Генетика - Гуляев Г.В.
Скачать (прямая ссылка):
Путем сравнения разных мутаций и исследования их влияния на биохимические реакции удалось расшифровать ряд процессов синтеза важнейших органических соединений: аминокислот, витаминов, азотистых оснований и т. д.
Биохимические мутации у нейроспоры выявляют, определяя, какой именно аминокислоты или витамина не хватает мутантным грибам. Для этого их помещают в несколько пробирок со средой,, содержащей минимальное количество питательных веществ. В каждую пробирку добавляют по одной аминокислоте или витамину. Если произошла мутация и ген не может больше образовать фермент, участвующий в синтезе какой-то аминокислоты (витамина), то такой мутант будет расти только в той пробирке, в которую добавлена именно эта аминокислота (витамин). Так, пользуясь методом исключения, можно выявить все мутации, образующиеся после каждого облучения грибов.
Д. Бидл и Э. Татум скрещивали мутантные штаммы с нормальными иеоблученными. Нейроспора в отличие от высших организмов имеет гаплоидный набор хромосом, поэтому у нее расщепление происходит сразу же в первом поколении. Полученные в
Рис. 45. Биохимические мутации у нейроспоры. В нижнем ряду пробирок показано расщепление в отношении 1:1 по гену, контролирующему образование пан-тотеновой кислоты (по Д. Бидлу).
результате скрещивания споры помещали на среду, в которой отсутствовала та или иная аминокислота (витамин). При этом прорастала ровно половина спор. Отношение числа проросших спор к числу непроросших, равное 1:1, указывало, что фермент, участвующий в синтезе аминокислоты (витамина), не образовывался в результате повреждения одного гена (рис. 45)*
Основываясь на этих опытах с нейроспорой, Д. Бидл и Э. Татум сделали вывод, что способность продуцировать какое-либо соединение является специфической функцией одного гена, управляющего образованием данного фермента. Так в генетике возникла одна из важнейших гипотез: «один ген — один фермент». По этой гипотезе каждый ген определяет в биохимической реакции образование одного фермента. Но поскольку ферменты по своей природе являются белками, было сделано предположение, что вообще синтез всех белков определяется соответствующими генами.
Белки — биологические полимеры. Их полипептидные цепи со-
стоят из чередующихся в определенной последовательности молекул аминокислот, от состава и расположения которых зависят строение и функции белков. Поэтому предположили, что и последовательность аминокислот в полипептидной цепи белковой молекулы определяется или контролируется генами, что в дальнейшем было подтверждено экспериментально. Таким образом, гипотеза Д. Бидла и Э. Татума оказалась верной. Получив подтверждение в многочисленных экспериментах, она была уточнена и в формулировке «один ген — одна полипептидная цепь» стала одной из основных теорий молекулярной генетики. Использование для изучения явлений наследственности микроорганизмов и вирусов, дающих многомиллионное потомство, настолько увеличило разрешающую способность генетического анализа, что стало возможным проникать в молекулярную сущность генетических явлений.
Генетические исследования на микроорганизмах и вирусах и использование физико-химических методов для изучения молекулярного строения хромосом оказались очень плодотворными. В то же время выяснилось, что представление о ведущей роли белковых молекул в явлениях наследственности ошибочно.
Переход исследований влияния хромосом на обмен веществ и передачу наследственной информации с микроскопического уровня на уровень молекулярный стал новым этапом в развитии генетики. Так возникла молекулярная генетика.
Изучение наследственности на молекулярном уровне должно было дать ответ на два важнейших вопроса.
1. Как обеспечивается в клетках сохранение и передача наследственной информации?
2. Как происходит синтез специфических белков, обусловливающих определенные свойства организма?
В результате изучения молекулярного строения хромосом накапливались данные, указывающие на то, что в явлениях наследственности ведущая роль принадлежит не белковой их части, а ДНК.
ДНК — ОСНОВНОЙ МАТЕРИАЛЬНЫЙ НОСИТЕЛЬ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ
Почти вся ДНК находится в хромосомах — структурах клеточного ядра, являющихся материальными носителями наследственности организмов. В различных организмах содержится разное количество ДНК. Но у одного и того же организма в различных клетках (их ядрах) ее количество одинаково, хотя сами клетки значительно отличаются друг от друга по химическому составу.
Количество ДНК в половых клетках в 2 раза меньше, чем в соматических. При образовании гамет оно уменьшается ровно наполовину и точно восстанавливается в зиготе. Соответственно изменению числа хромосом изменяется количество ДНК в соматических и половых клетках. Таким образом, изменение в клетках количественного содержания ДНК регулируется процессами мейоза
и оплодотворения. Это указывает на прямую связь ДНК с размножением организмов.
Мутагенное действие различного рода излучений и химических веществ на организмы связано в первую очередь с изменением ДНК. Так, было установлено, что спектр мутагенного действия ультрафиолетовых лучей соответствует спектру их поглощения ДНК и не соответствует спектру поглощения хромосомных белков. Белки поглощают ультрафиолетовые лучи в диапазоне 180 нм*, а ДНК — 260 нм (в том диапазоне, в котором эти излучения вызывают больше всего наследственных изменений). При действии лучей Рентгена на чистые препараты ДНК ее молекулы разрушались. Горчичный газ (иприт) и некоторые другие химические мутагены оказывают на ДНК значительно большее химическое действие, чем на белок и другие вещества клетки.
