ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Молекулярная биология из "Молекулярная биофизика" Молекулярная биология исследует молекулярную природу основных явлений жизни, прежде всего наследственности и изменчивости. Эти явления определяются строением и свойствами нуклеиновых кислот, и возникновение молекулярной биологии связано с открытием их биологической функциональности. Годом рождения молекулярной биологии можно считать 1944, когда Эвери, Мак-Леод и Мак-Карти [1] открыли трансформацию бактерий посредством ДНК (см. стр. 486). Молекулярная биология ищет объяснение биологических явлений в химии и молекулярной физике. Тем самым, биология включается в единую область точного естествознания. Молекулярная биология изучает не только наследственность и изменчивость, но всю со-вокуп-ность жизненных процессов — ферментативный катализ, мембранный транспорт, механохимические явления и т.д. Реализуется общий атомно-молекулярный подход к биологическим проблемам. [c.483] Нельзя, конечно, провести границу между молекулярной биологией и биохимией. Тем е менее отождествление этих областей (см., например, [21) нецелесообразно. Биохимия изучает любые химические реакции в живых организмах, биологически функциональные вещества, далеко не всегда ставя задачи, относящиеся к основным явлениям жизни. Биохимия имеет безграничное поле практических приложений в медицине, фармакологии, сельском хозяйстве. Практические применения молекулярнобиологических исследований только начинаются. В отличие от классической биохимии, молекулярная биология объединяется с физикой и ее специфика состоит прежде всего в новых аспектах исследований, в новых постановках задач. [c.483] Очевидна тавтология и, тем самым, отсутствие смысла в термине молекулярная биохимия [3]. Химия и биохимия имеют дело только с молекулами — немолекулярной биохимии не существует. [c.483] Молекулярная биофизика неотделима от молекулярной биологии. Различие здесь не в конечных целях исследований, а в характере постановки задач (ср. стр. 46). [c.483] История молекулярной биологии рассказана Уотсоном [4]. Укажем также другие книги, которые могут служить введением в эту область науки [5—11]. [c.484] Из теории эволюции Дарвина следует единство основных явлений жизни во всех организмах. То же положение вытекает из клеточной теории, предложенной Шлейденом и Шванном в 1839 г. Существование одноклеточных и факт возникновения многоклеточного организма из одной клетки — зиготы показывает, что свойства живого тела присущи отдельной клетке. В клетке заложен механизм наследственности и изменчивости, ответственный за биологическую эволюцию. Дальнейшее развитие биологии локализовало этот механизм со все возрастающей точностью. Зигота, возникающая в результате слияния яйцеклетки и сперматозоида, приобретает наследственные свойства обеих клеток. Так как сперматозоид состоит в основном из ядерного материала, за наследственность ответственна не вся клетка, а ее ядро (Геккель, 1868 г.). Цитология и генетика показали, что аппарат наследственности сосредоточен в хромосомах, находящихся в ядре клетки. [c.484] Следующий шаг состоял в открытии гена и в определении положения генов в хромосомах (Морган). [c.484] Таким образом, на молекулярном уровне наследственность означает воспроизведение синтеза определенных белков в последующих поколениях, запрограммированного в ДНК. Генные мутации сводятся к изменениям этой программы, т. е. к изменениям в структуре ДНК. Молекулярная природа мутаций, их соответствие законам физики были раскрыты Тимофеевым-Ресовским, Дельбрюком и Циммером (см. [17, 18]). Напротив, так называемые модификации, т. е. ненаследуемые изменения, определяются изменением структуры и функционирования белков (ферментов) в онтогенезе и не затрагивают генетическую программу, т. е. структуру ДНК. [c.485] Молекулярная биология тесно связала биологию с химией и физикой и полностью устранила возможности виталистического толко1вания явлений жизни. Построение молекулярной биологии знаменует революцию в естествознании, перестройку естественнонаучного мировоззрения на материалистической основе. [c.486] Обратимся к краткому рассмотрению биологической функциональности нуклеиновых кислот. [c.486] Доказательства генетической роли ДНК в целом неопровержимы. ДНК локализована в хромосомах, причем содержание ДНК в диплоидных (соматических) клетках разных тканей у особей одного и того же вида практически постоянно. В гаплоидных половых клетках количество ДНК вдвое меньше, чем в соматических [22]. Содержание ДНК в клетках удваивается при митозе, т.