ужать делеції частині нормальної хромосоми, дуплікаціїдеяких областей і навіть інверсії сегментів. Іноді спостерігаються втратихромосом або, навпаки, поява зайвих. Наприклад, захворювання людини,відоме як синдром Дауна, зумовлена ​​присутністю трьох копій 21-ої хромосомизамість звичайних двох. Успіхи у вивченні структури хромосом визначалися виборомпідходящих експериментальних об'єктів. Так, величезні політенні хромосоми D. melanogaster стали улюбленоюекспериментальної системою ще на зорі розвитку галузі біології, іменованоїтепер цитогенетикою; систематичне вивчення невеликих за розміром хромосомлюдини та інших ссавців могло розпочатися лише з удосконаленнямекспериментальної техніки на початку 50-х років. Хромосоми прокаріотів не видно вне існувало.ознак.
На початку XX в. була виявленагенетики.ВБулиВ
Цейхромосомі.melanogaster.
ВПрипущеннямікроорганізмів.гена.ПроведеніКрім того,Такимcoli.спіралі ДНК.лужіло збагатило науку відкриттяОсвальда Евері і його колег, а також Альфреда Херші і Маргарет Чейз, що складалосяв тому, що тільки ДНК є носієм генетичної інформації. Центральнароль в спадковості, приписувана хромосомами, могла бути тепер віднесена доДНК, яку вони містять.
ДНК - не єдина нуклеїнова кислота, обнаруживаемая вклітці. Близькоспоріднені молекули - РНК - відрізняються відДНК в основному тим, що замість дезоксирибози містять рибозу і частіше маютьодноцепочечную структуру.
Розшифровка структури ДНК і встановлення її центральної ролів спадковості увінчали накопичені наукою дані і дозволили генетиці зстатистичної та феноменологічної науки перетворитися на науку з переважаннямхімічних і молекулярних напрямів розвитку. Негайна бурхлива реакціявчених на відкриття подвійної спіралі свідчила про її адекватності. Модельструктури ДНК не тільки відповідала хімічним і фізичним даним, але йповністю відповідала функцій, властивих генетичному матеріалу. У лінійнійпослідовності чотирьох пуринів і піримідинів могло бути закодовановеличезна кількість інформації, і в принципі ця структура могла забезпечитисвою власну реплікацію. Розшифровка структури ДНК проливала світло на самірізні аспекти біології та створювала основу для пояснення багатьох суперечливихданих, отриманих раніше. Вона забезпечила фундаментальну цілісність приінтерпретації величезного різноманіття життєвих форм. Раз і назавждиспадковість пов'язувалася з певною молекулярною структурою.
Проблеми механізмів переносу, перерозподілу та експресіїгенетичних ознак, довгий час не знаходили рішення, з початку 50-х роківперейшли на молекулярний та хімічний рівні. Як реплікуються і рекомбінуютьмолекули ДНК? Яким чином вони зберігаються в наступних поколіннях? Якимспособом інформація, закодована в ДНК, забезпечує освітуфенотипічних продуктів - білків? Як регулюється зчитування інформації,закодованої в ДНК, в процесі росту клітин або розвитку організму і приінших фізіологічних станах? Як порушуються ці процеси при захворюваннях?Ці та ще багато інших питань стояли в центрі молекулярно-генетичнихдосліджень протягом останніх 35 років. Бурхливий прогрес в перші 20 з них бувдосягнутий завдяки використанню систем прокаріот і пов'язаний з ідентифікацієюмолекулярних структур, що беруть участь в процесах зберігання, підтримання, передачіі використання генетичної інформації.
Перенесення генетичної інформації в клітині
Інформаційні взаємовідносини між ДНК, РНК і білкамитепер точно встановлені. Реплікація, за допомогою якої створюються ідентичнікопії батьківської молекули ДНК, забезпечує генетичну безперервність у низціпоколінь. Транскрипція ДНК з утворенням РНК опосередковує трансляцію цієїінформації на рівень білків. Отже, ДНК виконує дві основоположні функції.Перша-це здійснення своєї власної реплікації. Друга - цеформування фенотипу через освіту молекул РНК, що беруть участь у трансляціїінформації, що міститься в ДНК, на мову білків. І, наскільки це відомо,тільки у еукаріотів інформація може передаватися у зворотному напрямку, від РНКдо ДНК, за допомогою процесу, іменованого зворотною транскрипцією.
