Реферати » Реферати з біології » Хроніка великого відкриття: ідеї та особи

Хроніка великого відкриття: ідеї та особи

Хроніка великого відкриття : ідеї та особи

В.А. Ратнер

Наука середини XX в. була вражена відкриттям генетичного коду. Хоча цієї події і очікували всі вчені, але коли воно відбулося (1965), науковий світ не втримався від оплесків. "Фіналісти" вирішення цієї проблеми (Ф. Крик, Дж.Уотсон, М.Уілкінс, М. Ніренберг, Г.Корана, Р.Холлі) були увінчані Нобелівськими преміями. Проблема генетичного коду зайняла центральне місце в підручниках біології, генетики, молекулярної біології, біофізики і залишається там до цих пір.

Однак за громом овацій не завжди помітно істинне рух і розвиток цієї великої ідеї, пов'язане з іменами видатних фізиків і біологів. Багато з них були геніями російської та світової науки, але спробувати себе в цій проблемі прагнули майже все. Ідея кодування генетичної інформації визрівала поступово, як би переходячи з рук в руки відповідно до "принципом одиночного торкання". Є такий спосіб гри в баскетболі: гра в один дотик. Розвиток цієї ідеї я постараюся показати "в особах", як це представляється нам сьогодні.

Спадкові молекули

Уявлення про дискретних спадкових факторах було сформульовано засновником генетики Грегором Менделем ще в 60-ті роки минулого століття, але прийнято і усвідомлено наукою [1] тільки в початку XX в. Тоді ж В.Іоганзен назвав ці фактори генами, а місцем їх локалізації в клітині одностайно визнані хромосоми ядра. Однак аж до 50-х років нічого не було відомо ні про матеріальну природу генів, ні про механізми їх дії і контролю над формуванням ознак. Про генах судили "заочно", не знаючи, що конкретно криється за цим словом. Як пожартував пізніше один з нині живих генетиків-теоретиків: "Ген - це міфічна одиниця нібито спадковості". Або, як цілком серйозно сказав відомий американський генетик С.Бензер: "Гени - це атоми спадковості". Атом - значить неподільний!

У 1927 р. російський вчений Микола Костянтинович Кольцов, відомий цитолог і генетик, член-кореспондент АН СРСР і директор Інституту експериментальної біології, виступив з доповіддю, де виклав свої досить гіпотетичні погляди на матеріальну природу генів і хромосом [2]. Протилежну точку зору висловив професор-хімік А.А.Коллі. Він зіставив розмір голівки сперматозоїда (ca. 30 мкм у людини), в якому поміщена половина всієї спадкової інформації нащадка, з відомими тоді розмірами білкових молекул. Виходило, що в цьому обсязі могло перебувати лише трохи більших молекул, трохи перевищує число самих хромосом.

Отже, спадковість дуже складна в біологічному відношенні, але проста у хімічному. Чи сумісні ці точки зору? Студент Кольцов запам'ятав цю колізію. Через 35 років, вже будучи зрілим вченим, він сформулював одну з перших гіпотез про матеріальну природу хромосом і генів. Зрозуміло, це було зроблено на рівні знань свого часу, тому багато уявлення потім істотно змінилися, але найбільш глибокі припущення виявилися вірними. У 1935 р. Кольцов виклав цю гіпотезу в більш розгорнутої і ілюстрованої форме3.

До цього часу вже були відкриті деякі властивості білків. По-перше, стали відомі молекулярні маси білків, що лежать за оцінками в інтервалі 10 - 2000 тис. Д. (Тепер такі молекули називають макромолекулами.) По-друге, було показано, що різні білки розпадаються на амінокислоти не менше 17 типів (надалі - 20). Якщо уявити собі, що білки - лінійні молекули, а по рентгеноструктурним даними лінійний розмір амінокислот близько 0.003 мкм, то лінійні ланцюжка всього з 100 ланок складуть вже 0.3 мкм, що цілком порівнянно з видимими розмірами хромосом і клітинного ядра (3 - 10 мкм).

Кольцов припустив, що хромосоми - це величезні молекули білків або пучки таких молекул. Інших довгих молекул, що складаються з гетерогенних мономерів, в клітинах тоді не знали. Тімонуклеіновая кислота (майбутня ДНК) розглядалася як "порівняно просте органічне з'єднання, якому було б дивно приписувати роль носія спадкових властивостей".

Хромосома містить дві генонеми, тобто два пучки однакових білкових молекул. Такі гетерогенні впорядковані хромосоми-молекули можуть мати величезне число ізомерів (комбінаторних варіантів) однакового складу, але різного порядку символів-генів. Оскільки послідовність генів успадковується, то хромосома навіть в інтерфазі клітинного циклу (коли її не видно в мікроскоп) не може розпадатися на компоненти-гени; інакше вони не зможуть знову скластися в колишньому порядку. Тому в процесі відтворення хромосоми-молекули послідовність генів повинна зберігатися. За біологічною традиції це міркування було прибраний в форму афоризму: "Кожна молекула від молекули" (лат. - "Omnis moleсula ex moleсula").

