назовите основные этапы в истории изучения нуклеиновых кислот
История изучения нуклеиновых кислот. Доказательства генетической роли нуклеиновой кислоты
История изучения нуклеиновых кислот начинается с 1869 г., когда швейцарский химик И.Ф. Мишер обнаружил в клеточном ядре особые вещества, обладающие свойствами кислот. Он дал им название нуклеиновых кислот (от лат. nukleus — ядро) (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Мишер Иоганн Фридрих (1844-1895)
В 1889 г. немецкий гистолог Рихард Альтман обозначил кислый компонент нуклеина термином «нуклеиновая кислота». В конце XIX в. немецкий биохимик Альбрехт Коссель (1853-1927) (рис. 5.2)расшифровал химический состав нуклеиновой кислоты, показав, что она содержит фосфорную кислоту, углевод и азотистые основания (пурины и пиримидины).
Ф. Левен, Д. Гулланд с сотрудниками (в 1900-1932 гг.) установили, что фосфорная кислота, углевод и азотистое основание соединены в блоки в виде мономеров – нуклеотидов.
Нуклеиновая кислота, выделенная из ядер клеток, в качестве углевода содержит D-дезоксирибозу. Поэтому она получила название дезоксирибонуклеиновой кислоты – ДНК. Наряду с ядерной была выделена цитоплазматическая нуклеиновая кислота, содержащая в качестве углевода D-рибозу; она получила название рибонуклеиновой кислоты – РНК.
Рис. 5.2. Альбрехт Коссель (1853-1927)
А.Н. Белозерский и И.И. Дубровская в 1936 г. выделили ДНК из ростков конского каштана. Это показало, что ДНК входит в состав клеток и животных и растений. ДНК была обнаружена и в клетках бактерий.
Современные взгляды на химическое строение нуклеиновых кислот сформировались в 40-50-х гг. прошедшего века.
Впервые прямые доказательства того, что молекулы ДНК являются носителями наследственности, были получены при исследовании у бактерий явления трансформации и позже подтверждены результатами исследования трансдукции. Вкратце эти исследования состояли в следующем.
Долгое время нуклеиновые кислоты не привлекали внимания исследователей. И только после того как в опытах английского бактериолога Ф. Гриффита (1928) была продемонстрирована способность пневмококков к трансформации, было выдвинуто предположение о том, что «трансформирующий агент», отождествляемый с «веществом наследственности», находится в ядре.
Суть эксперимента Гриффита заключалась в следующем. При введении мышам непатогенных штаммов пневмококков (рис. 5.3) животные не заболевали. При введении патогенных штаммов мыши гибли, однако при введении патогенных микробов, убитых нагреванием, мыши оставались здоровыми.
Гриффит показал, что при одновременном введении живых непатогенных и убитых патогенных микробов мыши погибали. Гриффит заключил, что живые микробы непатогенного штамма в присутствии клеток штамма патогенного приобретают наследственно закрепленные свойства патогенности (трансформируются).
Рис. 5.3. Эксперимент Ф. Гриффита
Трансформирующая способность ДНК была подтверждена специальным экспериментом. Фермент дезоксирибонуклеаза разрушает молекулы ДНК. После обработки ДНК дезоксирибонуклеазой, трансформирующая фракция теряла способность вызывать трансформацию.
В 1952 г. А.Херши и М.Чейз проводили эксперименты с бактериофагом Т2 — особым видом вируса, убивающим зараженную бактериальную клетку (рис. 5.4).
Бактериофаг, проникая в кишечную палочку Еscherichia coli (Е. соli), быстро в ней размножается. Экспериментаторы размножали бактериофаги в клетках Е. соli, которые росли на двух различных средах: на среде, содержащей радиоактивный изотоп серы ( 35 S), и на среде, содержащей радиоактивный изотоп фосфора ( 32 Р).
Фаги, которые размножились на клетках, выросших на среде с радиоактивным изотопом серы, включали 35 S только в свои белковые оболочки. Фаги, размножившиеся на клетках, которые выросли на среде с радиоактивным фосфором, содержали ДНК, меченную 32 Р. Затем полученными бактериофагами заражали клетки Е. соli, выращенные на обычной среде.