В основі перенесення інформації від ДНК до РНК або від РНК до ДНКлежить універсальна здатність нуклеїнових кислот служити матрицею. Нуклеїновікислоти направляють збірку ідентичних або споріднених молекул і безпосередньоберуть участь у процесі синтезу білка. Наскільки відомо, інформація непередається від білків до нуклеїнових кислот. Однак білки крім самозбіркиздійснюють найважливішу функцію каталізу та інформаційного переносу міжнуклеїновими кислотами.
Далі ми розглянемо коротко ключові характеристикигенетичного апарату і його функціонування: структурні особливостінайважливіших компонентів молекул - ДНК, РНК і білків - і те, як вони працюють,забезпечуючи збереження цілісності геному і трансляцію генотипу організму на йогофенотип. Ці питання детально розглядаються в гл.1, 2 і 3, складовихпершу частину книги.
Структура та збереження геномної ДНК
Усі клітинні ДНК складаються з двох полінуклеотидних ланцюгів,закручених навколо загальної осі з утворенням подвійної спіралі. Зовнішнюповерхню спіралі становить кістяк кожної ланцюга, що складається з повторюванихзалишків дезоксирибози. Ланцюги утримуються разом завдяки водневим зв'язкамміж пуриновими підставами одного ланцюга і піримідиновими - інший: аденінзавжди спарений з тиміном, а гуанін - з цитозином. У результаті утворення такихпрактично інваріантних пар послідовність підстав одного ланцюга однозначновизначає їх послідовність в іншій - іншими словами, ланцюги подвійної спіраліДНК комплементарні.
Молекули ДНК виконують дві різні функції. Перша - послідовністьпуринових і піримідинових основ кожної ланцюга служить матрицею, з якоїкопіюється нова ланцюг. Друга - гени, що складають ДНК, детермінують синтезферментів та інших білків, необхідних для синтезу нових молекул ДНК. Приреплікації в особливому ділянці подвійної спіралі ДНК відбувається розплітання ланцюгів. Врезультаті кожна ланцюг починає функціонувати як матриця, на якійсинтезується нова, компліментарна ланцюг. Таким чином, кожна з обохутворилися дочірніх спіралей отримує один ланцюг від батьківської спіралі, аіншу - утворену в результаті синтезу de novo. Незважаючи на гаданулогічну простоту, процес реплікації в дійсності дуже складний і дляйого здійснення необхідно безліч білків. Найважливішими з них єферменти, звані ДНК-полімераза. Їх роль у реплікації полягає в збірціполінуклеотидних ланцюгів з окремих мононуклеотид. Всі ДНК-полімеразиподовжують полінуклеотидних ланцюг послідовним додаванням окремихдезоксінуклеотідов.
Вибір нуклеотиду, який повинен бути приєднаний до ланцюга,визначається здатністю входить до його складу підстави утворювати компліментарнупару з наступним вільним підставою ланцюга-матриці. Висока надійністьпроцесу реплікації гарантує практично безпомилкову передачу генетичноїінформації в ряді поколінь.
Одне з відкриттів, зроблених при вивченні найпростіших геномів,полягало в тому, що вони кодують апарат для власного увічнення тазбереження. Більш того, генетична програма допускає можливість перебудовДНК, і хоча при цьому часто утворюються невигідні, несприятливі перебудови,створювані нові комбінації генів є матеріалом для еволюційногоекспериментування. Всі геноми містять інформацію, необхідну для синтезуРНК, ферментів і різних білків, що беруть участь в цих процесах. Один з такихпроцесів - генетична рекомбінація, в результаті якої відбувається обмінміж сегментами гомологічних хромосом. Раніше ми відзначали, що генетичніобміни пов'язані, мабуть, з спарюванням хромосом в мейозі; більш того,процес кросинговеру можна візуалізувати. Якщо розглядати ці події намолекулярному рівні, то рекомбінація відбувається в місцях перехрещення і полягає врозриві і возз'єднання ланцюгів в межах відповідних областей ДНКрекомбінує хромосом. Рекомбінація, також генетично детермінована,може відбуватися і між певними ділянками ДНК хромосом; врезультаті створюються нові зв...
