Зміст
Введення
I. Зародження хромосомної теорії спадковості

1. Досліди з гібридизації рослині. Накопичення відомості про наслідуваних ознаках.

2. Умоглядні гіпотези про природу спадковості.

3. Відкриття Г. Менделем законів успадкування.

4. Розвиток біометричних методів вивчення спадковості.

5. Цитологічні основи генетики.

6. Обгрунтування хромосомної теорії спадковості.

7. Проблема всередині хромосомної локалізації генів.

8. Штучне отримання мутації. Класифікація мутацій.

9. Вивчення генетичних основ еволюції.
10. Проблема роздрібнюванню гена.
II. Молекулярна генетика.

1. Тонка структура гена. Функціональна структура генів. Генетичний

код.

2. Реплекція ДНК

3. Генетичний контроль синтезу білків.

4. Мутація і генетичний код.

5. Регуляція генної активності.

6. Репарація генетичних ушкоджень.
Висновок
Література

Введення

Генетика - наука про спадковість та її мінливості - отрималарозвиток на початку XX ст. , Після того, як дослідники звернули увагу назакони Г. Менделя, відкриті в 1865 р., але залишалися без уваги упротягом 35 років. За короткий термін генетика виросла в розгалуженубіологічну науку з широким колом експериментальних методів інапрямі. Назва генетика було запропоновано англійським вченим У.
Бетсон в 1906 р. Дослідниками класичного періоду розвитку генетикибули з'ясовані основні закономірності успадкування і доведено, щоспадкові фактори (гени) зосереджені в хромосомах. Подальшийпрогрес у вивченні закономірностей зберігання і реалізації генетичноїінформації стримувався з двох причин. По-перше, із-за дуже об'ємнихекспериментів, пов'язаних з більш глибоким вивченням генів, по-друге,через неможливість зрозуміти роботу генів без поглибленого дослідженняперетворення молекул, залучених до генетичних процесів. Перехід догенетичним дослідженням мікроорганізмів, що дозволив уникати багатьохтруднощів, був цілком закономірний. Такий перехід здійснився в 50-хроках. У 1941 р. Дж. Бідл і Е. Тейтум опублікував коротку статтю "
Генетичний контроль біохімічних реакцій у Neurospora ", в якійповідомили про першу генетичних експериментах на мікроорганізмах.

В останні роки ці дослідження отримали широкий розмах іпроводяться на різних біологічних об'єктах.

Зародження хромосомної теорії спадковості.

Досліди з гібридизації рослин.

Накопичення відомостей про наслідуваних ознаках.

Спроби зрозуміти природу передачі ознак у спадок від батьківдітям робили ще в давнину. Роздуми на цю тему зустрічаютьсяв творах Гіппократа, Арістотеля та інших мислителів. У XVII-XVIII рр..,коли біологи почали розбиратися в процесі запліднення і шукати, зяким початком - чоловічим або з жіночим - пов'язана таємниця запліднення,суперечки про природу спадковості відновилися з новою силою.

У 1694 році Р.Я. Каммераріусом було виявлено, що для зав'язуванняплодів необхідно запилення. Тим самим до кінця XVII ст. була підготовленанаукова грунт для початку дослідів з гібридизації рослин. Перші успіхи вцьому напрямку були досягнуті на початку XVIII ст. Перший міжвидовий гібридотримав англієць Т. Фейрчайлд при схрещуванні гвоздик. У 1760
Кельрейтер почав перший ретельно продумувати досліди з вивчення передачіознак при схрещуванні рослині. У 1761 - 1766 рр.., Майже за чвертьстоліття до Л. Спаланцані, Кельрейтер в дослідах з тютюном і гвоздикою показав,що після перенесення пилку однієї рослини на маточка що відрізняється за своїмиморфологічними ознаками рослини утворюються зав'язі і насіння, що даютьрослини з властивостями, проміжних по відношенню до обох батьків.
Точний метод розроблений Кельрейтер, обумовив швидкий прогрес увивченні спадкової передачі ознак.

Наприкінці XVIII-початку XIX ст. англійська селекціонер - рослинники Т.
Е. Найт, проводячи схрещування різних сортів, робить важливий висновок. Важливийвисновок Найта стало виявлення неподільності дрібних ознак при різнихсхрещування. Дискретність спадкового матеріалу, проголошена ще встаровини, одержала в його дослідженнях перше наукове обгрунтування. Найтуналежить заслуга відкриття "елементарних спадкових ознак".

