5. Доказательства роли днк как материального носителя наследственности. Открытие Уотсоном и Криком трёхмерной структуры днк, объясняющей её свойства как генетического материала.

Молекула ДНК была открыта И.Мишером (Швейцария, 1869) в клеточных ядрах. Позднее было установлено, что ДНК составляет основу хромосом ядра. ДНК варьирует в широких пределах, но при этом всегда сохраняется соотношение 1 : 1 между А и Г, с одной стороны, и Г и Ц - с другой.

Э.Чаргафф сформулировал следующие правила: 1) препараты ДНК, полученные из разных тканей одного и того же вида, имеют одинаковый нуклеотидный состав; 2) нуклеотидный состав у разных видов неодинаков; 3) нуклеотидный состав ДНК у данного конкретного вида не меняется с возрастом организма; 4) число адениновых остатков в любой молекуле ДНК равно числу Т остатков, а число Г = Ц.

Молекула ДНК, согласно модели Дж.Уотсона и Ф.Крика (Великобритания, 1953), состоит из двух цепей ДНК, закрученных в спираль вправо вокруг одной оси с образованием двойной спирали

Оказалось, что две антипараллельные цепи ДНК спирально переплетаются; они удерживаются между собой азотистыми основаниями А―Т и Г—Ц. При этом пуриновые основания связаны слабыми водородными связями с пиримидиновыми основаниями.

(А-Т) и (Г-Ц) комплементарны друг к другу.

Один полный оборот спирали включает 10 нуклеотидов и занимает расстояние 34 А.

Важное свойство ДНК —способность к самоудвоению (репликации).

Убедительные доказательства самокопирования ДНК были также получены в опытах с выращиванием бактерий в среде, содержащей тяжелый азот (¹⁵N).

ДНК – основной материальный носитель наследственности.

Почти вся ДНК находится в хромосомах.

Количество ДНК в половых клетках в два раза меньше, чем в соматических. При образовании гамет оно уменьшается ровно наполовину и точно восстанавливается в зиготе. 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. Горчичный газ (иприт) и некоторые другие химические мутагены оказывают на ДНК значительно большее химическое действие, чем на белок и другие вещества клетки.

Важнейшее свойство клетки — способность ее к самовоспроизведению. Но, кроме ДНК, ни один составной компонент клетки, в том числе и все белки, таким свойством не обладают. Способность молекул ДНК к саморепродукции имеет непосредственную связь с клеточным делением и размножением организмов. Молекулы ДНК в сравнении с белковыми обладают огромной устойчивостью. С этим свойством ДНК связано большое постоянство наследственности.

Трансформация. Ф. Гриффите наблюдал изменение наследственных свойств бактериальных клеток пневмококков под влиянием какого-то вещества, выделяющегося из других клеток. Клетки одного из них (5-штамм) заключены в капсульные оболочки, состоящие из полисахаридов, отличаются высокой вирулентностью и вызывают у некоторых млекопитающих тяжелое заболевание — инфекционную пневмонию. Клетки другого штамма (S-штамм) не имеют капсульных оболочек и невирулентны.

Происходила трансформация — передача особенностей одних клеток другим. Самое интересное в этих опытах заключалось в том, что трансформация происходила под влиянием какого-то вещества небелкового характера, поскольку клетки донора предварительно были убиты.

В различных опытах по трансформации под влиянием какого-то вещества у бактерий происходило направленное изменение определенного наследственного свойства.

В настоящее время изучено много случаев бактериальной трансформации и во всех из них точно установлено, что изменения признаков происходят благодаря ДНК. Открытие Эвери и его сотрудников имело для последующего развития генетики выдающееся значение. Установление связи ДНК с наследственными свойствами клетки положило начало изучению закономерностей наследственности и изменчивости организмов на молекулярном уровне.

ДНК и вирусы. Вирусы — это внутриклеточные паразиты животных, растений и бактерий. Вирусы, поражающие бактерии, называют бактериофагами. Вирусы состоят из белковой оболочки, заполненной молекулой нуклеиновой кислоты. Частицы одних вирусов содержат ДНК, в состав же других входит только РНК.

Атакуя бактерию, фаг «садится» хвостом на нее и хвостовыми нитями прикрепляется к ее поверхности. Вслед за этим он впрыскивает в клетку-хозяина свою ДНК. Белковая оболочка фага при этом остается на поверхности клетки. Попав внутрь клетки, ДНК фага парализует нормальную работу клетки, клеточная ДНК распадается, и синтез белков в ней прекращается. Весь контроль над биохимическим аппаратом клетки переходит к вирусной ДНК, которая полностью переключается на производство белковых молекул, необходимых для репродукции новых вирусных частиц, С огромной скоростью ДНК вируса начинает «штамповать» себе подобные структуры: примерно за 20 минут образуется несколько сотен новых зрелых частиц фага. Они переполняют клетку, оболочка ее разрывается, и частицы фага, выходят во внешнюю среду, готовы поражать новые бактериальные клетки.

Опыты с фагом Т2 и ВТМ убедительно доказывают, что материальная преемственность между заражающей частицей и ее потомками обеспечивается исключительно посредством проникающей в бактериальную или растительную клетку ДНК или РНК.

Трансдукция. Поражая бактерию, фаг не всегда ее уничтожает. Иногда процесс вирусной инфекции протекает иначе, чем это было описано выше. ДНК фага, попав в клетку, может прикрепляться к бактериальной хромосоме и образовывать так называемый профаг. Он может делиться вместе с бактериальной хромосомой и при соответствующих постоянных внешних условиях в течение длительного времени передаваться от одного клеточного поколения другому. Но условия могут измениться так, что начнется репродуцирование частиц фага, и клетка погибнет. При этом, отдельные фаговые частицы, в процессе размножения могут случайно захватывать очень небольшие кусочки, хромосомы клетки-хозяина и переносить вместе с ними гены из одной клетки в другую. Такой перенос фагами генетического материала из одних клеток в другие называется трансдукцией. Прикрепляясь к какой-нибудь другой бактериальной клетке, фаг вместе со своей ДНК впрыскивает в нее и этот, захваченный ранее фрагмент. Попав в клетку, такой фрагмент в результате кроссинговера может оказаться в хромосоме бактерии. Если фаг выращивался на одном бактериальном штамме, а затем трансдуцировал другой штамм, генотип последнего может измениться.

Таким образом, совокупность всех полученных в описанных исследованиях данных убедительно показывает, что ДНК — это химическое вещество, в котором организм сохраняет свои наследственные свойства.