Оказалось, что бактерии, зараженные фагами, выросшими на 35 S, не содержали радиоактивной метки, в то время как бактерии, зараженные фагами, размножившимися на 32 Р, были радиоактивными.
Полученные результаты позволили авторам сделать два принципиальных вывода:
1) в бактериальную клетку проникает только фаговая ДНК, которая, размножаясь в клетке Е. соli, дает начало многочисленному потомству;
2) наследственным материалом является ДНК, которая определяет не только структуру и свойства ДНК потомства, но и свойства фаговых белков.
Рис. 5.4. Эксперимент А.Херши и М.Чейз
Позже, в 1956 г. было показано, что у РНК-содержащих вирусов генетическая информация также представлена нуклеиновой кислотой, а не белком. Доказано это было в экспериментах с вирусом табачной мозаики.
Нуклеиновые кислоты: история исследования, описание
В живом организме присутствуют три основные макромолекулы: белки и нуклеиновые кислоты двух видов. Благодаря им поддерживается жизнедеятельность и правильное функционирование всего организма. Что такое нуклеиновые кислоты? Для чего они необходимы? Об этом – далее в статье.
Общая информация
Нуклеиновая кислота – это биополимер, органическое соединение с высокой молекулярностью, которое образовано остатками нуклеотидов. Передача от поколения к поколению всей генетической информации – главная задача, которую выполняют нуклеиновые кислоты. Презентация, которая представлена ниже, раскроет данное понятие более подробно.
История исследования
Первый изученный нуклеотид был выделен из мышц быка в 1847-м году и назван «инозиновая кислота». В результате изучения химического строения было выявлено, что она является рибозид-5′-фосфатом и хранит в себе N-гликозидную связь. В 1868-м году было обнаружено вещество под названием «нуклеин». Открыл его швейцарский химик Фридрих Мишер во время исследований некоторых биологических субстанций. В состав этого вещества входил фосфор. Соединение обладало кислотными свойствами и не подвергалось разложению под влиянием протеолитических ферментов.
Классификация
Нуклеиновые кислоты бывают двух видов: ДНК и РНК. Их присутствие обнаруживается в клетках всех живых организмов. ДНК в основном содержится в ядре клетки. РНК находится в цитоплазме. В 1935 году, в ходе мягкого фрагментирования ДНК, были получены 4 ДНК-образующих нуклеотида. Эти компоненты представлены в состоянии кристаллов. В 1953 году Уотстон и Крик определили, что у ДНК существует двойная спираль.
Методы выделения
Разработаны различные способы получения соединений из естественных источников. Главными условиями этих методик являются результативное разделение нуклеиновых кислот и белков, наименьшая фрагментация веществ, полученных в ходе процесса. На сегодняшний день широко используется классический способ. Суть этого метода заключается в разрушении стенок биологического материала и дальнейшей их обработке анионным детергентом. В результате получается осадок из белка, а нуклеиновые кислоты остаются в растворе. Используется и другой метод. В этом случае нуклеиновые кислоты могут оседать в гелевом состоянии с помощью использования этанола и солевого раствора. При этом следует соблюдать определенную осторожность. В частности, добавлять этанол нужно с большой аккуратностью в солевой раствор для получения гелевого осадка. В какой концентрации выделилась нуклеиновая кислота, какие примеси в ней присутствуют, можно определить спектрофотометрическим методом. Нуклеиновые кислоты с легкостью подвергаются деградации с помощью нуклеазы, представляющей особый класс ферментов. При таком выделении необходимо, чтобы лабораторное оборудование прошло обязательную обработку ингибиторами. К ним относится, например, ингибитор DEPC, который применяется при выделении РНК.
Физические свойства
Нуклеиновые кислоты обладают хорошей растворимостью в воде, а в органических соединениях почти не растворяются. Кроме того, они особо восприимчивы к показателям температуры и уровня рН. Молекулы нуклеиновых кислот, обладающие высокой молекулярной массой, могут фрагментироваться нуклеазой под влиянием механических сил. К таковым относятся перемешивание раствора, его взбалтывание.
