Открытие молекулярных механизмов генетической репродукции и биосинтеза белка

И все же рождение новой науки - молекулярной генетики связывают с опытами двух американцев Дж. Бидла и Э.Тэйтума. В 1941 г. они установили прямую связь между состоянием генов (ДНК) и синтезом ферментов (белков). Появилась знаменитая фраза: "Один ген - один белок".

Позже было выяснено, что основной функцией генов является кодирование синтеза белка, В 1952 году Дж. Бидл, Э.Тэйтум и Дж. Ледерберг были удостоены Нобелевской премии за эти исследования.

А в 1962 г. Нобелевская премия была присуждена Ф. Крику и Дж. Уотсону за установление молекулярной структуры ДНК. Молекулярная биология стремительно развивалась. На повестку дня был вынесен новый вопрос: каким образом записана генетическая программа и как она реализуется в клетке.

Напомним, что согласно модели Уотсона - Крика генетическую информацию в ДНК несет последовательность расположения четырех оснований: А, Т, Г и Ц. Необходимо было выяснить, как всего четыре основания могут кодировать порядок расположения в молекулах белка целых двадцати аминокислот? Решил эту казалось бы неразрешимую проблему русский по происхождению американский физик-теоретик Г. Гамов. Он предложил для кодирования одной аминокислоты использовать сочетание из трех нуклеотидов ДНК. Эта элементарная единица наследственного материала, кодирующая одну аминокислоту, получила название кодон. В 1961 г. гипотеза Г.Гамова была подтверждена американскими исследователями Ф. Криком и др. Так был расшифрован молекулярный механизм считывания генетической информации с молекулы ДНК при создании белков.  

А вот расшифровка механизма репликации ДНК, т. е. самоудвоения молекулы ДНК. Матричная ДНК., состоящая из двух скрученных молекулярных цепочек или нитей раскручивается. Образуются две молекулярные нити, каждая из которых служит матрицей для синтеза новой нити, комплементарной к ней. Термин комплементарность означает, что синтез новой цепи проис­ходит таким образом, что последовательность нуклеиновых оснований в одной цепи ДНК однозначно определяет их последовательность в другой цепи.

  5.3.3. Открытие молекулярно-генетических механизмов изменчивости

На молекулярно-генетическом уровне существует несколько механизмов изменчивости. Среди них - мутация генов - механизм непосредственного преобразования самих генов, находящихся в конкретной хромосоме при сильном внешнем воздействии. При этом механизме порядок расположения генов в хромосоме не изменяется. Мутации (изменения) генов являются основными "поставщиками" материала для прямого действия отбора.

К другому типу механизмов можно отнести рекомбинацию генов, т. е. создание новых комбинаций генов, располагающихся в конкретной хромосоме. При этом сами гены не изменяются, а происходит их перемещение генов с одного участка хромосомы на другой или же обмен генами между двумя хромосомами. Это так называемая классическая рекомбинация генов, которая имеет место, главным образом, у высших организмов при половом процессе. При этом не происходит уменьшения или увеличения общего объема генетической информации, он остается неизменным.

Однако, существует еще один тип изменчивости генов - нереципрокная рекомбинация или неклассическая рекомбинация генов, при котором происходит увеличение общего объема генетической информации. Этот тип изменчивости возникает за счет включения в геном клетки новых, привнесенных извне генетических элементов, которые носят название трансмиссивные (англ. - переносимые) генетические элементы. Начало изучения этого механизма изменчивости было положено в 1952г., когда П. Ледерберг и Н.Циндер открыли явление трансдукции (лат. - перемещения) генов. Суть этого явления состоит в возможности переноса молекул ДНК не в "голом виде", как при трансформации, а в составе вирусов бактерий.

В последнее время этот вид рекомбинации был тщательно изучен. Было обнаружено несколько типов трансмиссивных генов, различающихся структурой генома и способом связывания с хромосомой клетки-хозяина. Среди них - плазмиды - сложные генетические элементы в виде двухцепочной кольцевой ДНК, широко распространенные в клетках живых организмов, в том числе и высших. Это самые активные переносчики генетической информации. Именно им мы "обязаны" тем, что после длительного использования каких-либо лекарств, наступает "привыкание" к этим лекарствам. Патогенные бактерии, с которыми мы боремся медикаментозным путем, связываются с плазмидами, придающими этим бактериям устойчивость и новое лекарство перестает действовать на бактерии, они его как бы не замечают.

Мигрирующие генетические элементы могут вызывать как структурные перестройки в хромосомах, так и мутации генов. Возникла новая наука - генная инженерия, целью которой стало создание новых форм организмов, в том числе и высших, наделенных свойствами ранее у них отсутствующих. Теоретическую основу этой науки составляет создание рекомбинантных (гибридных) молекул с новыми (нужными) свойствами. Наука вторглась в самое святое - создание новых живых организмов и научилась управлять этим процессом.