Установление роли ДНК

В 1935 г. американский биохимик Уэнделл Стенли, работая с экстрак­том вируса табачной мозаики, получил игольчатые кристаллы. Оказалось, что эти кристаллы обладают высокой инфекционностью, т.е. ученый получил вирус в кристаллическом виде.

Как только получили кристаллическую форму ви­русов, стало возможным вести исследования по методу дифракции рентгеновских лучей. Вирусы, безусловно, относились к белкам, будучи особой их разновидно­стью, носящей название нуклеопротеидов. Успехи тех­ники окрашивания препаратов позволили выяснить химическую природу отдельных субклеточных струк­тур. Было установлено, что хромосомы (а следова­тельно, гены) также относятся к нуклеопротеидам. Молекула нуклеопротеида состоит из молекулы белка, связанной с фосфорсодержащим веществом, извест­ным под названием нуклеиновой кислоты. Впервые нуклеиновые кислоты открыл в 1868 г. швейцарский биохимик Фридрих Мишер(1844—1895) в ядрах кле­ток гноя. Долгое время их считали специфически ядер­ным компонентом. Когда оказалось, что нуклеиновые кислоты присутствуют и вне ядер, уже поздно было менять название. Нуклеиновые кислоты подробно изучил немецкий биохимик Альбрехт Коссель (1853— 1927), которому в 1880 г. удалось расщепить их на более мелкие составные части, включавшие фосфор­ную кислоту и сахар, точного состава которых он не смог определить. Кроме того, в нуклеиновой кислоте он обнаружил два соединения класса пуринов, моле­кулы которых представляли циклические соединения с двумя кольцами, содержащими четыре атома азо­та. Эти вещества Коссель назвал аденином и гуани­ном (а иногда просто обозначал буквами А и Г). Он обнаружил также три пиримидина (вещества с од­ним кольцом, содержащие два атома азота), которые были названы им цитозином, тимином и урацилом (Ц, Т и У).

Американский химик Фебус Левин (1869—1940), изучая эти вещества на протя­жении 20-х и 30-х годов, показал, что в молекуле ну­клеиновой кислоты молекула фосфорной кислоты, мо­лекула сахара и молекула одного из пуринов или пиримидинов образуют трехкомпонентное соединение, которое он назвал нуклеотидом. Молекула нуклеи­новой кислоты состоит из цепочки этих нуклеотидов, подобно тому как молекула белка — из цепей амино­кислот. Нуклеотидная цепь построена так, что моле­кула фосфорной кислоты одного нуклеотида связана с сахарной группировкой соседнего нуклеотида. Это и есть сахаро-фосфатный скелет, от которого ответ­вляются отдельные пурины и пиримидины.

Далее Левин показал, что сахара нуклеиновых кис­лот могут быть двух типов: рибоза, содержащая толь­ко пять атомов углерода вместо шести, как это имеет место в хорошо изученных сахарах, и дезоксирибоза, в которой на один атом кислорода меньше, чем в рибозе. Каждая молекула нуклеиновой кислоты со­держит тот или иной сахар, но отнюдь не оба одно­временно. Таким образом, различаются два типа ну­клеиновых кислот: рибонуклеиновая (РНК) и дезоксирибонуклеиновая (ДНК). Каждая нуклеиновая ки­слота включает пурины и пиримидины четырех раз­личных типов. В ДНК нет урацила, в ее состав вхо­дят А, Г, Ц и Т, в то время как в РНК нет тимина, а только А, Г, Ц и У. Шотландский химик Александр Тодд подтвердил данные Левина, син­тезировав в 40-х годах различные нуклеотиды.

Вначале биохимики не придали большого значе­ния нуклеиновым кислотам. Хотя и было известно, что белковая молекула связана с различными небел­ковыми дополнениями, вроде сахаров, жиров, металлов и витаминов, считалось, что белок представляет собой основную часть моле­кулы. Даже после того, как нуклеопротеиды обнару­жили в хромосомах и вирусах, биохимики не потеряли уверенности, что нуклеиновые кислоты — это второ­степенная часть молекулы.

В 90-х годах ХIХ столетия Альбрехт Коссель провел наблюдение, все значение которого стало понятно го­раздо позже.

Сперматозоиды почти целиком состоят из тесно лежащих хромосом и содержат химические вещества, несущие полную информацию, благодаря которой по­томству передаются отцовские наследственные при­знаки. Однако Коссель нашел, что белки сперматозо­идов значительно проще, чем белки других тканей, в то время как нуклеиновая кислота подобна нуклеино­вой кислоте тканей тела. Отсюда с большой вероят­ностью вытекало, что наследственная информация за­ключена скорее в неизменных молекулах нуклеиновых кислот спермы, чем в ее чрезвычайно упрощенном белке.

Но вера в молекулу белка еще не была поколеб­лена, так как результаты исследований 30-х годов говорили о слишком простом, чтобы нести наследст­венную информацию, строении нуклеиновых кислот, представляющих очень мелкие молекулы, которые со­стоят только из четырех нуклеотидов.

Поворотным пунктом явились исследования, про­веденные в 1944 г. Группа ученых в составе Освальда Эве­ри, К. Мак Леода и М. Мак Карти, работавших со штаммами пневмо­кокков (возбудителей пневмонии), получили доказательство, что именно ДНК – это вещество наследственности. Они работали со штаммами двух типов: S-форма (гладкие колонии) и R-форма (шероховатые колонии).