"Якщо ми визнаємо, що найбільш істотною частиною хромосоми є довгі білкові молекули, що складаються з декількох десятків або сотень атомних груп радикалів (всього-на-всього! - В.Р.), то Морганових уявлення про хромосомі як про лінійному ряді генів отримає ясну конкретну основу. Радикали хромосомної молекули - гени - займають в ній зовсім певне місце, і найменші хімічні зміни в цих радикалах, наприклад відрив тих чи інших атомів і заміна їх іншими повинні бути джерелом нових мутацій ".

З запропонованої Кольцовим схеми організації хромосоми випливає, що можна пошукати такі хімічні речовини, які здатні модифікувати бічні радикали, тобто можливий індукований хімічний мутагенез. У середині 30-х років він запропонував своїм молодим співробітникам почати пошук таких хімічних мутагенів. Найбільшого успіху з них домігся Йосип Абрамович Рапопорт, який по праву вважається одним з першовідкривачів хімічного мутагенезу [4].

Зараз ми можемо об'єктивно оцінити ідею Кольцова, який перший припустив, що генетичний "каркас" хромосоми становить гігантська лінійна макромолекула, побудована з обмеженого розмаїття мономерів. Ця гіпотеза повністю виправдалася, правда, для молекул ДНК, а не білків (хоча білки теж мають лінійну структуру і складаються з мономерів).

Замість випадкової збірки генів у хромосому при її подвоєнні Кольцов запропонував фактично матричний принцип відтворення хромосом, що зберігає порядок генів. Для цього він постулював як би "гомологию" відносин між однойменними бічними радикалами (генами). Все це добре узгоджувалося з тодішніми уявленнями генетиків про гомологичную спарюванні генів у мейозі, про лінійної структурі хромосом і т.д. Крім того, ця ідея фактично наштовхнула його на думку про реальність хімічного мутагенезу.

Зрозуміло, багато приватні деталі і гіпотетичні уявлення не витримали випробування часом. Головну роль в гіпотезі Кольцова грають білки, а нуклеїнові кислоти виявилися "за кадром" побудованої схеми. Але така була реальність того часу. Час нуклеїнових кислот прийшло пізніше - наприкінці 40 - початку 50-х років. Лінійні розміри макромолекул білків дійсно наближаються до розмірів хромосом, але треба врахувати, що глобулярні білки згорнуті в просторові глобули, діаметром 2 - 10 нм, що в тисячі разів менше їх лінійних розмірів. Молекули нуклеїнових кислот ще довші: в гаплоидном гені людини 3.109 нуклеотидів, що займають в довжину около1 м, а їх обсяг складає всього 20 мкм3! Хромосоми містять не сотні генів, а десятки тисяч. Лінійний розмір генів теж значно більше, ніж розміри бічних радикалів амінокислот.

Ідея хромосоми-молекули справила глибоке враження на найближчого учня Н. К. Кольцова - Н.В.Тімофеева-Ресовского.

Класична зелена зошит

Учень Н. К. Кольцова, видатний російський генетик Микола Володимирович Тимофєєв-Ресовський в 1924 - 1945 рр.. працював у Німеччині. До середини 30-х років він очолював Відділ генетики Інституту мозку ім.Кайзера Вільгельма. Один з напрямків його роботи було пов'язано з розвитком кольцовской ідеї про фізико-хімічної природі генів і хромосом. Крім того, він мав великі контакти з фізиками-теоретиками копенгагенської школи, добре знав Нільса Бора і захоплювався квантовою теорією Бора. На початку 30-х років в лабораторії з'явився молодий фізик-теоретик Макс Дельбрюк, учень Макса Борна. Між ними відбулося наступне "торкання", що збагатила ідею молекули-гена. Ось як сам Н.В. описує розвиток цих подій:

"Відповім на питання, чи мав я вплив на Дельбрюка, особливо в сенсі кольцовской ідеї про спадкову молекулі. Ніякого особливого впливу тоді не мав. Це він вигадує, конкретне переманювання Дельбрюка в біологію, я, зізнаюся, справив. А він, будучи "хаузтеоретікер" (домашній теоретик) у самого Хана (Отто Гана. - В.Р.), думав, що теоретик-фізик - він все знає і дещо до чого може зійти. А інше людство - це такі придурки якісь, людиноподібні. Тому він до нас з'явився, так сказати, з одкровенням, що ось, між іншим, відбором адже можна кількісно зайнятися. Тоді я дозволив собі з власної лабораторної періодики витягти близько дюжини книг, презентував їх йому, що "Америки ви покеда не відкрили". Він був дещо цим збентежений. Він, що говорити, дуже гордий був. І відтоді попросився в нашу Буховскую групу. Ну і тут ми швидко сконтачілі. Я розповів йому про Кольцовскій загальне уявлення про молекулярної біології генів чи, хромосом, що ми тоді, намагалися експериментально показати мономолекулярної принципову, в загальному сенсі, генів. Тобто що це єдина фізико-хімічна елементарна структура, так сказати, а не шматочок вершкового масла. Він у цьому взяв участь. З цього народилася так звана потім класична зелена зошит.

Так, вплинув. Але яке це вплив - балаканина один "[5].

Тут Н.В. явно був скромним. Його співробітник Карл Циммер згадував згодом:

" Ми зустрічалися два-три рази на тиждень, в основному - в будинку Тимофєєва-Ресовський в Берліні,

Сторінки: 1 2 3

енциклопедія  з сиру  аджапсандалі  ананаси  узвар