Генетика - Гуляев Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
ДНК из бактерий второго поколения путем центрифугирования была разделена на две фракции: одна из них по сравнению с тяжелой родительской оказалась легкой, вторая — полутяжелой.
Таким образом, поведение ДНК точно соответствовало предсказаниям, сделанным на основе гипотезы Уотсона — Крика.
Синтез искусственной ДНК. Механизм репликации молекул ДНК экспериментально был доказан в 1958 г. американским генетиком А. Корнбергом. В его лаборатории удалось разработать способ выделения из бактериальных экстрактов в чистом виде фермента, способного синтезировать ДНК вне организма (in vitro). Этот фермент получил название ДНК-полимеразы. Субстратом для него служила смесь, состоящая из четырех дезоксирибоиуклео-
Рис. 54. Двуспиральная молекула ДНК при увеличении в 7 300 000 раз.
тидов, входящих .в состав молекулы ДНК. Один из дезоксирибонуклеотидов — аденозинтрифосфат (АТФ) — служил одновременно и источником энергии, необходимой для любого синтеза.
При участии ДНК-поли-мер азы из четырех дезоксирибонуклеотидов образовалось высокомолекулярное соединение, имеющее все свойства и строение природной ДНК. Однако синтез ДНК шел только в случае, если смесь содержала в достаточном количестве все четыре дезоксирибонук-леотида и в нее добавлялась так называемая «затравка». Такой «затравкой» для ДНК-полимеразы служило небольшое количество ДНК, взятой из любого организма. Без «затравки» искусственная ДНК-синтезирующая система не работала. ДНК-полимераза и «затравка» могли быть неродственного происхождения: для ДНК-полимеразы из Escherichia coli «затравку» можно брать из пневмококков или дрожжей.
Одним из самых важных результатов опыта было доказательство того, что соотношение оснований в синтезированной ДНК не зависит от соотношения четырех дезоксирибонуклеотидов, вводив-
д 'р
шихся в смесь. Оно определялось отношением - г которое име-
ла использованная ДНК-«затравка».
Более тонкий биохимический анализ, проведенный Корнбергом, показал, что имеется не только количественное сходство в соотношении четырех оснований в синтезированной ДНК и ДНК-«за-травке», но и большое сходство в последовательности составляющих их нуклеотидов. Из этого следовал вывод о том, что затравочная ДНК служит матрицей, определяющей такую же последовательность нуклеотидов в синтезируемой ДНК, как в ее молекуле. Следовательно, в основе матричной функции ДНК лежит ком-плементарность оснований.
Так как цепочки молекулы ДНК комплементарны по отношению друг к другу и расположение нуклеотидов на одной из них точно определяет структуру другой, удалось объяснить механизм самоудвоения. В общих чертах он сводится к следующему: двойная спираль молекулы ДНК при участии некоторых ферментов
Рис, 55. Авторепродукция молекулы ДНК, меченной тяжелым азотом 15N:
1 — исходная молекула ДНК (звездочками помечены включенные атомы 15N); 2 — гибридные молекулы первого поколения; 3 — распределение тяжелого (меченого) азота по молекулам второго поколения.
начинает раскручиваться, водородные связи между парами оснований рвутся, и цепочки разъединяются. Каждая из них присоединяет имеющиеся в растворе свободные нуклеотиды и строит таким ¦образом дополнительную себе новую цепочку, подобную той, с которой она была соединена ранее. Так из одной молекулы ДНК по типу матричного отпечатка образуются две одинаковые с ней новые молекулы (рис. 56).
Свойство самоудвоения, или самокопирования, молекул ДНК— уникальное. Им не обладают никакие другие молекулы химических веществ. Открытие этого свойства ДНК имело важное значение для объяснения на молекулярном уровне явлений наследственности, связанных с образованием в процессе размножения тождественных клеток.
ТРАНСКРИПЦИЯ И ТРАНСЛЯЦИЯ. ГЕНЕТИЧЕСКИЙ КОД
ДНК участвует в синтезе всех белков, она определяет их строение и функции. Но целый ряд данных указывает на то, что сама ДНК непосредственно не может быть матрицей в синтезе белков. Во всех клетках, кроме бактериальных, почти вся ДНК находится в хромосомах клеточного ядра, но в то же время хорошо известно, что синтез белка идет главным образом в цитоплазме, где ДНК содержится в ничтожно малых количествах. Следовательно, уже сам факт пространственного разделения ДНК, находящейся в ядре, и белков, синтезирующихся в цитоплазме, указывает на существование какой-то промежуточной матрицы, переносящей генетическую информацию из ядра в цитоплазму — к месту синтеза белков.
В клетках бактерий, не имеющих ядра, ДНК и РНК пространственно не разделены, и наличие промежуточной матрицы для переноса генетической инфррмации на примере этих организмов так просто доказать нельзя. Но именно на бактериях в эксперименте
3. Волкина и JI. Астрахана впервые было показано, что промежуточной матрицей в процессе биосинтеза белка является РНК. В этом опыте ДНК фага позволяли проникнуть в клетки бактерий, л через некоторое время, когда синтез клеточной РНК прекращался, в среду вводили ортофосфорную кислоту, меченную радиоактивным фосфором 32Р. Оказалось, что РНК, образующаяся в исходной клетке, по составу оснований была сходна с фаговой ДНК, на которой она, очевидно, и синтезировалась. ДНК фага имела комплементарность оснований: А=Т и Г = Ц, а РНК, вновь образованная в клетках бактерий, была сходна с нею по составу оснований и обнаруживала такую же комплементарность: А = У и Г=Ц.
