Физическиеи химические основы явлений наследственности.Революция в генетике былаподготовлена всем ходом могущественного развития цдей и методов мендилизма ихромосомной теории наследственности. Уже в недрах этой теории было показано,что существуют явления трансформаций у бактерий что хромосомы - это комплексные компоненты, состоящие из белка и нуклеиновойкислоты.Молекулярная генетика - это истинное детище всего XXвека, которое на новом уровне впитало в себя прогрессивные итоги развитияхромосомной теории наследственности, теории мутации, теории гена, методовцитологии и генетического анализа.
На путях молекулярных иследований в течениипоследних 20 лет генетика претерпела поистене революционные изменения. Онаявляется одной из самых блестящих участниц в общей революции современногоестествознания.Благодаря ее развитию появилась новая концепция о сущестностижизни, в практику вошли новые могущественные методы управления и познаниянаследственности, оказавшие влияние на сельское хозяйство, медицину ипроизводство.
Основным в этой революции было раскрытиемолекулярных основ наследственности. Оказалось, что сравнительно простыемолекулы дизоксирибонуклеиновых кислот ДНК несут в своей структуре записьгенетической информации.Эти открытия создали единую платформу генетиков,физиков и химиков в анализе проблем наследственности. Оказалось, чтогенетическая информация действует в клетке по принципам управляющих систем, чтоввело в генетику во многих случаях язык и логику кибернетики.
Вопреки старым воззрениям на всеобъемлющуюроль белка как основу жизни, эти открытия показали, что в основеприемственности жизни лежат молекулы нуклеиновых кислот. Под их влиянием вкаждой клетке формируются специфические белки. Управляющий аппарат клеткисобран в ее ядре, точнее - в хромосомах, из линейных наборов генов.Каждый ген,являющийся элементарной единицей наследственности, вместе с тем представляетсобой сложный микромир в виде химической структуры, свойственной определенномуотрезку молекулы ДНК. Таким образом современная генетика открываетперед человеком сокровенные глубины организации и функций жизни.
Как всякиевеликие открытия, хромосомная теория наследственности, теория гена и мутаций учения о формах изменчивости генов и хромосом оказывали глубокое влияние нажизнь. Развитие физико-химической сущности явления наследственности неразрывносвязано с выяснением материальных основ всех явлений жизни.В явлении жизни нетничего кроме атомов и молекул, однако форма их движения качественно специфична.Наследственность не автономное, независимое свойство, оно неотделимо отпроявления свойств клетки в целом.
Взаимодействие молеукл ДНК,белков и РНК лежит в основе жизнедеятельности клетки и ее воспроизведения.Поскольку явление наследственности, в общем смысле этого понятия, естьвоспроизведение по поколениям сходного типа обмена веществ, очевидно, что общимсубстратом наследственности является клетка в целом.Явление наследственности в целом необусловленоисключительно генами и хромосомами, которые представляют собой все же толькоэлементы более сложной системы - клетки. Это не умаляет роли генов и ДНК, в нихзаписана генетическая информация, т. е. возможность воспроизведенияопределенного типа обмена веществ.
Однако реализация этой возможности, т. е.процессы развития осыби или процессы жизнидеятельности клетки, базируетсяцелостной саморегулирующейся системе в виде клетки или организма.В настоящее времяв качестве первоочередной встает задача, выяснить, как осуществляется высшийсинтез физических и химических форм движения, появление которого знаменовалособой возникновение жизни и наследственности. Явление жизни нельзя свести кхимии и физике, ибо жизнь - это особая форма движения материи.
Однако ясно, чтосущность этой особой формы движения материи не может быть принята без знанияприроды простых форм, которые входят в него уже как бы в снятомвиде . Поэтому проблема физических и химических основ наследственностиявляется ныне одной из центральных в генетике.
Ее разработка должна заложитьосновы для решения проблем наследственности во всей сложности ее биологическогосодержания. Совершенно ясно, что важнейшие вопросы философского материализмасвязаны с разработкой этой проблемы.Материалистическая постановка решающихвопросов наследственности не мыслима без признания того, что явлениенаследственности материально обусловлено, что в клетке которая образуетпоколение, должны иметься определенные материальные вещества и структуры,физические и химические формы движения которых благодаря их специфическомувзаимодействию создают явление наследственности. В свете сказанного вполне понятно то значение,которое имеет полная физико-химическая расшифровка строения биологически важныхмолекул.
Несколько лет назад впервые химическими средсвами вне организма быласинтезирована белковая молекула - гормон инсулин, управляющий углеводнымобменом в организме человека.Недавно была расшифрована физическая структура дыухбелков - дыхательных пигментов крови и мышц - гемоглобина и миоглобина.
Длямолекулы фермента лизоцина физики открыли пространственное расположение каждогоиз тысячи атомов, участвующих в построении его молекул. Установлено место вмолекуле, ответственное за каталитический эффект этого биологическогокатализатора, недопускающего проникновения вирусов в клетку.После этих событий, связанных с раскрытиемприроды генетического кода и генетических механизмов в синтезе белков, впервыеудалось дать полный химический анализ и формулы строения молекулы транспортнойРНК. Все эти открытия, включая замечательный факт, что синтез молекул ДНК идетпод координирующим влиянием затравки матричной ДНК , показывает, какойсерьезный шаг сделала генетическая биохимия к созданию прототипа живого.
Поистине фантастические горизонты открываютсяна путях синтеза генов в искуственных условиях, которые осуществлены висследованиях Г. Корана и его группы ученых-последователей.Другим выдающимсяоткрытием послужила разработка условий для искусственного самоудвоения ДНК вбесклеточной системе.
Было установлено, что молекулы ДНК по крайней мере увирусов и бактерий сущесвуют в форме замкнутого кольца и в таком виде служатматрицей для ДНК-полимеразы.Проблемыгена и молекулярные основы мутации.Однаиз наиболее важных задач современной генетики является получение направленыхмутаций.Эта задача в основном решается на путях направленного химическогопреобразования молекулярных системв пределах отдельных генов.
При помощиметодов общей, радиационной, химической и молекулярной генетики во многихстранах уже достигнуто управление наследственностью. В селекциимикроорганизмов, растений и животных имеются существенные производственныедостижения, полученные с помощью этих новых методов.Какни сложна задача получения направленных мутаций, однако в последних работах помолекулярной генетике найдены правильные пути, и более того даже некоторыеэлементы решения этой задачи уже достигнуты в работах с бактериями и раст.вирусами.