ДНК и наследственность
История изучения строения, биосинтеза и функций ДНК связана с возникновением и решением общебиологической проблемы наследственности.
На рубеже XIX и XX вв. генетические и цитологические исследования привели к выводу, что ответственными за передачу признаков по наследству являются хромосомы. При этом можно выделить некоторый наследственный признак, который передается с определенным участком хромосомы — геном.
- ДНК.
Всему набору признаков организма соответствует набор генов всех хромосом — генотип. Объяснение механизма передачи признаков включало представление о самовоспроизведении (репликации) генотипа; в результате самовоспроизведения генотип клетки удваивается, и при последующем делении дочерние клетки получают по полному набору генов. Это представление обосновывалось картиной удвоения и расхождения хромосом в процессе митоза.
Поскольку хромосомы содержат белок и ДНК, возник вопрос, какое из этих веществ участвует в передаче наследственных признаков. В 40-50-е годы XX в. появилось много экспериментальных указаний на то, что передача наследственной информации осуществляется молекулами ДНК. Одним из наглядных доказательств этого послужило изучение размножения бактериофагов — вирусов, паразитирующих на бактериях. Бактериофаг Т4, размножающийся в клетках кишечной палочки, состоит из ДНК и белковой оболочки с довольно сложной морфологией (рис. 4.2). Фаг имеет головку икосаэдрической формы, в которой тесно упакована одна молекула ДНК, и полый цилиндрический хвост, от конца которого отходят шесть тонких нитей. Хвост имеет двойные стенки и представляет собой как бы трубку, вставленную в трубку большего диаметра.Процесс заражения бактерии фагом представляет собой сложную последовательность молекулярных событий. Фаг присоединяется к ее поверхности с помощью хвостовых нитей, и конец хвоста фиксируется на оболочке бактерии. Прикрепление фага к бактерии основано на комплементарном взаимодействии белков хвостовых нитей и конца хвоста с веществами бактериальной стенки. Затем наружная трубка хвоста сокращается, внутренняя трубка проникает через оболочку бактерии, и через нее из головки внутрь бактерии «впрыскивается» ДНК фага, тогда как белковая оболочка фага остается на поверхности. Через некоторое время, измеряемое десятками минут, в бактерии обнаруживается уже несколько сот фаговых частиц, имеющих и белковую оболочку, и ДНК внутри нее. Из этого следует, что вся информация о структуре фага содержится в его ДНК.
Такого рода работами завершилась линия исследований, посвященных выяснению материальной основы наследственности; начало этой линии восходит к первым наблюдениям и осознанию явления наследственности, роль которой стала вполне ясной после появления теории биологической эволюции.