Успехи в изучении материальных основ наследственности

3. Рибонуклеиновая кислота (РНК)

До начала 90-х годов прошлого века химики сумели расщепить нуклеин Мишера на белковую и нуклеиново-кислотную часть. В 1891 г. профессор Берлинского университета немецкий биохимик Альбрехт Коссел выделил из нуклеина первые азотистые основания - гуанин, аденин, гипоксантин и ксантин. Хотя год спустя Штрекер сумел искусственно получить ксантин из гуанина

при действии на него азотистой кислоты, а Гоппе-Зейлер обнаружил, что гипоксантин - это также продукт разложения аденина («Азотистого кислотою он переводится в гипоксантин:. при гниении без доступа воздуха из аденина также образуется гипоксантин», - писал Гоппе-Зейлер в 1895 г.), химики тех времен не предполагали, что ни ксантин, ни гипоксантин в нуклеиновых кислотах не содержится. Ученые применяли слишком жесткие методы воздействия на нуклеин (кипячение в кислотах, перегонка), и за счет этого наряду с действительными составными частями нуклеина из него были «получены» вещества, никогда в нем не содержавшиеся. Продукты распада аденина и гуанина были приняты за нормальные компоненты. Но так или иначе, то, что нуклеиновые кислоты содержат в своем составе пуриновые основания, стало известно еще в 90-х годах XIX в.

Еще через 10 лет А. Косселю посчастливилось выделить из нуклеиновых кислот тимин и цитозин, а немец Асколи изолировал урацил. С азотистыми основаниями было покончено, но сахара пока идентифицированы не были, и так и оставалось неясным, почему в формуле нуклеина, предложенной Ф. Мишером, стоял фосфор.

Лишь в 1909 г. П. Левин разгадал эту загадку и нашел в составе нуклеиновой кислоты фосфорную кислоту и пятичленный сахар. Этим сахаром, по его определению, была рибоза. Еще два десятилетия потребовались для обнаружения последнего неизвестного компонента нуклеиновых кислот - дезокси-рибозы (это было сделано в 1930 г. Левиным). Так, спустя 60 лет после пионерской работы Ф. Мишера, биохимики выяснили состав нуклеиновых кислот но до полного выяснения их структуры надо было ждать еще более 30 лет. Пока же еще одно затруднение подстерегало ученых.

Мы только что говорили о типах азотистых оснований, найденных в нуклеиновых кислотах, и перечисляли их: аденин и гуанин (пуриновые основания), и тимин, цитозин и урацил (пиримидиновые основания).

Уже к 20-м годам химики утвердились во мнении, что в одних нуклеиновых кислотах содержатся цитозин и тимин, ав других - цитозин и урадил. Вместе тимин и урацил не были найдены ни разу.

Затем картина как будто прояснилась. Многим начало казаться, что в животных клетках находится тимин-содержащая кислота (ее назвали тимонуклеиновой), а в растительных - урацил-содержащая. Поскольку последнюю чаще всего выделяли из дрожжей, то ее и назвали дрожжевой.

Но еще через десятилетие удалось окончательно установить, что такое деление неправильно. И ту и другую кислоту нашли и в растениях, и в животных. Зато выяснилось другое: в ядрах всех клеток в основном находили тимонуклеиновую кислоту, а в цитоплазме в основном-дрожжевую.

Парадокс разрешился только в конце 40-х годов. Француз Касперссон, русский Б.В. Кедровский, американцы Мирский, Шпигельман и Камен не только подтвердили ядерную локализацию тимонуклеиновой кислоты, но и вплотную подошли к выяснению роли обеих кислот.

К этому времени различия в составе кислот были твердо установлены. Оказалось, что тимонуклеиновая кислота содержит в своем составе сахар - дезоксирибозу. Потому ее и стали называть ДНК. А дрожжевая кислота содержала вместо дезоксирибозы похожий на нее сахар - рибозу, потому ее и начали называть рибонуклеиновой (РНК).

