1. Эволюция представлений о гене (Йогансон, Кольцов, Бензер, Уотсон, Крик, Дубинин, Серебровский).

Ген — структурная и функциональная единица наследственности, контролирующая развитие определенного признака или свойства. 

Ген – это сложная динамическая система нуклеотидных последовательностей ДНК, принимающих участие в формировании признаков клетки и организма в целом.

Основные положения системной концепции гена:

Ген – это сложные системное образование. Оно включает структурно-функциональные и регуляторные участки.

Ген не автономен, а является частью генетической структуры клетки, которая образована хромосомами, РНК, плазмогенами.

Ген тесно связан с другими структурами клетки и организма (эндокринной, нервной, мембраной и т.д.).

Термин "ген" был предложен в 1909 датским ученым Вильгельмом Йохансеном для описания наследственного фактора. В то время химическая природа гена оставалась полностью неизвестной. Хотя хромосомы в то время были уже описаны, лишь в 1910 году работами Томаса Моргана была доказана связь между хромосомами и наследственностью. (Моргану также удалось построить первую генетическую карту. Тк под микроскопом уже наблюдали кроссинговер, то рассчитали, что чем ближе два гена расположены друг к другу, тем он реже. Стало возможным рассчитать расстояние между генами на хромосоме (морганиды).)

В 1927 г. Кольцов предположил, что наследственные «тексты» копируются с использованием матриц. Матричное воспроизведение «текста» - еще одно озарение Кольцова. Кольцову принадлежит главная идея ХХ века в молекулярной биологии – идея матричного происхождения хромосом.

В 1917 г. организовал в Москве и возглавил Институт экспериментальной биологии. Идея матричного принципа ”...признаки, передаваемые по наследству, определются линейным расположеним мономеров в полимерных молекулах. ” (Кольцов думал, что это последовательность аминокислот в полипептидах). Н.К. Кольцову принадлежит крылатая фраза: « Ионщики должны понимать генщиков и наоборот»

 Идея доклада Кольцова такова: наследственность передается молекулами, которых не так много, но эти молекулы – длинные полимерные нити, отдельные участки которых (мономеры) и определяют конкретные наследственные признаки. Итак, было сделано гениальное открытие в молекулярной биологии XX в.: наследственная информация передается на молекулярном уровне и воспроизводится матричным способом. ( известна сейчас как репликация – процесс синтеза дочерней молекулы на матрице родительской.)

(Его ошибка заключалась только в том, что по его предположению носителем наследственных признаков в хромосоме были крупные белковые молекулы, а «буквами» - отдельные аминокислоты эти белков. Лишь через 26 лет Дж. Уотсон и Ф. Крик обнаружили, что в этой роли выступает ДНК и нуклеотиды, однако удвоение ДНК происходит как раз по сформулированному Н. К. Кольвым принципу.)

А.С.Серебровский и Н.П.Дубинин в 1928 году впервые продемонстрировали сложную организацию гена.

В 1928 г. в лаборатории А.С. Серебровского в Биологическом институте им. К.А. Тимирязева Н.П. Дубинин начал исследовать действие рентгеновых лучей на дрозофил и обнаружил необычную мутацию. Образование щетинок на теле мухи контролируется особым геном scute . Мутация гена scute , впервые обнаруженная американским генетиком Пейном (1920), не раз возникала в экспериментах, и при её появлении подавлялось развитие девяти щетинок. Выявленная Дубининым мутация, подавляла развитие всего четырех щетинок. После дальнейших экспериментов стало ясно, что ген не является неделимой генетической структурой, представляет собой область хромосомы, отдельные участки которой могут мутировать независимо друг от друга. Это явление Серебровским ступенчатым аллеломорфизмом. Показав мутационную дробимость гена, Серебровский и другие сотрудники его лаборатории, тем не менее, долгое время не могли подтвердить дробимость гена при помощи кроссинговера. Чтобы обнаружить разрыв гена, требовалось проверить огромное число мух. Организовать такой эксперимент удалось только в 1938 г., когда Дубинин, Н.Н. Соколов и Г.Г. Тиняков смогли разорвать ген scute и проверить свой результат цитологически на гигантских хромосомах слюнных желез дрозофилы.

Хотя окончательное решение вопроса, делим ли ген не только мутационно, но и механически, и не было достигнуто в работах русских ученых, они внесли существенный вклад в доказательство делимости гена, что повлекло за собой переход к генетическим исследованиям на микроорганизмах, а значит и переход генетики на молекулярный уровень исследований.

В конце 50-х годов Бензер предполагал, что ген одновременно является целостной и дискретной единицей. При выполнении основной функции - программировании синтеза белка - ген выступает как целостная единица, изменение которой вызывает изменение структуры белковой молекулы. Эту единицу Бензер назвал цистроном. По величине он примерно равен гену. Дискретность гена заключается в наличии субъединиц. Элементарная единица изменчивости, единица мутации названа мутоном, а единица рекомбинации - реконом. Минимальные размеры мутона и рекона равны 1 паре нуклеотидов и называются сайт. Таким образом, сайт - это структурная единица гена. Кодон – функциональная единица гена.

Исследованиями С. Бензера структуры генов фага Т4 кишечной палочки было доказано, что ген дискретен. Ген может быть разделен кроссинговером на множество частей.

Морис Уилкинс (1916- 2004 г.) Нобелевская премия 1962 г. совместно с Дж. Уотсоном и Ф. Криком М. Уилкинс известен своими работами по рентгеноструктурному анализу ДНК В начале 1950-х гг. приступил к работе в Лондонском университете вместе с Р. Франклин. К этому времени уже было известно, что нуклеиновые кислоты существуют в двух формах: ДНК и РНК. М. Уилкинс изготавливал лучшие в мире препараты ДНК и работал не спешно, считая, что никто его обогнать не сможет! Р. Франклин получала лучшие в мире рентгенограммы ДНК и тоже никуда не торопилась, стремясь к еще большему! Анализ полученных рентгенограмм показал, что молекула ДНК имеет форму двойной спирали, напоминающую винтовую лестницу. М. Уилкинс поделился данными с Ф. Криком и Дж.  Уотсоном, двумя исследователями из Кавендишской лаборатории Кембриджского Университета, которые пытались определить структуру ДНК. публицисту Эрвину Чаргаффу принадлежат слова : "Уровень развития государства определяется тремя составляющими : отношением к деревьям, отношением к детям, отношением к родному языку." Правила Чаргаффа, наряду с данными рентгеноструктурного анализа, сыграли решающую роль в расшифровке структуры ДНК Дж. Уотсоном и Ф. Криком.

В 1952 г. Дж. Уотсон и Ф. Крик стали работать над моделированием структуры ДНК. Используя правила Чаргаффа, рентгенограммы Р. Франклин и М. Уилкинса, они построили двухспиральную модель ДНК.