Вещество наследственности

Существование в клетке вещества, отвечающего за наследование признаков, было признано многими учеными. Отмечая центральную роль ядра в жизни клетки и учитывая параллелизм в поведении хромосом при делении клетки и контрастных признаков организма при гибридизации, исследователи высказывали предположение о присутствии вещества наследственности в хромосомах.

Хромосомы всех организмов состоят из дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) и белка. Нуклеиновую кислоту впервые выделил в 1869 г. швейцарский биохимик Ф. Мишер из ядер клеток гноя. Он установил, что вещество содержит фосфор, и назвал его нуклеином (от «нуклеус» - ядро). Мишер использовал другой материал, богатый ядрами, - сперму лососей - и вновь получил нуклеиновую кислоту.

Долгое время ДНК не привлекала внимания биологов. В 1924 г. немецкий ученый Р. Фельген обнаружил, что открытая Мишером ДНК находится в хромосомах. Это вызвало интерес многих биохимиков к исследованию состава нуклеиновой кислоты и ее роли в клетке.

Большая заслуга в выяснении материальных основ наследственности, формировании представления о единицах наследственности, их функциональной роли и участии в передаче наследственных свойств организмов потомству принадлежит Н. К. Кольцову. Он считал, что загадочным «веществом наследственности» является белок. Такого же мнения придерживалось большинство исследователей. Значение белка в жизни клетки определено гораздо раньше, чем ДНК. Было установлено, что при всей сложности молекулы белка, при всем многообразии белковых молекул и их непохожести каждая молекула построена всего из 20 аминокислот. В зависимости от их комбинации получается специфическая конфигурация молекулы белка.

В 20-е годы Кольцов выдвинул гипотезу строения молекулы наследственности, исходя из варьирования последовательности аминокислот. Он подсчитал, что можно создать триллион непохожих друг на друга белковых молекул. Конечно, у живых организмов нет такого огромного количества признаков. Запись информации о всех признаках организма находится на матрице довольно сложной конструкции, но очень малой величины. Кольцов впервые предположил, что хромосома - это молекула, которая воспроизводит себя матричным способом.

Однако выводы Кольцова о белке как носителе наследственной информации не подтвердились. Уже после его смерти была определена ведущая роль в наследственности нуклеиновой кислоты. Это удалось выявить при исследовании трансформации - передачи наследственных свойств от одного организма другому, минуя процесс оплодотворения.

В 1928 г. английский бактериолог Ф. Гриффит получил удивительные результаты при работе с пневмококками. Он наблюдал, что убитые бактерии могут передавать живым бактериям другого штамма некоторые свои свойства. Трансформирующее вещество, выделенное из разрушенных бактерий и введенное в ткань мыши, изменяло признаки живых бактерий. Так экспериментально была осуществлена передача наследственных признаков. Опыты подтвердили другие ученые, и теперь уже с полной уверенностью можно было утверждать, что передачу наследственных признаков осуществляет не вся клетка, а только находящееся в ней специфическое вещество.

Потребовалось 16 лет кропотливой работы по очистке фактора Гриффита и проведению биохимических анализов. В 1944 г. американец О. Эйвери, англичане К. Мак-Леод и М. Мак-Карти поочередно проверили способность в передаче наследственной информации трех компонентов убитых бактерий: слизи, белка и ДНК. Они растворили слизь, удалили белок, и все же трансформация происходила. Только при разрушении молекулы ДНК наследственные свойства бактерий не передавались. Значит, наследственность передается молекулой ДНК!

Этот вывод имел существенное значение для дальнейшего интенсивного развития биологии и роста нового направления естествознания - молекулярной биологии. Выяснение роли ДНК в хранении и передаче наследственной информации произошло спустя 75 лет после открытия ДНК и 79 лет после открытия факторов наследственности. Символично, что оба крупнейших события в биологии произошли почти одновременно. Они не были связаны, но их объединяло решение проблем молекулярной генетики. Ген, предсказанный Менделем, оказался нуклеиновой кислотой, обнаруженной Мишером. Понятия «генетическая детерминация», «фактор наследственности», «ген» приобрели конкретное химическое содержание.

Многочисленными экспериментами в начале 50-х годов был найден достаточно однозначный ответ на вопрос о роли ДНК в наследственности. Настала пора выяснить структуру самой молекулы ДНК, определяющую ее уникальные свойства. ДНК способна сделать то, чего не может ни одна другая молекула, - воспроизводить саму себя. И в этом трудном поиске объединились усилия биологов, химиков, биохимиков и физиков.

Строение молекулы ДНК

Строение молекулы РНК

Биосинтез белка в клетке