Нуклеиновые кислоты. Строение и функции
В клетках встречаются полимерные и мономерные формы рассматриваемых соединений. Полимерные формы называются полинуклеотидами. В таком виде цепочки нуклеотидов связываются остатком фосфорной кислоты. Из-за содержания двух видов гетероциклических молекул, называемых рибозой и дезоксорибозой, кислоты, соответственно, бывают рибонуклеиновые и дезоксирибонуклеиновые. С их помощью происходит хранение, передача и реализация наследственной информации. Из мономерных форм нуклеиновых кислот наиболее популярная аденозинтрифосфорная кислота. Она участвует в передаче сигналов и обеспечении запасов энергии в клетке.
Дезоксирибонуклеиновая кислота является макромолекулой. С ее помощью происходит процесс передачи и реализации генетической информации. Эти сведения необходимы для программы развития и функционирования живого организма. У животных, растений, грибов ДНК входит в состав хромосом, находящихся в ядре клетки, а также находится в митохондриях и пластидах. У бактерий и архей молекула дезоксирибонуклеиновой кислоты цепляется за клеточную мембрану с внутренней стороны. В таких организмах присутствуют в основном кольцевые молекулы ДНК. Они получили название «плазмиды». По химическому строению дезоксирибонуклеиновая кислота представляет собой полимерную молекулу, состоящую из нуклеотидов. Эти компоненты, в свою очередь, имеют в своем составе азотистое основание, сахар и фосфатную группу. Именно за счет двух последних элементов образуется связь между нуклеотидами, создавая цепи. В основном макромолекула ДНК представлена в виде спирали из двух цепей.
Рибонуклеиновая кислота представляет собой длинную цепь, состоящую из нуклеотидов. В их составе присутствуют азотистое основание, сахар рибозы и фосфатная группа. Генетическая информация кодируется с помощью последовательности нуклеотидов. РНК используется для программирования синтеза белков. Рибонуклеиновая кислота создается в ходе транскрипции. Это процесс синтеза РНК на матрице ДНК. Он происходит при участии специальных ферментов. Называются они РНК-полимеразами. После этого матричные рибонуклеиновые кислоты участвуют в процессе трансляции. Так происходит осуществление синтеза белка на матрице РНК. Активное участие в этом процессе принимают рибосомы. Остальные РНК в завершение транскрипции проходят химические преобразования. В результате происходящих изменений образуются вторичная и третичная структуры рибонуклеиновой кислоты. Они функционируют в зависимости от типа РНК.
История изучения нуклеиновых кислот. Доказательства генетической роли нуклеиновой кислоты
История изучения нуклеиновых кислот начинается с 1869 г., когда швейцарский химик И.Ф. Мишер обнаружил в клеточном ядре особые вещества, обладающие свойствами кислот. Он дал им название нуклеиновых кислот (от лат. nukleus — ядро) (рис. 5.1).
Рис. 5.1. Мишер Иоганн Фридрих (1844-1895)
В 1889 г. немецкий гистолог Рихард Альтман обозначил кислый компонент нуклеина термином «нуклеиновая кислота». В конце XIX в. немецкий биохимик Альбрехт Коссель (1853-1927) (рис. 5.2)расшифровал химический состав нуклеиновой кислоты, показав, что она содержит фосфорную кислоту, углевод и азотистые основания (пурины и пиримидины).
Ф. Левен, Д. Гулланд с сотрудниками (в 1900-1932 гг.) установили, что фосфорная кислота, углевод и азотистое основание соединены в блоки в виде мономеров – нуклеотидов.
Нуклеиновая кислота, выделенная из ядер клеток, в качестве углевода содержит D-дезоксирибозу. Поэтому она получила название дезоксирибонуклеиновой кислоты – ДНК. Наряду с ядерной была выделена цитоплазматическая нуклеиновая кислота, содержащая в качестве углевода D-рибозу; она получила название рибонуклеиновой кислоты – РНК.
Рис. 5.2. Альбрехт Коссель (1853-1927)
А.Н. Белозерский и И.И. Дубровская в 1936 г. выделили ДНК из ростков конского каштана. Это показало, что ДНК входит в состав клеток и животных и растений. ДНК была обнаружена и в клетках бактерий.
Современные взгляды на химическое строение нуклеиновых кислот сформировались в 40-50-х гг. прошедшего века.
Впервые прямые доказательства того, что молекулы ДНК являются носителями наследственности, были получены при исследовании у бактерий явления трансформации и позже подтверждены результатами исследования трансдукции. Вкратце эти исследования состояли в следующем.
