Лекція 5.

Тема: ДНК – носій генетичної інформації.

1. Формування уявлення про ДНК – носія генетичної інформації.

2. Первинна і вторинна будова ДНК.

3. Молекулярна структура РНК.

Література:

1. Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика. В 3-х томах.- Т.1. М.: Мир, 1988.

2. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика.– Новосибирск: Изд-во Новосиб. Ун-та, 2000. - 458 с.

3. Тоцький В.М. Генетика. – Одеса: Астропринт, 2002.

1. Формування уявлення про ДНК - носія генетичної інформації

Після того як стало відомо із праць Г. Менделя і ряду вчених, які перевідкрили його закони, про існування «спадкових факторів», перед вченими постали питання про хімічну природу матеріального носія спадковості, а також про просторове розміщення в клітині цього носія.

Ще наприкінці 19 ст. Август Вейсман передбачив, що постульована ним «зародкова плазма» повинна складати матеріал хромосом. У 1903 р. німецький біолог Т. Боварі і студент Колумбійського університету У. Сеттон незалежно один від одного, співставили поведінку гомологічних хромосом під час мейозу і поведінку менделівських «спадкових факторів» під час розщеплення і дійшли висновку, що останні повинні міститися в хромосомах.

На початку ХХ ст. було відомо, що до складу хромосом входять білки і нуклеїнові кислоти, відомий був склад деяких білків і склад, але не будова нуклеїнових кислот. Довгий час властивістю зберігати генетичну інформацію наділяли білки. Вчені вважали, що нуклеїнові кислоти, до складу яких входять лише чотири мономери – нуклеотиди, є занадто простими, щоб містити інформацію про будову цілого організму. У 1935 р. видатний російський генетик М.К.Кольцов передбачив матричне відтворення молекул – носіїв генетичної інформації, і навіть механізм утворення мутацій, хоча помилково вважав носіями спадковості білкові молекули. У 1944 р. відомий фізик Е.Шрьодингер у книзі «Що таке життя з точки зору фізика» розвинув уявлення про ген – молекулу, яка міститься у хромосомі, та у зашифрованому стані несе інформацію про будову цілого організму. В цій моделі роль носія спадкової інформації також була надана білкам.

Першим прямим доказом генетичної ролі ДНК був експеримент, який продемонстрував здатність бактерій до трансформації. У бактерії Pneumococcus pneumoniae відомий вірулентний S – штам, клітини якого мають мукополісахаридні капсули і утворюють гладенькі колонії, та авірулентний штам R, який позбавлений капсул і утворює зморшкуваті колонії. У 1928 р. Ф.Гріфіт встановив, що якщо мишам ввести убиті нагріванням до 65° С (температура, за якої денатурує білок, але ДНК залишається нативною) клітини патогенної S – форми пневмокока і живі непатогенні клітини R – форми, то миші гинули (рис.1). Гріфіт дійшов висновку, що якась частина спадкової речовини, яка трансформувала непатогенну форму пневмокока у патогенну, перейшла від S- штаму до непатогенного R-штаму.

Рис.1. Трансформація у бактерій Pneumococcus (За: Жимулев, 2002)

У 1944 р. О.Евері, К.Маклеод і М.Мак Карті показали, що трансформація можлива і в пробірках, тобто in vitro. Вони виділили екстракт із клітин S – штаму, збагачений ДНК. Цей екстракт при додаванні до культури R – штаму трансформував частину клітин у вірулентний S – штам. Обробка екстракту ДНК-азою – ферментом, що руйнує ДНК, блокувала трансформацію. Цей дослід вперше підтвердив участь ДНК у переносі генетичної інформації.

У

Рис.2. Схема досліду, який доводить, що

генетичним матеріалом фага Т2 є ДНК.

Червоним позначена мітка ³²Р, синім – ³⁵S

(За: Жимулев, 2002)

1952 р. А.Херші та М.Чейз встановили остаточно, який із компонентів бактеріофага Т2, паразитуючого на Escherichia coli, відповідає за перенос генетичної інформації. Фагові частинки адсорбуються на зовнішній поверхні клітини, їхній матеріал проникає всередину і приблизно через 20 хвилин бактерія лізирує, звільнюючи велику кількість фагових часток – нащадків. Дослідники мітили білок фага ізотопом ³⁵S, ДНК – ізотопом ³²P. Через певний час після зараження фагом клітини E. coli відмивали і центрифугували, отримуючи дві фракції: одну – з порожніми білковими оболонками фага, мічені за ³⁵S, і другу – яку складали клітини E.coli із міченим ³²Р, тобто із ДНК фага (рис.2). Результати цього досліду безпосередньо довели, що ДНК батьківських фагів проникає в клітину і відповідає за синтез нових фагових частинок, тобто є носієм генетичної інформації.