20 Разв молекулярной генетики. Модели Уотсона и Крика.

Классическая генетика рассматривала ген как дискретную и неделимую единицу наследственности. Однако разрешающая способность методов классической генетики была недостаточной для изучения тонкого строения гена. Только с развитием молекулярной генетики удалось в 50-60-х гг. решить эту проблему. За свою недолгую историю молекулярная генетика достигла значительных успехов, углубив и расширив представления о природе наследственности и изменчивости, и превратилась в ведущее и наиболее быстро развивающееся направление генетики.

Хромосомы состоят из белка и рибонуклеиновой кислоты (ДНК). Ряд наблюдений, в частности, открытие бактериальной трансформации и исследование структуры вирусов, показал, что именно ДНК ответственна за хранение и передачу наследственной информации. В 1953 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик предложили модель строения ДНК, которая объясняла важнейшие свойства этой удивительной молекулы. Молекула ДНК очень велика и состоит из множества генов. Изначально ученые полагали, что ген неделим и является минимальной единицей при любых событиях с генетическим материалом: при мутировании ген изменяется как целое, кроссинговер происходит только между генами и т.д. Изучение тонкой структуры гена показало, что кроссинговер и мутационный процесс могут затронуть лишь часть гена, вплоть до одного нуклеотида — мономера в цепочке молекулы ДНК. Многочисленные эксперименты биохимиков и генетиков дали убедительные доказательства в пользу того, что основная функция генов заключается в кодировании белков. Это было предсказано еще Дж. Бидлом и Э Тейтумом (1944 г.), провозгласившими правило "один ген — один фермент". Согласно современным представлениям, гены бывают структурные и регуляторные. Структурный ген — это последовательность нуклеотидов, кодирующая структуру полипептида, транспортной или рибосомальной РНК. Регуляторные гены, связываясь с соответствующими белками, влияют на процесс синтеза белков на базе структурных генов. Каким образом записана информация в молекуле ДНК и как она реализуется в клетке? Г. Гамов предположил, что для кодирования одной аминокислоты, из которых состоят белки, используется сочетание из трех нуклеотидов (кодон). В 1961 г. триплетный характер кода был доказан экспериментально группой кембриджских исследователей. К 1966 г. генетический код был расшифрован, т.е. было установлено соответствие между триплетами ДНК и аминокислотами. В 1961 французские учёные Ф. Жакоб и Ж. Моно установили, что биосинтез белка в бактерии находится под двойным генетическим контролем. С одной стороны, молекулярная структура каждого белка детерминируется соответствующим структурным геном, с другой - возможность синтеза этого белка определяется особым геном-регулятором, который кодирует специальный регуляторный белок, способный связываться со специфическим участком ДНК - т. н. оператором - и при этом «включать» или «выключать» функционирование структурных генов, управляемых этим оператором.ДНК локализована главным образом в ядре клеток, синтез же белка происходит в основном в цитоплазме. Еще в 30-х годах XX в. было выяснено, что в клетках наряду с ДНК содержится второй класс нуклеиновых кислот — рибонуклеиновые кислоты (РНК). В 1961 г. была открыта информационная РНК — молекула, комплиментарная гену, входящему в состав ДНК. иРНК покидает ядро. В цитоплазме рибосомы на базе иРНК синтезируют соответствующий белок. К рибосомам аминокислоты поставляют транспортные РНК — эта группа молекул была открыта и изучена в конце 50-х годов XX в. Молекулы тРНК содержат два активных центра. К одному может прикрепляться аминокислота, второй содержит так называемый антикодон, т.е. последовательность оснований, комплиментарную кодону в иРНК. Таким образом, молекула иРНК "выносит" информацию за пределы ядра, а тРНК "переводят" ее с языка генетического кода на язык белков.