Долгое время нуклеиновые кислоты не привлекали внимания исследователей. И только после того как в опытах английского бактериолога Ф. Гриффита (1928) была продемонстрирована способность пневмококков к трансформации, было выдвинуто предположение о том, что «трансформирующий агент», отождествляемый с «веществом наследственности», находится в ядре.
Суть эксперимента Гриффита заключалась в следующем. При введении мышам непатогенных штаммов пневмококков (рис. 5.3) животные не заболевали. При введении патогенных штаммов мыши гибли, однако при введении патогенных микробов, убитых нагреванием, мыши оставались здоровыми.
Гриффит показал, что при одновременном введении живых непатогенных и убитых патогенных микробов мыши погибали. Гриффит заключил, что живые микробы непатогенного штамма в присутствии клеток штамма патогенного приобретают наследственно закрепленные свойства патогенности (трансформируются).
Рис. 5.3. Эксперимент Ф. Гриффита
Трансформирующая способность ДНК была подтверждена специальным экспериментом. Фермент дезоксирибонуклеаза разрушает молекулы ДНК. После обработки ДНК дезоксирибонуклеазой, трансформирующая фракция теряла способность вызывать трансформацию.
В 1952 г. А.Херши и М.Чейз проводили эксперименты с бактериофагом Т2 — особым видом вируса, убивающим зараженную бактериальную клетку (рис. 5.4).
Бактериофаг, проникая в кишечную палочку Еscherichia coli (Е. соli), быстро в ней размножается. Экспериментаторы размножали бактериофаги в клетках Е. соli, которые росли на двух различных средах: на среде, содержащей радиоактивный изотоп серы ( 35 S), и на среде, содержащей радиоактивный изотоп фосфора ( 32 Р).
Фаги, которые размножились на клетках, выросших на среде с радиоактивным изотопом серы, включали 35 S только в свои белковые оболочки. Фаги, размножившиеся на клетках, которые выросли на среде с радиоактивным фосфором, содержали ДНК, меченную 32 Р. Затем полученными бактериофагами заражали клетки Е. соli, выращенные на обычной среде.
Оказалось, что бактерии, зараженные фагами, выросшими на 35 S, не содержали радиоактивной метки, в то время как бактерии, зараженные фагами, размножившимися на 32 Р, были радиоактивными.
Полученные результаты позволили авторам сделать два принципиальных вывода:
1) в бактериальную клетку проникает только фаговая ДНК, которая, размножаясь в клетке Е. соli, дает начало многочисленному потомству;
2) наследственным материалом является ДНК, которая определяет не только структуру и свойства ДНК потомства, но и свойства фаговых белков.
Рис. 5.4. Эксперимент А.Херши и М.Чейз
Позже, в 1956 г. было показано, что у РНК-содержащих вирусов генетическая информация также представлена нуклеиновой кислотой, а не белком. Доказано это было в экспериментах с вирусом табачной мозаики.
История исследования нуклеиновых кислот
Нуклеиновые кислоты (НК) входят в состав клеток всех живых организмов. Они играют главную роль в хранении, передаче наследственной информации и ее реализации в процесса синтеза белков.
НК были обнаружены были обнаружены в XIX веке щвейцарским врачом Иоганом Фридрихом Мишером.
В 1868-69 гг. он выделил из лейкоцитов неизвестное высокомолекулярное вещество, которые было названо нуклеином.
В 1879-88 гг. немецкий ученый Альбрехт Коссель и Эмиль Фишер нашли в составе нуклеина пиримидиновые и пуриновые азотистые основания. Тогда же немецкий ученый Рихард Альтман впервые ввел термин «Нуклеиновая кислота» и разработал удобный способ выделения этих веществ.
В 1909 г. Фибус Левин предположил, что НК состоят из мономеров – нуклеотидов. А в 1930 г. установил различия нуклеотидов по типу углеводной компоненты. НК, содержащие рибозу – РНК, дезоксирибозу – ДНК.
В 1934 г. Торбьёрн Оскар Касперссон вместе с Эйнаром Хаммерстеном показали, что НК — это гетерополимеры, мономерами которых являются нуклеотидные звенья.
Одновременно с изучением структуры нуклеиновых кислот проводились исследования, направленные на установление их биологической роли.
