Генетика - Гуляев Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
Хромосомы состоят из белка и ДНК, которые соединены в них в общую надмолекулярную нуклеопротеидную структуру. Большинство ученых считали, что наследственность организмов определяется белковым компонентом хромосом, ДНК же благодаря своему относительно простому строению и химическому составу-не может контролировать в организме такой сложный процесс. В начале 30-х годов Н. К. Кольцов высказал идею о том, что хромосома— это гигантская биологическая молекула, обладающая' свойством самоудвоения, и что все признаки и свойства организма обусловлены строением белка и взаимодействием его молекул. Эти положения, исходившие из допущения о существовании матричного принципа самоудвоения биологических молекул, направляли изучение явлений наследственности на молекулярном уровне.
К началу 40-х годов создались реальные возможности для изучения молекулярного строения хромосом. Применение новых методов биологических исследований (электронной микроскопии,, рентгеноструктурного анализа, метода меченых атомов и др.) и использование микроорганизмов и вирусов для генетических исследований создали совершенно новые возможности для детального изучения наследственных структур клетки.
В течение длительного периода основными объектами генетических исследований были горох, кукуруза и дрозофила. В результате работы с ними получены данные и сделаны открытия, составляющие фундамент учения о наследственности и изменчивости организмов. На этих объектах был разработан и доведен до высокого совершенства основной метод генетики — генетический анализ. Но применение его для более тонких исследований на высших растениях и животных встречало большие трудности. Эти организмы медленно размножаются, и, следовательно, для опытов требуется много времени, у них достаточно сложные циклы раз-
вития, для их разведения нужно много места. Поэтому внимание генетиков все больше и больше привлекали микроорганизмы и вирусы, ставшие с течением времени главными объектами генетических экспериментов. Микроорганизмы легко культивировать, они очень быстро размножаются, просто устроены и так малы, что допускают возможность разведения на очень небольшой площади. Их можно выращивать и размножать как на жидких, так и на твердых средах.
Очень денными, а в ряде случаев незаменимыми для генетических исследований оказались вирусы. Из бактерий для проведения генетических опытов чаще всего используют кишечную палочку (Escherichia coli), клетка которой имеет длину около 2 мкм и диаметр 1 мкм. У бактерий нет ядра, в их цитоплазме находятся рибосомы и хроматин, образующий одну хромосому.
Размножаются бактерии очень просто. Каждая клетка удлиняется и затем расщепляется поперек на две дочерние. Примерно через 20—40 мин таким же точно способом делится каждая дочерняя клетка. Скорость размножения их поразительна. Приблизительно за 6 ч происходит тысячекратное увеличение исходного числа бактерий.
В таблице 10 приводятся данные, показывающие, как изменяются возможности и эффективность генетического анализа в зависимости от численности вовлекаемого в эксперимент потомства.
Изучать биохимические процессы, происходящие в клетке высшего организма, трудно еще и вследствие взаимного влияния клеток и тканей друг на друга. У бактерий же каждая клетка одновременно является и отдельной особью.
10. Разрешающая способность генетического анализа в зависимости
от использования различных объектов и численности их потомства (по Г. Понтекорво)
Объекты генетических исследований
Численность изучаемого у них потомства
Установленные генетические явления и закономерности
Горох и грызуны Дрозофила
Дрозофила и кукуруза
Микроорганизмы и вирусы
102—103 103—104
10*
Ю6—1011
Закономерности расщепления и независимого комбинирования факторов Закономерности сцепленного наследования и обмена генов, локализованных в гомологичных хромосомах. Открытие линейного расположения генов в хромосомах и составление генетических карт
Явления внутригенных рекомбинаций и мутаций, открытие ступенчатого и ложного аллелизма Выявление сотен мутаций и рекомбинаций и установление внутри гена более мелких элементарных единиц наследственного материала
Микроорганизмы характеризуются большим разнообразием хорошо различимых биохимических и физиологических свойств. Понятие признака и биохимического свойства у микроорганизмов, в большинстве случаев совпадает, и благодаря этому удается проследить все последовательные этапы превращений и действия ферментов в реакциях на пути от гена к признаку. Впервые это было-продемонстрировано в 1941 г. в простых и эффектных опытах американских генетиков-биохимиков Д. Бидла и Э. Татума с плесневым грибом Neurospora crassa. Этот гриб прототрофен, т. е. способен благодаря синтезу аминокислот из простых азотсодержащих, соединений жить на питательной среде, в которой они отсутствуют. При воздействии на нейроспору лучами Рентгена или ультрафиолетовыми у нее возникают наследственные изменения, являющиеся биохимическими мутациями. Они прерыва'ют процессы синтеза биологически важных соединений, в частности аминокислот и витаминов. Если в результате мутации нарушается синтез какой-либо аминокислоты, то такие мутанты не могут расти без добавления ее в среду извне. Эти мутанты в отличие от нормальных прототрофных штаммов называются ауксотрофными. Например, если какой-то мутантный штамм потерял способность образовывать аминокислоту метионин, то, чтобы он не погиб и продолжал расти, ее нужно вводить в среду, но не обязательно добавлять конечный продукт нескольких последовательных реакций, т. с. готовую аминокислоту. Для восстановления нормального синтеза оказалось достаточно ввести промежуточный продукт, если ом образуется в цепи реакций не раньше того звена, которое нарушено* происшедшей мутацией. Дефект в аминокислотном синтезе, как показали Д. Бидл и Э. Татум, объясняется отсутствием специфического фермента, имеющегося в клетках нормального прототроф-ного штамма.