Второе отличие заключалось в том, что в РНК вместо тимина содержалось похожее на тимин основание - урацил. Третье отличие относилось уже к структуре РНК. Как правило, растворенную РНК никогда не находили в виде двунитевой молекулы. РНК всегда была представлена одной нитью. Только позднее было обнаружено, что некоторые вирусы не имеют ДНК вовсе. Генетическая информация в них записана в молекулах РНК, и, когда таким вирусом заражается клетка, в нее проникает однонитевая молекула РНК, но затем, когда настает время размножения вируса, из однонитевои РНК получается двунитевая молекула. Обе нити соединяются водородными связями, и правила Уотсона- Крика полностью выполняются: напротив гуанина встает цитозин, а напротив аденина - урацил (ведь в РНК все тиминовые основания заменены урациловыми). Эта двунитевая РНК получила название «репликативная форма».

Итак, состав и структура нуклеиновых кислот стали известны. В 1953 г. Уотсон и Крик предложили свою модель. Главным ее преимуществом было то, что она объясняла механизм генетической записи и способ передачи этой информации потомкам. В ходе исследований этого процесса и сама роль - нуклеиновых кислот, и их взаимодействие друг с другом, и роль в передаче наследственной информации выяснились в полной мере. Генетика и биохимия объединились, и появилась новая наука - биохимическая генетика. Однако прежде нужно кратко напомнить о том, что в изучении наследственности огромную роль сыграло объединение генетиков и цитологов- специалистов в области исследования устройства живой клетки.

У высших многоклеточных организмов еще в конце прошлого века были найдены в ядрах клеток особые структуры - хромосомы, которые и оказались материальными носителями наследственных свойств. Число, форма, поведение хромосом, как выяснилось, строго индивидуальны для каждого вида организмов, и как по фотографии криминалисты опознают Преступника, так и по снимку хромосом опытный цитолог может иногда определить, с каким организмом он имеет дело.

Собственно, открытие хромосом и выяснение их роли в передаче наследственных признаков и дало возможность создать новую науку - генетику, потому что, следя за изменениями формы - морфологии хромосом и соответственно признаков у организма, удалось сделать первые шаги к установлению точных законов генетики, и лишь затем найти другие пути вмешательства в сложные взаимодействия генетических структур. Так родился союз генетики - науки о наследственности, и цитологии - науки об устройстве живой клетки.

Блистательны были последствия такого союза. До сих пор тонкость и точность результатов классической генетики - почтенной науки, бесхитростно управлявшейся с помощью метода скрещивания организмов, различающихся какими-либо наследуемыми признаками, и цитологии, тоже обходившейся лишь лупами, да довольно примитивными микроскопами, удивляют ученый мир. Шутка ли сказать, пользуясь этими простейшими методами, классические генетики сумели построить генетические карты высших организмов, точнее которых до сих пор наука не знает; им удалось показать, что ген - эта ничтожная по размерам частица хромосом, не превышающая в длину 3-4 мк (да и то в развернутом виде), представляет сложную структуру.

Но как ни были велики успехи классической генетики, пришел час, когда понадобилось идти еще дальше, в глубь этих микронных корпускул, и узнать, что скрывается внутри них. Так появился новый союз - генетики, химии и физики. Появилась новая наука, которую окрестили молекулярной генетикой. На смену пергаментным мешочкам, скрывавшим оплодотворенные завязи, и простеньким микроскопам, в которые можно было рассматривать клетки, пришло самое сложное из всего доступного физикам и химикам оборудования: ультрацентрифуги, вращающие объекты с ускорениями в сотни тысяч раз большими ускорения силы тяжести; электронные микроскопы, в которые можно было разглядеть сами наследственные молекулы - ДНК и РНК; установки электронного парамагнитного и ядерного резонанса, позволявшие следить за быстрыми химическими реакциями, и многое другое. В стенах биологических .институтов появились физики, математики, кибернетики, химики, кристаллографы. И одно из первых детищ молекулярной биологии -структура ДНК -была предложена биологом, ставшим по сути дела кристаллофизикой и физиком-теоретиком. ДНК была найдена в составе хромосом всех без исключения организмов, поведение ее было детально изучено.

 Скачать реферат