3.3. Молекулярные основы наследственности

• 3.3.1. ДНК - материальная субстанция наследственности

• 3.3.2. Определение гена. Основная функция гена

• 3.3.3. Генетический код

3.3.1. ДНК - материальная субстанция наследственности

Чтобы все процессы, описанные выше, могли осуществляться, материальная субстанция, из которой состоят хромосомы, должна иметь две особенности. Во-первых, она должна быть способна постоянно удваиваться, сохраняя большую точность воспроизведения. Во-вторых, она должна давать множество различных форм, тем самым обеспечивая существование бесконечного разнообразия генов, представленных в природе.           Было показано, что в состав хромосом входят два вида молекул - молекулы белка и дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). И белок, и ДНК обладают указанными свойствами. Сначала предполагали, что основной генетической субстанцией является белок. Двадцать различных аминокислот, входящих в молекулы белков, могут давать бесконечное разнообразие сочетаний, которое может лежать в основе разнообразия генов. И только в начале 50-х гг. было доказано, что носителем генетической информации является ДНК. Оказалось, что ДНК сама по себе, независимо от белка, способна переносить наследственную информацию из одной клетки в другую, тогда как белок без ДНК этого не может.            ДНК имеет молекулярное строение, обеспечивающее способность к удвоению и к образованию множества разнообразных форм. Молекула нуклеиновой кислоты имеет форму нити, представляющей собой цепь нуклеотидов (рис. 3.13). Каждый нуклеотид состоит из трех частей: азотистого основания, углеводного компонента и фосфорной кислоты. Отдельные нуклеотиды в нуклеиновых кислотах соединены друг с другом через фосфорную кислоту прочной химической связью. Углеводный компонент в ДНК представлен сахаром - дезоксирибозой. Сахарный и фосфорный компоненты у всех нуклеотидов одинаковы, что же касается оснований, то существует четыре типа оснований: аденин, цитозин, гуанин и т имин. Для простоты их часто обозначают буквами А, Ц, Г и Т.           О чень важно, что молекула ДНК образована не одной, а двумя нитями, каждая из которых имеет такое строение. Нити соединяются между собой слабыми водородными связями через основания. Пары оснований подходят друг к другу, как ключ к замку. При этом аденин всегда стоит в паре с тимином, а гуанин с цитозином (А-Т, Г-Ц, см. рис. 3.14). Благодаря такому комплементарному строению, эта двойная нить способна точно воспроизводить себя, образуя идентичные двойные нити. Схема строения ДНК, известная как двойная спираль Ф. Уотсона и Дж. Крика, показана на рисунке 3.15.           При репликации (удвоении) ДНК слабые водородные связи между основаниями рвутся, две полумолекулы расходятся, как застежка-молния, и на каждой из них достраивается новая комплементарная половинка. В результате мы получаем две молекулы ДНК, абсолютно идентичные исходной. Одна имеет старую правую сторону и новую левую, а другая, наоборот, - старую левую и новую правую (рис. 3.17). Модель Уотсона - Крика дает правдоподобное объяснение способности генов и хромосом точно воспроизводить себя в митозе, что приводит к образованию дочерних клеток точно такой же генетической конституции, что и материнская. Естественно, что в клетке этот процесс значительно сложнее, чем показано на схеме.           В молекуле ДНК большое значение имеет то, в какой последовательности расположены основания. Например, участок ДНК из восьми оснований может выглядеть как ГАТТГАЦЦ, а может и иначе - ТЦТТГААЦ и т.д. Поскольку основания расположены в молекуле ДНК линейно, одно за другим, число различных схем расположения для каждого основания практически неограниченно. Это становится особенно ясно, если учесть, что в состав одной молекулы ДНК входят сотни тысяч отдельных нуклеотидов. Даже у примитивнейшего живого организма - бактериофага - в состав молекулы ДНК входит около 200 тысяч нуклеотидов; у высших животных их число во много раз больше. Таким образом, число оснований сравнительно невелико - всего четыре, число возможных комбинаций - огромно. Если представить себе, что один ген включает 500 пар оснований, то число возможных схем расположения составит 4⁵⁰⁰. Таким образом, всего четыре основания позволяют создавать огромное число разнообразных сочетаний и тем самым обеспечивают существование всевозможных генов.