Сельскохозяйственная биотехнология - Шевелуха Е.А.
Скачать (прямая ссылка):
Классическая генетика принципиально отличается от возникшей на ее основе молекулярной генетики. Основной единицей классической генетики является неделимый и абстрактный ген. Основная единица молекулярной генетики — конкретная химическая молекула — мономер, из сотен и тысяч которых состоит ген, т. е. ген играет роль вторичного агрегата элементарных единиц.
Исследование детальной физической и химической природы гена, молекулярных механизмов хранения и передачи информации — главная задача молекулярной генетики.
Молекулярная генетика — составная часть молекулярной биологии, науки, возникшей в середине XX в. Эта наука обязана своим развитием в значительной степени физикам и химикам, которые ставили своей задачей изучение структуры биологически важных макромолекул и познание молекулярных механизмов биологических процессов.
На протяжении многих лет самым главным классом макромолекул считали белки. Многие в то время предполагали, что и гены имеют белковую природу. Их сложная структура не поддавалась расшифровке теми методами, которыми в то время располагала химия. Кроме того, думали, что несмотря на то, что ген подчиняется тем законам физики, которые уже известны, изучение его свойств может привести к открытию новых за-
конов физики, присущим только живым системам. Известный ученый Г. Стент пишет об этом периоде так: «Многие физики, вдохновленные романтическим стремлением открыть другие законы физики через изучение генетики, оставили ту работу, к которой они были подготовлены, и обратились к проблеме природы гена. Вторжение этих людей в генетику и родственные ей области биологии в 40-х годах произвело в этой науке революцию, которая, когда пыль рассеялась, оставила в качестве своего наследия молекулярную биологию. В результате этой революции, в частности, из классической генетики развилась молекулярная генетика и к 1965 г., к столетию работы Менделя, природа гена была уже выяснена».
К исследованию структуры биологически важных микромолекул подошли с двух сторон. Одна из школ стремилась применить физические методы, в особенности рентгеноструктурный анализ, для определения трехмерной структуры макромолекул. В 1934 г. было показано, что дифракция рентгеновских лучей на монокристаллах белка позволяет проводить исследование их структуры с разрешением, близким к атомному. Впоследствии этот подход был применен к изучению структуры нуклеиновых кислот. Другая школа, возглавляемая Дельбрюком и Луриа, сосредоточила свои усилия на выяснении молекулярных механизмов генетических процессов, опираясь, в основном, на изучение вирусов бактерий (бактериофагов).
В 1943 г. Освальд Эйвери с сотр. показали, что носителем генетической информации является дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК). С этого времени многие исследователи сосредоточили свои усилия на изучении нуклеиновых кислот. И всего через 10 лет, в 1953 г., была создана модель ДНК (двойная спираль). Именно этот год принято считать годом рождения молекулярной биологии, поскольку открытие структуры ДНК объясняет, каким образом генетическая информация может быть записана в молекулах ДНК, и в то же время позволяет высказать предположение о химическом механизме самовоспроизведения этих молекул. В открытии ДНК наиболее ярко проявилась методология молекулярной биологии — исследование структуры макромолекул и ее связи с функцией.
2.2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДНК
Ко времени открытия структуры ДНК история изучения нуклеиновых кислот насчитывала уже около восьмидесяти лет. Честь их открытия принадлежит швейцарскому биохимику 90
Фридриху Мишеру, который в 1868—1872 гг. выделил из ядер клеток гноя и спермы лосося новое фосфорсодержащее вещество, названное им нуклеином (от греч.— ядро). Примерно в те же годы Мендель старался убедить ученый мир в значении своей работы. До середины XX столетия никто не предполагал, что эти два открытия столь тесно связаны между собой. Работа Менделя пребывала в забвении до 1901 г., а результаты исследований Мишера в подробном изложении были опубликованы после его смерти — в 1890 г. Незадолго до этого, в 1889 г., немецкий химик Р. Альтман впервые получил свободный от белков нуклеин Мишера и предложил назвать его нуклеиновой кислотой.
К этому времени А. Коссель выделил основные составные части нуклеина: содержащие азот вещества — аденин и гуанин, фосфорную кислоту и соединения из группы углеводов. Впоследствии удалось установить, что в природе существует два типа нуклеиновых кислот ДНК и РНК (у последней сахар— дезоксирибоза — заменен на рибозу, а одно из четырех азотистых оснований — тимин — на урацил). Так как ДНК выделяли в основном из тимуса теленка, а РНК — из дрожжей и растений, то долгое время бытовало представление о том, что ядра клеток животных содержат только ДНК, а ядра клеток растений — только РНК- Только к середине 30-х годов было доказано, что ДНК и РНК содержатся в каждой живой клетке. С развитием методов цитохимии и гистохимии, а также методов фракционирования субклеточных структур к концу 40-х годов было установлено, что ДНК локализуется преимущественно в ядре, а РНК в цитоплазме клеток.