е. при удвоении хромосом. [c.486] Шредингер поставил вопрос о причинах поразительной стабильности наследственного вещества, построенного из легких атомов, в ряде поколений [18]. ДНК действительно обладает высокой метаболической стабильностью. Меченный аденин не включается в ДНК неделящихся клеток. При делении клеток в среде, содержащей меченые атомы, последние включаются во вновь образуемую ДНК, но в дальнейшем сохраняются в ней, не участвуя более в метаболиз1ме. Высокая стабильность ДНК определяется ее специфической вторичной структурой (см. 8.2). Сегодня вопрос, поставленный Шредингером, решен. Вместе с тем доказано участие ДНК в мутагенезе. Установлены изменения ДНК, вызываемые радиацией. Выяснены изменения азотистых оснований при химическом мутагенезе (см. 9.9). [c.486] В дальнейшем было установлено, что трансформирующим фактором служат ДНК [1], и показано, что чистые препараты ДНК, выделенные из определенных штаммов, вызывают соответствующие наследуемые изменения других штаммов. [c.487] Фермент дезоксирибонуклеаза (ДНКаза), расщепляющий ДНК, прекращает трансформацию. ДНК может переносить несколько генетических признаков сразу — устойчивость к антибиотикам, способность образовывать капсулы и т.д. [c.487] В исходной культуре пневмококков содержатся мутанты, устойчивые к пенициллину. При воздействии на культуру этим антибиотиком гибнут все клетки, кроме мутантных последние после размножения образуют культуру Р. Из нее извлекается ДНК. При добавлении этой ДНК к исходной культуре в ней возникает значительно больше / -мутантов, чем в отсутствие трансформирующего фактора. Если число спонтанных Р-мутантов составляло 1 на 10 клеток, то в результате трансформации оно увеличивалось на 4—5 порядков. [c.487] Бактериофаги, т. е. вирусы, размножающиеся в бактериях, состоят из белковой оболочки и содержащейся внутри нее ДНК или РНК. С помощью меченых атомов и Р установлено, что при заражении бактериальной клетки фагом в нее не входит белок (метка по сере), но входит ДНК (метка по фосфору). Частица бактериофага вспрыскивает свою ДНК в клетку. Размножение частиц фага в клетке показывает, что ДНК ответственна за синтез своих копий и белковых оболочек, т. е. она является генетическим веществом фага. [c.487] Еще одним доказательством генетической роли фаговой ДНК служит явление трансдукции. Некоторые фаги способны переносить генетический материал от бактерии-донора, в которой фаг размножался, к бактерии-реципиенту, инфицируемой данным фагом. Трансдукция есть перенос генетических признаков бактерии, т. е. фаг переносит как свой собственный генетический материал, так и часть генетического материала бактерии-донора. Этим материалом опять-таки служит ДНК [27, 28]. [c.488] О том же свидетельствует явление лизогении. Так называемые умеренные, или лизогенные фаги могут сохраняться в бактериальных клетках в виде безвредного для них профага. В течение ряда,поколений клетки нормально размножаются, причем воспроизводится и профаг. Если на такую клетку подействовать индуктором, например ультрафиолетовыми лучами, она начнет продуцировать фаг и погибнет. Лизогения — наследственное свойство бактерии, приобретаемое при заражении фагом. ДНК фага объединяется с ДНК бактериальной клетки [28]. [c.488] Приведенные выше факты и ряд других однозначно доказывают, что гены — это ДНК. В молекулах ДНК заложена наследственная информация, т.е. программа синтеза белков. [c.488] Рибонуклеиновые кислоты также являются непременными участниками биосинтеза белка. [c.488] Вернуться к основной статье