В 1881 г. Эдуард Захариас доказал, что нуклеин содержится в хромосомах, которые уже тогда считались ответственными за наследственные признаки. Однако идея о том, что нуклеиновые кислоты являются материальной основой наследственности, в науке не утвердилась. Так, советский биолог Н.К. Кольцов считал, что за передачу наследственности отвечает белковая компонента хромосом. Считалось также, что РНК встречается только у растений, а ДНК – у животных.
И только в 1936 г. благодаря работам Ж. Браше и Дж. Дэвидсона, а также А.Н. Белозерского стало ясно, что оба вида нуклеиновых кислот присуще как для животных, так и для растений.
Ф. Гриффит (1928 г.), О. Эвери (1944 г.), А. Херши (1952 г.) опытным путем доказали, что нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение, передачу и реализацию наследственной информации в процессе синтеза белка в клетке. Они пометили ДНК и капсид радиоактивным фосфором. Заразили вирусом кишечную палочку и пришли к выводу, что внутрь клетки попадает ДНК, а капсид остается в питательной среде. Таким образом, было доказано, что ДНК является носителем наследственной информации.
В 1950-е г. Э. Чаргафф установил строгие количественные соотношения азотистых оснований в молекулах ДНК, при помощи бумажной хроматографии которые получили название правил Чаргаффа.
Важнейшие сведения были получены благодаря рентгеноструктурным исследованиям биомолекул. Л. Полинг продемонстрировал возможность спирализации белковых молекул. Первые рентгенограммы молекул ДНК, полученные английскими биофизиками М.Уилкинсом и Р. Франклин свидетельствовали о наличии в их пространственной структуре элементов периодичности.
Основываясь на этих открытиях, в 1953 г. американский генетик Джеймс Уотсон и английский физик Френсис Крик сформулировали основные представления о структуре двойной спирали ДНК. Модель ДНК Уотсона-Крика позволила объяснить многие фундаментальные биологические феномены, такие как структурная организация молекул ДНК, способ хранения и точного копирования генетической информации, возможность изменения структуры генов в процессе эволюции.
В 1957 г. Ф.Крик сформулировал центральную догму молекулярной биологии (рис.1), согласно которой наследственная информация ( генетическая) информация реализуется однонаправленно. Заключенная в последовательностях нуклеотидов ДНК информация о первичной структуре белка сначала переписывается на молекулу РНК (процесс транскрипции), а затем в процессе биосинтеза белка реализуется в последовательности аминокислотных остатков полипептидной цепи (процесс трансляции). Согласно этой концепции, ДНК является хранилищем информации о структуре белка. Посредником между ними является РНК, реализующая генетическую информацию, заключенную. в ДНК, в структуру белка.
Глава 1. Из истории изучения нуклеиновых кислот.
Открытие нуклеиновых кислот принадлежит швейцарскому химику Ф. Мишеру, который продолжительное время изучал ядра лейкоцитов, входящих в состав гноя. Кропотливая работа замечательного исследователя увенчалась успехом.
В 1869 г. Ф. Мишер обнаружил в лейкоцитах новое химическое соединение, которое назвал нуклеином (лат. nucleus — ядро). Дальнейшие исследования показали, что нуклеин представляет собой смесь нуклеиновых кислот.
Впоследствии нуклеиновые кислоты были обнаружены во всех растительных и животных клетках, бактериях и вирусах. Однако химическое строение нуклеиновых кислот и их основных компонентов устанавливалось с трудом.
В природе существуют два вида нуклеиновьтх кислот: дезоксирибонуклеиновая и рибонуклеиновая. Различие в названиях объясняется тем, что молекула ДНК содержит сахар дезоксирибозу, а молекула РНК — рибозу
С момента открытия нуклеиновых кислот ученые разных стран интенсивно изучали строение и свойства этого биоорганического соединения. Был накоплен огромный фактический материал, послуживший основой, как для последующего исследования нуклеиновых кислот, так и для практического применения результатов полученных при их изучении.
В 1909 г. в результате гидролиза нуклеиновых кислот были выделены входящие в их состав сахара: рибоза и дезоксирибоза.
