3.Доказательства генетической роли нуклеиновых кислот. Явление трансформации у бактерий. Эксперименты Эйвери, Мак-Леонда и Мак-Карти.

Методами формальной генетики было установлено, что ген является дискретным фактором наследственности, представляет собой часть хромосомы и, что он переходит от родителя к потомку, т.е. передается в ряду поколений.

Решающую роль в выяснении природы гена сыграло представление о том, что ген отличается от признака, который он определяет. До начала 40-х годов было лишь известно, что гены – это действительно основные единицы наследственности, но каким путем они выполняют свою функцию, оставалось неясным. В своих работах, проведенных в 1902-1908 годах, Арчибальд Гэррод высказал мнение, что болезнь человека – алкаптонурия – обусловлена нарушением какой-то метаболической реакции, катализируемой ферментом. В 1941 году Дж. Бидл и Э. Тейтем, основываясь на данных по изучению мутантных штаммов хлебной плесени Neurospora crassa, сформулировали важнейший принцип – один ген – один белок (один фермент).

В 1944 году Освальд Эйвери, Колин Мак-Леод и Маклин Мак-Карти опубликовали результаты своих классических исследований. Экспериментальное доказательство того, что трансформирующий фактор - это дезоксирибонуклеиновая кислота сводилось к следующим положениям:

1. элементарный хим.состав очищенного трансформирующего фактора оказался близким для вирулентного фактора.

2. оптические электрофоретические св-ва и поведение фактора при центрифугировании напоминали св-ва ДНК.

3. обработка трансформирующего фактора растворителями или др.веществами, которые обеспечивают удаление липидов, не приводили к утрате трансформирующей активности.

4. обработка трипсином – удаление белков.

5. РНК сохраняла активность.

6. использование ДНКазы привело к потере активности.

Явление трансформации впервые обнаружил Гриффит при изучении пневмококковой инфекции у мышей. Вирулентнае бактерии образуют на поверхности агара гладкие колонии – S, невирулентные – шероховатые колонии R. Инактивированные нагреванием S-клетки живые R-клетки не патогенны для мыши. Однако, если инфицировать мышь смесью этих клеток, она погибнет и из легочной ткани могут быть выделены живые S-клетки. Трансформацию R-клеток в вирулентные S-клетки можно осуществить in vitro, если к R-клеткам добавить ДНК, выделенную из гладких бактерий.

4. Модель днк Уотсона и Крика

Открытие двойной спирали ДНК было в 1953 году Дж.Уотсоном и Ф.Криком, в основу легли две группы фактов:1)результаты предшествующего анализа количественного соотношения 4-х оснований в составе ДНК, полученные Чаргаффом и 2)анализ картин дифракции рентгеновских лучей на нитях ДНК, полученных Р.Франклин и М.Уилкинсом.

Закономерности, выявленные Э.Чаргаффом были впоследствии сформулированы в виде правил [7]:

а) состав ДНК различных клеток, составляющих ткани и органы одного организма всегда одинаков;

б) состав ДНК клеток организма с возрастом не изменяется;

в) состав ДНК клеток разных видов различен;

г) количество аденина всегда равно количеству тимина (АТ), а количество гуанина равно количеству цитозина (G  C);

д) сумма пуриновых оснований равна сумме пиримидиновых оснований (А+G  Т+С).

Дж. Уотсон и Ф. Крик предположили, что две полинуклеотидные цепи в молекуле ДНК не связаны ковалентно, а соединяются водородными связями, возникающими между АО. В А-Т паре-2 водородные связи: одна из них образуется м/у амино- и кето-группами, а другая – м/у 2-мя атомами N пурина и пиримидина, соответственно. В G-C паре- 3 водородные связи: две из них образуются между амино- и кето-группами соответствующих оснований, а третья – между атомами N.

Для осуществления специфического спаривания основания должны находиться в соответствующей таутомерной форме. Миграция водородного атома позволяет каждому основанию существовать в различных таутомерных формах.

Согласно модели двойной спирали две полинуклеотидные цепи в молекуле ДНК - антипараллельны, т. е. идут в противоположных направлениях(одна цепь в 5^/  3^/, а другая - 3^/  5^/ ).

Основания имеют плоскую форму и располагаются парами в плоскости, перпендикулярной оси спирали.Cтабилизация спиральной структуры дополнительно обеспечивается межплоскостными взаимодействиями между ароматическими кольцами соседних оснований. Эти специфические контакты получили название стэкинг-взаимодействий.

Каждая пара оснований в ДНК повернута на 36 вокруг оси спирали относительно следующей пары и 10 пар оснований составляют один полный оборот в 360. Две цепи уложены так, что наблюдаемая структура характеризуется наличием малой бороздки шириной 12 Å и большой бороздки шириной 22 Å. Двойная спираль правосторонняя. Данное описание соответствует модели ДНК, известной как B-форма.

Предлагая модель молекулы ДНК Дж. Уотсон и Ф. Крик постулировали также механизм репликации ДНК, в соответствии с которым каждая исходная цепь может служить матрицей для синтеза комплементарной дочерней цепи. Такой механизм удвоения ДНК был назван полуконсервативным.