4. Установление первичной структуры белка

Но всего этого оказалось недостаточно. Как из­вестно, химиков интересует не только число атомов в любом соединении, но и их расположение. То же относится и к аминокислотам в молекуле белка. Во­прос о расположении аминокислот сложен. Даже если в молекуле всего несколько десятков аминокислот, число возможных сочетаний астрономически велико, а если их больше 50 (как, например, в гемоглобине, молекула которого имеет среднюю величину), число возможных комбинаций аминокислот выражается числом из 600 знаков. Как же из такого невообразимого числа возможностей пра­вильно выбрать наиболее вероятное расположение аминокислот каждого конкретного белка?

Оказалось, что с помощью метода хроматографии на бумаге эта проблема разрешается очень легко. Однако английскому биохимику Фредерику Сэнгеру понадобилось восемь лет, чтобы ис­следовать этим методом молекулу инсулина, состоя­щую всего из 50 аминокислот! Сэнгер расщеплял мо­лекулу на части, методом хроматографии на бумаге разделял короткие цепи и определял слагающие их аминокислоты, а также порядок расположения послед­них. Это было нелегкой задачей, ибо даже четырехкомпонентный фрагмент может располагаться 24 раз­личными способами. Выявив, каким более коротким цепям дают начало длинные цепи, Сэнгер мало-по­малу воссоздал структуру более длинных цепей. К 1953 г. он уже знал точный порядок аминокислот в молекуле инсулина.

Вслед за Сэнгером его методом воспользовался американский биохимик Винсент Виньо. Он применил его к очень простой молекуле окситоцина (гормона задней доли гипофиза), состоящей все­го из восьми аминокислот. Установив расположение аминокислот, Виньо попытался синтезировать соеди­нение таким образом, чтобы каждая аминокислота находилась на полагающемся ей месте. Синтез был осуществлен в 1955—1956 гг.; полученный в резуль­тате синтетический окситоцин по своим свойствам не уступал природному гормону.

Аналитический метод Сэнгера, равно как и синтез Виньо, впоследствии был повторен в более широком масштабе. В 1960 г. ученые установили расположение аминокислот в фер­менте, названном рибонуклеазой. Молекула рибонуклеазы состоит из 124 аминокислот, это в два с поло­виной раза превышает число аминокислот в молекуле инсулина. Фрагменты рибонуклеазы синтезировали, после чего изучали их ферментативную активность. Таким образом, к 1963 г. удалось установить, что для функционирования молекулы существенно необхо­димы аминокислоты 12 и 13 (гистидин и метионин). Это было значительным шагом вперед в определении точного механизма функционирования молекулы фер­мента.

5. Краткая история генетики

Генетика – наука о наследственности и изменчивости. История этой науки уходит своими корнями в ХIХ век.

Основатель классической генетики – Грегор Иоганн Мендель. Ставил опыты по скрещиванию различных сортов гороха садового . Результаты анализировал с использованием математических методов. 8 февраля и 8 марта 1865 г. он сделал доклад в Брюннском обществе «Опыты над растительными гибридами», издан в 1866 г. Установлена дискретная природа наследственности. Законы Менделя. Их повторное открытие в 1900 г.: работы Гуго де Фриза (Голландия), Карла Корренса (Германия) и Эриха Чермака (Австрия). Менделизм.

Термин генетика – ввел в 1906 г. Уильям Бэтсон. От лат. geneticos – относящийся к происхождению или genos – род.

Термины ген, фен, генотип, фенотип – предложил Вильгельм Иогансен (1909 г., Дания).

Хромосомная теория наследственности; её создатели Томас Хант Морган и его ученики: Альфред Стëртевант, Кальвин Бриджес, Герман Мëллер (США; 1910…1930 гг.). Гены расположены линейно на хромосомах, определен их порядок, расстояния между ними. Объект исследований – дрозофила. Морганизм.

1929 г. – Александр Сергеевич Серебровский – сложная организация гена, гипотеза о делимости гена.

1941 г. – Джорж Бидл и Эдвард Тейтум: формула «один ген – один фермент», с последующим уточнением - «один ген – один полипептид».

Идею о том, что хромосома – это гигантская молекула, а гены – ее мономеры, или радикалы впервые высказал Николай Константинович Кольцов в 1928 г. Он же сформулировал матричный принцип воспроизведения хромосом, сохраняющий порядок генов. Однако он ошибочно полагал, что этой молекулой является белок, а не ДНК.

Впервые роль ДНК как носителя наследственной информации показали в 1944 г. О. Эйвери, К. Мак Леод и М. Мак Карти при трансформации пневмококков.

Революция в генетике 50-х гг. в результате синтеза наук (физики, химии, биологии): установление пространственной структуры ДНК («двойная спираль») - Френсис Крик, Джеймс Уотсон, Морис Уилкинс (Нобелевская премия в 1962 г.)

Расшифровка генетического кода в 1961 г. – Р. Холли, Г. Корана, М. Ниренберг (Нобелевская премия в 1968 г.)

Новая революция – в середине 70^х - генная инженерия - в результате синтеза различных областей генетики.

Конец 70^х гг. – прочтение геномов (геномные проекты). Так, в 1977 г. Ф. Сэнгер разработал метод секвенирования; секвенирована ДНК фага ФХ 174. В том же году Максам и Гилберт предложили другой метод секвенирования.

2003 г. – расшифрован геном человека.

Клонирование животных: в 1962 г. Джон Гëрдон пересадил ядро из клетки кишечника головастика лягушки в яйцеклетку лягушки, лишенную ядра – выросла нормальная лягушка.

1997 г. - А. Вилмут (Шотландия) – трансплантация ядер, овечка Долли.

1999 – 2000 гг. – получены клоны мыши, коровы, свиньи.