В 1936 г. советский ученый А. Н. Белозерский впервые обнаружил ДНК в клетках растений. Это открытие имело принципиальное значение — ДНК стали рассматривать как универсальный биологический материал.
В период с 1900 по 1930 г. проводятся работы по созданию хромосомной теории наследственности, в основу которой положены данные о том, что материальная структура — гены ДНК — содержат генетическую информацию. Основоположником этой теории является Томас Морган. Именно ему принадлежит приоритет в применении нового биологического объекта, который в настоящее время повсеместно используется при проведении практически всех генетических исследований.
С 1909 г. Т. Морган начал использовать плодовую мушку дрозофилу как объект для изучения изменения наследственных признаков и их комбинаций. Т. Морган совместно с К. Бриджисом, Г. Меллером и А. Стертевантом разработал и экспериментально обосновал существовавшее в неявном виде представление о генах — элементарных единицах наследственности и изменчивости. По имени создателя теория получила название концепции морганизма, согласно которой единицы наследственности имеют материальную природу с конкретной локализацией в хромосомах ядра клеток всех живых организмов. Морганизм является теоретической основой хромосомной теории наследственности.
В 1901 г. вышла в свет книга Г. де Фриза “Мутационная теория”, в которой была дана интерпретация термина “мутация”. Книга получила широкую известность, а вместе с ней в жизнь вошел и термин “мутация”, хотя непосредственная связь его с ДНК была окончательно установлена гораздо позже.
В 1925 г. Г. А. Надсон и Т. С. Филиппов открыли влияние рентгеновских лучей на появление наследственных изменений в эксперименте и обосновали формирование физиологических и биохимических подходов в трактовке понятия гена. Рентгеновское излучение было использовано для ускорения мутационного процесса.
В конце 20-х — начале 30-х годов Н. П. Дубинин, А. С. Серебровский с сотрудниками, используя данные Г. А. Надсона и Т. С. Филиппова и результаты собственных экспериментов, доказали сложное строение гена.
Каково же реальное значение открытия нуклеиновых кислот? Какой вклад в науку и мировоззрение людей внесли полученные результаты исследований, связанные с установлением фактов локализации наследственной информации в нуклеиновых кислотах?
Нуклеиновые кислоты являются реально существующим субстратом, который хранит, передает по наследству и воспроизводит все многообразие свойств и характеристик живых организмов. С их открытием развеялся миф об идеалистической сущности передачи наследственной информации. Было найдено конкретное химическое вещество, которое можно “потрогать руками”, вещество, несущее генетическую информацию. Это открытие в значительной степени стимулировало практическое использование биологических знаний, в частности для изучения наследственных заболеваний.
В 1926 г. А. Стертевант ввел в употребление понятие инверсии. В генетических исследованиях оно имеет большое значение. Он обнаружил это явление при изучении кроссинговера у самок плодовой мушки дрозофилы. При этом А. Стертевант обнаружил, что срединный участок одной из хромосом третьей пары перевернут на 180°, т. е. поставлен в обратном направлении. Вот этот переворот участка хромосомы и стали называть инверсией. Инверсии бывают простые (одиночные) и сложные. Причем сложные инверсии ведут к весьма значительным перестановкам блоков генов.
В 1928 г. советский биолог К. Кольцов намного опережая открытие Д. Уотсона и Ф. Крика, в ясной форме высказал предположение о матричном синтезе, т. е. о том, что в настоящее время понимают под механизмом репликации и транскрипции.
Итак, общее количество адениновых остатков в каждой молекуле ДНК равно количеству тиминовых остатков, а количество гуаниновых единиц — количеству цитозиновых. В дальнейшем этим открытием, получившим название “правило Чаргаффа” воспользовались Дж. Уотсон и Ф. Крик при построении моделей молекулы ДНК. На основании проведенных исследований было высказано предположение, что такая закономерность обусловлена наличием генетического кода, заключенного в структуре ДНК.
В этот же период было сделано еще одно уникальное открытие, указавшее на важную роль нуклеиновых кислот в передаче наследственной информации. Брали клетки совершенно различных, удаленных друг от друга органов и тканей. Исследования показали, что ядро любой клетки содержит примерно 6*10 мг ДНК. Только в яйцеклетках и сперматозоидах содержание ДНК было в два раза меньше, чем в клетках остальных тканей.
