Открытие молекулярных механизмов генетической репродукции и биосинтеза белка

2. Открытие молекулярных механизмов генетической репродукции и биосинтеза белка.

Рождение новой науки – молекулярной генетики связывают с опытами двух американцев Дж. Билда и Э. Тэйтума. В 1941 году 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. Билд, Э. Тэйтум и Дж. Ледерберг были удостоены Нобелевской премии за эти исследования.

А в 1962 году Нобелевская премия была присуждена Ф. Крику и Дж. Уотсону за установление молекулярного строения ДНК.

На повестку дня был вынесен новый вопрос, каким образом записана генетическая программа и как она реализуется в клетке.

Согласно модели Уотсона – Крика генетическую информацию ДНК несёт последовательность расположения четырёх оснований: А, Т, Г, Ц. Необходимо было выяснить, как всего четыре основания могут кодировать порядок расположения в молекулах белка целых двадцати аминокислот.

Решил эту, казалось бы, неразрешимую задачу русский по происхождению американский физик-теоретик Г. Гамов. Он предложил для кодирования одной аминокислоты использовать сочетание из трёх нуклеотидов ДНК. Эта элементарная частица наследственного материала, кодирующая одну аминокислоту, получила название «кодон».
В 1961 году гипотеза Г. Гамова была подтверждена американским экспериментальным исследователем Ф. Криком и др.

Так был расшифрован молекулярный механизм считывания генетической информации с молекулы ДНК при создании белков.

3. Изучение молекулярных основ обмена веществ.

Существует три типа обмена веществ (метаболизма): катаболизм или диссимиляция, амфоболизм, анаболизм или ассимиляция.
Все три типа метаболизма к настоящему времени полностью расшифрованы. Не последнюю роль сыграла при этом фундаментальная для всего естествознания идея единства состава и механизмов функционирования живой природы независимо от уровня организации, представляющих её структуру. Эта идея получила название концепция биохимического единства и возникла ещё во второй половине прошлого века, но получила своё распространение благодаря голландским микробиологам А. Клюйверу и Г. Донкеру в 1926 году.

В настоящее время накоплен богатый фактический материал о том, каким образом осуществляется регулировка метаболизма в клетках. Изучается специфика биокатализа (ферментного катализа) и разрабатываются теоретические механизмы действия различных ферментов. Открыты так называемые аллостерические ферменты, в которых имеется два центра связывания с молекулами, т.е. вещество, вступающее в данную реакцию, а другое вещество – распознающий конечный и промежуточный продукт реакции. Второй центр, связываясь с продуктом реакции, изменяет свою конформацию (пространственную структуру), что влияет на скорость биокатализа. Поэтому эти ферменты названы ещё иначе: регулирующие ферменты или эффекторы.

Невозможно перечислить все достижения в области регуляции метаболизма клеток. Эта область постоянно развивается и пополняется новыми научными открытиями, каждое из которых не перестаёт удивлять совершенством механизмов регуляции процессов обмена веществ , осуществляемых на макромолекулярном уровне.

4. Открытие молекулярно-гинетических механизмов изменчивости.

На молекулярно-генетическом уровне существует несколько механизмов изменчивости. Среди них – мутации генов – механизм непосредственного преобразования самих генов, находящихся в конкретной хромосоме при сильном внешнем воздействии. При этом механизме порядок расположения генов в хромосоме не изменяется.

К другому типу механизмов можно отнести рекомбинацию генов, располагающих в конкретной хромосоме. При этом сами гены не изменяются, а происходит перемещение генов с одного участка хромосомы на другой или же обмен генами между двумя хромосомами. Это так называема классическая рекомбинация генов, которая имеет место главным образом у высших организмов при половом размножении. При этом общий объём генетической информации остаётся неизменным.

Однако, существует ещё один тип изменчивости генов – нереципрокная рекомбинация или неклассическая рекомбинация генов, при которой происходит увеличение общего объёма генетической информации. Этот тип изменчивости возникает за счет включения в геном клетки новых, привнесённых извне генетических элементов, которые носят название трансмиссивные (переносимые) генетические элементы.

Начало изучения этого механизма изменчивости было положено в 1952 году, когда П. Ледерберг и Н. Циндер открыли явление трансдукции (латинское - Перемещение) 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 трансмиссивных генов, различающихся структурой генома и способом связывания с хромосомой клетки-хозяина. Среди них – плазмиды – сложные генетические элементы в виде двухцепочной кольцевой ДНК, широко распространённые 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 путём, связываются плазмидами, придающими этим бактериям устойчивость и новое лекарство перестаёт действовать на бактерии, они на него не реагируют. Мигрирующие генетические элементы могут вызывать как структурные перестройки в хромосомах, так и мутации генов.

Эти проблемы были затронуты известным генетиком В.П. Эфроимсоном. Так его исследования описывал в журнале «Наука и жизнь» в конце 1974 года Б. Медников:

«В.П. Эфроимсон после тщательного анализа множества фактов создал стройную теорию возникновения многообразия (полиморфизма) генных комплексов у человека. Согласно Эфроимсону, главную роль в этом играет отбор в системе «паразит – хозяин». Вирусы и бактерии, паразитические простейшие, вроде малярийного плазмодия, а также (да простит читатель!) гельминты в разных конкретных условиях проводили у разных популяций человека селекцию тех или иных форм гена. Инфекционные болезни – мощный фактор отбора, способный широко распространить мутантный ген».

Возникла новая наука – генная инженерия, целью которой стало создание новых форм организмов, в том числе и высших, наделённых 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.

ІІ. Становление неоевгеники как науки.

Предпосылкой становления неоевгеники («позитивной евгеники») была евгеника. В отличие от евгеники, которая представляла проекты реконструкции генной структуры человека с целью улучшения породы человека, неоевгеника пытается найти опору в идее «всепоглощающей» заботы о человеке и человечестве, о достоинстве и будущем человечества.

Так, в трудах Мёллера есть программа планируемой евгеники, которая дает возможность «неограниченного прогресса генетической конструкции человека, соответствующего его культурному прогрессу».(3) Это должно стать дополнением к идее формирования нового человека социалистического типа, так сказать, биологическое ускорение решения этой проблемы. История неоевгеники началась ещё в XIX веке, когда Ф.Гальтон ввёл термин «евгеника».