Способы передачи информации в клетке. История

Менее чем одно столетие прошло с тех пор, как мы перешли от предположения об участии ДНК в передаче наследственной информации к активному созданию живых организмов посредством манипулирования информацией, содержащейся в молекуле ДНК. Вначале мы узнали, что клетки могут «переговариваться» друг с другом, обмениваясь определенными веществами. Основополагающий эксперимент был проведен в 1940-х годах Освальдом Авери (Oswald Avery), который использовал вирулентные (способные вызвать заболевание) и авирулентные (не способные вызвать заболевание) штаммы (формы) стрептококка. Два типа штаммов различаются по структуре капсулы, которая покрывает бактериальную клетку. Вирулентная форма имеет шероховатую капсулу, а авирулентная — гладкую. Вирулентный стрептококк не вызывает развития заболевания, если бактерии были убиты до введения мышам. Живые авирулентные стрептококки не способны вызывать заболевание. Однако если живые авирулентные стрептококки были введены мышам вместе с мертвыми вирулентными, мыши заболевали. Каким же образом авирулентные бактерии научились от своих мертвых собратьев вызывать заболевание? Кроме того, бактерии, выделенные из крови инфицированных мышей, имели шероховатую капсулу. По-видимому, они смогли изменить свои свойства на основе того, что получили от мертвых бактерий. Исследователи пришли к выводу, что мертвые бактерии содержали информацию, которая была получена и воспроизведена живыми бактериями, как показано на рис. 3.1. Эта информация должна была сохраняться в молекулярной структуре клетки. Позже экспериментаторы выделили вещество, которое было ответственно за передачу информации о признаке, определяющем структуру капсулы, и ясно показали, что этим веществом является ДНК.

Несмотря на очевидность этих экспериментов, исследователи начала XX века продолжали спорить о способах передачи информации в клетке. Они выступали против концепции о том, что код, определяющий строение всех белков в клетке, может быть записан в молекуле ДНК. Кроме того, вариабельность ДНК ограничена только четырьмя типами органических оснований. По сравнению с белками, в состав которых входят 20 аминокислот, это ограничение представлялось непреодолимым. Казалось более вероятным, что секрет жизни связан с белками.

В то время исследователи обнаружили еще одну особенность строения ДНК, которая с первого взгляда ограничивает вариабельность этой молекулы. Меньше вариабельность — меньше информативность. Именно так они думали. В любом образце ДНК, полученном из любого организма, количество аденина всегда было равно количеству тимина, а количество гуанина — количеству цитозина. Это правило стало называться правилом Чаргаффа. Связывание аденина с тимином и гуанина с цитозином является основой принципа комплементарности азотистых оснований. Вспомните из материала главы 2, что образование пар азотистых оснований делает возможным процесс удвоения ДНК. Когда цепи ДНК расходятся, аденин связывается с тимином, тимин с аденином, гуанин — с цитозином, а цитозин — с гуанином. И так происходит с каждым азотистым основанием в обеих цепях молекулы. В результате образуются две одинаковые молекулы ДНК вместо одной. Далее мы увидим, каким образом образование пар оснований связано с образованием белков.

Трансформация авирулентной формы стрептококка

Рис. 3.1. Трансформация авирулентной формы стрептококка

Когда стало очевидным, что именно в ДНК хранится вся генетическая информация, возникла новая проблема — каким же образом все структурные компоненты молекулы ДНК подогнаны друг к другу в хромосоме, чтобы обеспечить точность воспроизведения этой структуры при ее удвоении. Интенсивность изучения структуры ДНК в первой половине 1900-х годов была такой же, как и интенсивность расшифровки генетического кода во второй половине XX века. Джеймс Уотсон (James Watson) и Фрэнсис Крик (Francis Crick) закончили свою модель структуры дезоксирибонуклеиновой кислоты утром 28 февраля 1953 года. Концепция двойной спирали, цепи которой при самоудвоении расходятся подобно молнии, окончательно подтвердила идею о том, что в ДНК зашифрована вся наследственная информация. Значительный шаг вперед был сделан, когда они поняли, что пара аденин тимин удерживается двумя водородными связями, в то время как пара гуанин-цитозин — тремя. Поэтому данные пары оснований могут служить в качестве ступеней универсальной спиральной лестницы — молекулы ДНК.

Значение предсказанного принципа спаривания азотистых оснований не ускользнуло от пристального взгляда Уотсона и Крика. Джеймс Уотсон спокойно сказал: «От радости я почувствовал себя на седьмом небе, ибо уловил возможный ответ на мучившую нас загадку, почему число остатков пуринов в точности равно числу остатков пиримидинов. …От нас не ускользнул тот факт, что специфический характер спаривания оснований, который мы постулировали, может объяснять возможный механизм копирования генетического материала».

Сорок восемь лет спустя, в феврале 2001 года, Международный консорциум по расшифровке генома человека (International Genome Sequencing Consortium), а также корпорация Celera Genomics независимо друг от друга сообщили о первых результатах по расшифровке генома человека. Это сообщение не потрясло мир, как, возможно, следовало бы ожидать. Однако от широкого круга общественности не ускользнуло то, что сейчас, возможно, у нас есть ключ к пониманию всех аспектов физиологии человека: как мы выглядим и в большей степени — как чувствуем себя и каковы наши возможности. Обладая этими знаниями, мы получим здоровье и счастье, а возможно, и нечто большее. И у нас нет пути назад. Мы сделали гигантский скачок вперед в понимании жизни. Цитируя Галилео, мы «увидели то, что веками было скрыто от нас».

http://wugroup.ru/ купить компанию в ОАЭ: резидентская виза в ОАЭ.
репсовая лента оптом

Оставить комментарий

Ваш комментарий