ЭНЦИКЛОПЕДИЯ ПРИРОДЫ

Молекулярная генетика проникает в тайны наследственности

К началу второй мировой войны огромное число исследований доказало правильность хромосомной теории наследственности. Было ясно, что именно хромосомы, а не какие-либо другие части клетки регулируют передачу потомству наследственных качеств. Но оставалось выяснить самое главное — химическую структуру хромосом. Какие вещества, входящие в состав хромосом, определяют наследственность и как это происходит? Исследование этих вопросов сопровождалось дальнейшим развитием генетики, ее новыми большими успехами.

Провозвестником появления новой, молекулярной генетики был Н. К. Кольцов, который в 1928 г. высказал предположение, что хромосомы — это гигантские молекулы. Однако раскрыть тайны молекулярных основ наследственности в то время еще не было возможности. Постепенно методы исследований совершенствовались, применялись новые — использование различных форм лучистой энергии, меченых атомов, фотографирование в ультрафиолетовом свете и др.

Особое внимание исследователей было обращено на строение ядра и хромосом. Было выяснено, что и в цитоплазме и в ядре в том или ином количестве всегда находятся так называемые нуклеиновые кислоты. Среди них различают дезоксирибонуклеиновую кислоту, кратко ДНК, и рибонуклеиновые кислоты — РНК. ДНК встречается преимущественно в хромосомах ядра клетки, а РНК — как в ядре, так и в цитоплазме.

Рис. 6. Схема строения молекулы ДНК. Она состоит из двух нитей, каждая из которых содержит остатки фосфорной кислоты (Ф), сахара (С) и четыре азотистых основания: аденин (А), тимин (Т), цитозин (Ц), гуанин (Г).

Исследования показали, что хромосомы состоят из белка и молекул ДНК. Молекулы ДНК в хромосомах — это довольно крупные полимерные молекулы, состоящие из двух полинуклеотидных нитей, спирально обвивающих друг друга (рис. 6). Каждая нить состоит из отдельных звеньев — нуклеотидов. Замечательная особенность молекул ДНК — их способность к самовоспроизведению (ауторепродукции). Это свойство основано на том, что две полинуклеотидные нити, связанные в молекуле ДНК водородными связями, отходят друг от друга и каждая из них становится матрицей для будущей новой молекулы. Благодаря притоку нуклеотидов из цитоплазмы каждая матрица строит дополнительную полинуклеотидную цепь и превращается в двуспиральную молекулу ДНК, полностью повторяющую химическое строение исходной материнской молекулы.

Множество опытов показало, что в молекулах ДНК записана особым химическим языком — генетическим кодом наследственная информация. Этот код составлен -из различных комбинаций четырех азотистых оснований, входящих в состав ДНК, — аденина, тимина, цитозина и гуанина.

Основой жизни животного или растения и их клеток являются белки — сложнейшие органические соединения, состоящие из большего или меньшего количества аминокислот. В организме животного и растения много всевозможных белков, которые выполняют различные функции. Так, например, в мышечных волокнах содержится белок миозин, в эритроцитах — гемоглобин, в поджелудочной железе — инсулин и т. п. В процессах обмена веществ огромное значение имеют также разнообразные белки — ферменты (см. ст. «Биохимия — наука о составе и превращениях веществ в организмах»). Синтез, т. е. образование, белков происходит в цитоплазме клетки, а специфические особенности белков определяются генетической информацией, заключающейся в ДНК хромосом. Синтез белков в цитоплазме происходит под контролем ДНК. В процессе синтеза белков принимают участие также молекулы трех различных видов рибонуклеиновых кислот.

Молекулы РНК отличаются от молекул ДНК: они меньше и состоят из меньшего количества звеньев — нуклеотидов. В составе молекулы ДНК содержатся остатки сахара дезоксирибозы, а молекулы РНК — остатки другого сахара — рибозы. Отсюда и название этих кислот. Кроме того, в РНК нет тимина, он полностью заменен другим, похожим на тимин азотистым основанием — урацилом.

В процессе синтеза белков одна из рибонуклеиновых кислот — транспортная РНК — соединяется с активированными аминокислотами. Для активации используется энергия, которую вырабатывают в цитоплазме митохондрии (особые клеточные органеллы).

Другая РНК, которую называют информационной, передает от молекул ДНК, находящихся в хромосомах, генетическую информацию о составе белка

в рибосомы цитоплазмы, на которых и завершается синтез белка. Третья РНК — рибосомная — входит в состав рибосом. Процесс синтеза белков показывает теснейшую взаимосвязь между биохимическими процессами, происходящими в цитоплазме и в ядре.