В 1953 г. Д. Уотсон и Ф. Крик обосновали существование двойной спирали ДНК и впервые предложили адекватную модель молекулы ДНК, которая объяснила все факты, связанные с функционированием нуклеиновых кислот. Она показала, каким образом молекула передает информацию и воспроизводит сама себя. По сути дела, был открыт способ записи и воспроизведения генетической информации на молекулярном уровне. Д. Уотсон и Ф. Крик сами не проводили рентгеноструктурных исследований нуклеиновых кислот, но воспользовались данными М. Уилкинса и Р. Френклин и работами Э. Чаргаффа.
Основным компонентом хромосом является ДНК. Д. Уотсон и Ф. Крик выделили два основных структурных свойства ДНК: ее двуспиральность и комплементарность, иначе говоря, соответствие друг другу цепей ДНК. От этих двух свойств зависит репликация генетического материала, т. е. возможность создания себе подобной структуры ДНК. В процессе репликации двойная спираль ДНК раскручивается и на каждой из цепей, как на матрице, строится комплементарная ей дочерняя цепь.
1953 г. считается датой рождения новой биологической науки — молекулярной биологии. Название “молекулярная биология” предложил английский ученый кристаллограф У. Астбери. В свою очередь она заложила основу возникновения многих самостоятельных научных дисциплин. Так как Ф. Крик и д. Уотсон, кроме открытия структуры ДНК, внесли большой вклад в изучение других разделов молекулярной биологии, развитие этой науки по праву связывают с их именами.
Открытие в 1953 г. структуры и механизма функционирования ДНК в качестве носителя наследственной информации является началом современного этапа в изучении нуклеиновых кислот. Расшифровка строения нуклеиновых кислот, понимание их функции способствовали значительному прогрессу в изучении белкового синтеза.
В 50—х. годах ХХ в. в опытах с модельными системами было доказано, что местом синтеза белка в клетке являются рибосомы. В это же время была открыта транспортная РНК и установлена вся последовательность этапов биосинтеза белковых молекул.
В середине 60-х годов исследователи Р. Холли, Г. Цахау, А. А. Баев и другие разработали принцип определения последовательности нуклеотидов в РНК, который лег в основу изучения структурно-функциональной организации отдельных РНК.
В 1961 г. Ф. Крик сформулировал основные свойства генетического кода. Он математически и экспериментально доказал существование кодирования генетической информации.
В 1961 г. Ф. Жакоб и Д. Моно установили общий принцип работы оперона — группы генов, определяющих синтез функционально связанных ферментов. Эта модель явилась мощным стимулом в разработке практического использования знаний о нуклеиновых кислотах, включая и развитие генной инженерии.
В 1956 г. Д. Тжио и А. Леван установили, что хромосомный набор человека состоит из 46 хромосом. Эта дата считается датой рождения современной цитогенетики человека. К тому времени уже успешно культивировались клетки вне организма, применялись особые способы получения пригодных для проведения хромосомного анализа метафазных пластинок, т. е. пластов клеток, находящихся в метафазе.
В это же время ученые начали обстоятельно исследовать хромосомные аномалии с помощью новых методов, основанных на последних достижениях в изучении структуры нуклеиновых кислот. Было установлено, что хромосомные болезни начинают проявляться уже на самой ранней стадии развития зародыша, а некоторые хромосомные нарушения вызывают его гибель. Накопление знаний о нуклеиновых кислотах и последствиях изменений их структуры в 60—70-х годах привело к появлению в разных странах медико-генетических учреждений для оказания медицинской помощи лицам, страдающим наследственными заболеваниями.
Начиная с 70-х годов ХХ в. разработка методов дифференциальной окраски хромосом для клинической цитогенетики позволила выявить каждую хромосому в ядре клетки, дала возможность во многих случаях судить о происхождении аномальных хромосом. Успех клинической цитогенетики продолжает развиваться и в настоящее время: выделены редкие наследственные заболевания, обусловленные нарушением отдельных сегментов хромосом, а число известных наследственных признаков у человека к 1978 г. достигло 2811.
Таким образом, история развития знаний о нуклеиновых кислотах наглядно демонстрирует постепенный переход от феноменологии нуклеиновых кислот к их экспериментальному и теоретическому изучению с последующим выходом в практику.