощают видимый свет, в силу чего человеческий глаз их воспринимает как бесцветные. По этой причине нативные ядра в клетках представляются оптически пустыми. Однако ряд клеточных, структур, и в том числе хромосом, специфически поглощают части ультрафиолетового спектра. Белки максимально поглощают ту часть спектра, которая имеет длину волны, равную примерно 2800 Å, а нуклеиновые кислоты —2600 Å. Эксперименты с микробами и растениями установили, что мутации вызываются преимущественно монохроматическим ультрафиолетовым облучением с длиной волны, равной 2600 Å. Это показывает, что в данном случае при появлении мутаций фотоны ультрафиолетового света взаимодействуют с веществом ДНК. Фотоны, поглощенные белком (при облучении светом с длиной волны 2800 Å), вызывают мутации лишь в редких случаях. Известно также, что другие внешние воздействия, обладающие ярко выраженным мутагенным эффектом, например ионизирующие излучения, оказывают очень заметное влияние на нуклеиновые кислоты.

Однако все приведенные свидетельства в пользу генетической специфичности ДНК, несмотря на их важность, имеют все же значение только косвенных доказательств.

История прямых доказательств генетической роли ДНК началась с того момента, когда были обнаружены факты, показавшие, что при воздействии специфическими нуклеиновыми кислотами могут быть получены определенные специфические наследственные изменения. Гриффитц еще в 1927 г. обнаружил, что один наследственно определенный штамм пневмококков может быть направленно преобразован (трансформирован) в другой определенный штамм. Позднее были получены трансформации, вызываемые у бактерий одного штамма экстрактом из бактерий другого штамма. Эта вытяжка содержит часть генетического материала одной линии и передает его другой. Айвери и др. в 1944 г. показали, что активное трансформирующее вещество может быть выделено из этой вытяжки в химически чистом виде. Оно оказалось дезоксирибонуклеиновой кислотой. Чистая ДНК настолько активна, что ее выделение в культуру микробов 6∙10-8 достаточно для осуществления реакции трансформации. Работы Эфрусси — Тейлора, Хотчкиса и других установили факт специфичности воздействия ДНК, взятой из разных линий. Хотчкис показал возможность трансформации по таким признакам, как устойчивость к стрептомицину и пенициллину.

Эти работы выяснили ошибочность старых представлений о тождественности ДНК у разных организмов, которые были основаны на данных о сходстве химического состава. Оказалось, что ДНК разных штаммов и видов организмов обладают глубокими различиями в своей генетической специфичности. Важные доказательства генетического значения ДНК были даны в 1952 г. в работе Хершей и Чейз, которые показали существенные различия в функциях белка и ДНК у бактериофага (Т2), обнаруживающихся при заражении этим фагом бактериальных клеток. Было установлено, что при заражении в клетку бактерии проникает только ДНК, а белковая часть вируса остается вне бактерии. Проникающая ДНК обеспечивает в клетке хозяина синтез себе подобных видоспецифических частиц ДНК, соответствующих данному виду бактериофага.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.