ДНК — носитель наследственности

Ранее было показано, что материальные носители наследственности — гены — находятся в хромосомах. Какова же их химическая природа?

В состав хромосом высших организмов входят дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК) и несколько типов белков. В настоящее время вывод о том, что генетическая информация передается из поколения в поколение с помощью ДНК, получил всеобщее признание, хотя до 1941 года считалось, что носителем наследственности является белок. Первые экспериментальные данные о хранении и передаче генетической информации нуклеиновыми кислотами были получены в 1941 году О. Эвери при работе с бактериями. Но бесспорное доказательство роли ДНК в передаче наследственной информации было получено при изучении размножения бактериофага Т2, инфицирующего кишечную палочку (бактерию) — Escherichia coli.

Строение бактериофага Т2 представлено на рис. 8.1. Бактериофаги — это вирусы бактерий, состоящие только из двух микромолекулярных компонентов: белка и ДНК, заключенной в головке бактериофага. Частица бактериофага заражает клетку Е. coli. Внутри клетки образуются новые частицы бактериофага. Через 20 минут при температуре 37 °С клетка лизируется и около 100 дочерних частиц выходят наружу.

В 1952 году А. Херши и М. Чейз выяснили, какой из двух компонентов отвечает за размножение бактериофага (рис. 8.2). Для этого белок бактериофага был помечен радиоактивным изотопом 35S (серу содержат только аминокислоты метионин и цистеин, входящие в белок), ДНК бактериофага— радиоактивным изотопом фосфора 32Р (около 99 % фосфора бактериофага Т2 заключено в его ДНК).

Мечеными бактериофагами были заражены клетки Е. coli, не содержащие ни 35S, ни 32Р. После начального периода адсорбции бактериофага на клетках, последние тщательно отмывали, освобождая их от так называемых «теней» бактериофага — пустых оболочек, оставшихся на поверхности бактериальных клеток. Оказалось, что в результате такой процедуры из культуры бактерий удаляется 80 % 35S и это никак не влияет на дальнейшее размножение бактериофага. В то же время основная масса 32Р не может быть удалена, поскольку проникает внутрь бактерий (см. рис. 8.2), и в дальнейшем, при размножении бактериофага, передается потомству. Таким образом было доказано, что именно ДНК, а не белок определяет размножение бактериофага в зараженных клетках.

Было также доказано, что каждая хромосома содержит одну гигантскую молекулу двуспиральной ДНК. Отрезки этой молекулы, гены, являются своеобразными кодами, по которым строятся белки.

Длина деспирализованной нити ДНК достигает I—2 м. ДНК клетки компактно сложена в хроматине и в ядре занимает всего 40—50 мкм3. Та-

кая компактность позволяет клетке без потерь передавать полные комплекты наследственной информации.