Физические и химические основы явлений наследственности
Физические и химические
основы явлений наследственности.
Революция в
генетике была подготовлена всем ходом могущественного развития цдей и методов
мендилизма и хромосомной теории наследственности. Уже в недрах этой теории было
показано, что существуют явления трансформаций у бактерий; что хромосомы - это
комплексные компоненты, состоящие из белка и нуклеиновой кислоты. Молекулярная
генетика - это истинное детище всего XX века, которое на новом уровне впитало в себя
прогрессивные итоги развития хромосомной теории наследственности, теории
мутации, теории гена, методов цитологии и генетического анализа. На путях
молекулярных иследований в течении последних 20 лет генетика претерпела поистене
революционные изменения. Она является одной из самых блестящих участниц в общей
революции современного естествознания. Благодаря ее развитию появилась новая
концепция о сущестности жизни, в практику вошли новые могущественные методы
управления и познания наследственности, оказавшие влияние на сельское
хозяйство, медицину и производство.
Основным в этой
революции было раскрытие молекулярных основ наследственности. Оказалось, что
сравнительно простые молекулы дизоксирибонуклеиновых кислот (ДНК) несут в своей
структуре запись генетической информации. Эти открытия создали единую платформу
генетиков,
физиков
и химиков в анализе проблем наследственности. Оказалось, что генетическая
информация действует в клетке по принципам управляющих систем, что ввело в
генетику во многих случаях язык и логику кибернетики.
Вопреки старым
воззрениям на всеобъемлющую роль белка как основу жизни, эти открытия показали,
что в основе приемственности жизни лежат молекулы нуклеиновых кислот. Под их
влиянием в каждой клетке формируются специфические белки. Управляющий аппарат
клетки собран в ее ядре, точнее - в хромосомах, из линейных наборов генов.
Каждый ген, являющийся элементарной единицей наследственности, вместе с тем
представляет собой сложный микромир в виде химической структуры, свойственной
определенному отрезку молекулы ДНК.
Таким образом
современная генетика открывает перед человеком сокровенные глубины организации
и функций жизни. Как всякие великие открытия, хромосомная теория наследственности,
теория гена и мутаций (учения о формах изменчивости генов и хромосом) оказывали
глубокое влияние на жизнь. Развитие физико-химической сущности явления
наследственности неразрывно связано с выяснением материальных основ всех
явлений жизни. В явлении жизни нет ничего кроме атомов и молекул, однако форма
их движения качественно специфична. Наследственность не автономное, независимое
свойство, оно неотделимо
от
проявления 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, есть воспроизведение по поколениям сходного типа обмена веществ,
очевидно, что общим субстратом наследственности является клетка в целом.
Явление
наследственности в целом необусловлено исключительно генами и хромосомами,
которые представляют собой все же только элементы более сложной системы -
клетки. Это не умаляет роли генов и ДНК, в них записана генетическая
информация, т. е. возможность воспроизведения определенного типа обмена
веществ. Однако реализация этой возможности, т. е. процессы развития осыби или
процессы жизнидеятельности клетки, базируется целостной саморегулирующейся
системе в виде клетки или организма. В настоящее время в качестве
первоочередной встает задача, выяснить, как осуществляется высший синтез
физических и химических форм движения, появление которого знаменовало собой
возникновение жизни и наследственности. Явление жизни нельзя свести к химии и
физике, ибо жизнь - это особая форма движения материи. Однако ясно, что
сущность этой особой формы движения материи не может быть принята без знания
природы простых форм, которые входят в него уже как бы в "снятом
виде". Поэтому проблема физических и химических основ
наследственности
является ныне одной из центральных в генетике. Ее разработка должна заложить
основы для решения проблем наследственности во всей сложности ее биологического
содержания. Совершенно ясно, что важнейшие вопросы философского материализма
связаны с разработкой этой проблемы. Материалистическая постановка решающих
вопросов наследственности не мыслима без признания того, что явление
наследственности материально обусловлено, что в клетке которая образует
поколение, должны иметься определенные материальные вещества и структуры,
физические и химические формы движения которых благодаря их специфическому
взаимодействию создают явление наследственности.
В свете сказанного вполне
понятно то значение, которое имеет полная физико-химическая расшифровка
строения биологически важных молекул. Несколько лет назад впервые химическими
средсвами вне организма была синтезирована белковая молекула - гормон инсулин,
управляющий углеводным обменом в организме человека. Недавно была расшифрована
физическая структура дыух белков - дыхательных пигментов крови и мышц -
гемоглобина и миоглобина. Для молекулы фермента лизоцина физики открыли
пространственное расположение каждого из тысячи атомов, участвующих в
построении его молекул. Установлено место в молекуле, ответственное за
каталитический эффект этого
биологического катализатора, недопускающего проникновения вирусов в клетку.
После этих событий,
связанных с раскрытием природы генетического кода и генетических механизмов в
синтезе белков, впервые удалось дать полный химический анализ и формулы
строения молекулы транспортной РНК. Все эти открытия, включая замечательный
факт, что синтез молекул ДНК идет под координирующим влиянием затравки
(матричной ДНК), показывает, какой серьезный шаг сделала генетическая биохимия
к созданию прототипа живого.
Поистине фантастические
горизонты открываются на путях синтеза генов в искуственных условиях, которые
осуществлены в исследованиях Г. Корана и его группы ученых-последователей.
Другим выдающимся открытием послужила разработка условий для искусственного самоудвоения
ДНК в бесклеточной системе. Было установлено, что молекулы ДНК (по крайней мере
у вирусов и бактерий) сущесвуют в форме замкнутого кольца и в таком виде служат
матрицей для ДНК-полимеразы.
Проблемы гена и
молекулярные
основы
-------------------------------------------------------
мутации.
------------
Как ни
сложна задача получения направленных мутаций, однако в последних работах по
молекулярной генетике найдены правильные пути, и более того даже некоторые
элементы решения этой задачи уже достигнуты в работах с бактериями и раст.
вирусами.