Подальші істотні успіхи в розвитку методів схрещувань пов'язаніз О. Сажре і Ш. Ноденом.

Найбільше досягнення Сарже стало виявлення феномена домінантності.
При схрещуванні сортів він нерідко спостерігав придушення ознаки одногобатька ознакою іншого. Це явище в максимальному ступені проявляєтьсяв першому поколінні після схрещування, а потім пригнічені ознаки зновувиявлялися у частини нащадків наступного покоління. Тим самим Саржепідтвердив, що елементарні спадкові ознаки при схрещуванні НЕзникають. До цього висновку прийшов і Ноден в 1852 - 1869 рр.. Але Ноден пішовще далі, приступивши до кількісного вивчення пере комбінаціїспадкових задатків при схрещуванні. Але на цьому шляху його чекалорозчарування. Невірний методичний прийом - одночасно вивчення великогокількості ознак - привів до великої плутанини в результатах, і вінзмушений був відмовитися від своїх дослідів. Недоліки. властиві дослідів Ноденаі його попередників, були усунені в роботі Г. Менделя.

Розвиток практики гібридизації повело до подальшого накопиченнявідомостей про природу схрещувань. Практика вимагала вирішення питання прозбереження незмінними властивостей "хороших рослині, а також з'ясуванняспособів поєднання в одній рослині потрібних ознак, які властиві декількомбатькам. Експериментально вирішити це питання не уявлялося щеможливим. У таких умовах виникали різні умоглядні гіпотези проприроді спадковості.

умоглядні гіпотези про природу спадковості.

Найбільш фундаментальною гіпотезою такого роду. послужила впевною мірою зразком для аналогічних побудов інших біологів, з'явилася
"тимчасова гіпотеза пангенезіса" Ч. Дарвіна, викладена в останньому розділійого праці "Зміна домашніх тварин і культурних рослині" (1868).
Згідно з його уявленням, в кожній клітині будь-якого організму утворюються ввеликому числі особливі частинки - геммули, які мають здатністьпоширюватися по організму і збиратися в клітинах, що служать для статевогоабо вегетативного розмноження. Дарвін припускав, що геммули окремихклітин можуть змінюватися в ході онтогенезу кожного індивідуума і даватиначло зміненим нащадкам. Тим самим приєднався до прибічниківспадкування набутих ознак.

Припущення Дарвіна про спадщину придбаних ознак булоекспериментально спростовано Ф. Гальтон (1871).

умоглядна гіпотеза про природу спадковості була запропонованаботаніком К. Негелі в роботі "Механіко-фізіологічна теорія еволюції"
(1884). Негелі припустив, що спадкові задатки передаються лишечастиною речовини клітини, названого їм ідіоплазмой. Інша частина
(стереоплазма), відповідно до його поданням, спадкових ознак ненесе. Він припустив, що ідіоплазма складається з молекул, з'єднаних одинз одним у великі ниткоподібні структури - міцели, що групуються в пучки іутворюють мережу, що пронизують всі клітини організму. Гіпотеза Негеліготували біологів до думки про структурованості матеріальних носіївспадковості.

Вперше ідея про диференціюються поділу ядра клітин, що розвиваєтьсязародка була висловлена В. Ру. в 1883 р. Висновки Ру послужили відправноюточкою для створення теорії зародкової плазми, що отримала остаточнеоформлення в 1892 р. Вейсман чітко вказав на носіїв спадковихчинників - хромосоми.

З початок Ру 1883 р., а потім і Вейсман висловили припущення пролінійному розташуванні в хромосомах спадкових факторів (хроматівнихзерен, по Ру, і ід по Вейсману) та їх поздовжньому розщепленні під часмітозу, ніж багато в чому випередили майбутню хромосомну теоріюспадковості.
Розвиваючи ідею про нерівномірно спадковому розподілі, Вейсман логічно прийшов довисновку про існування в організмі двох чітко розмежовані клітиннихлінії - зародкових і соматичних. Перші, забезпечуючи безперервністьпередачі спадкової інформації, "потенційно безсмертні" і здатнідати початок новому організму. Другі такими властивостями не володіють. Такевиділення двох категорій клітин мало велике позитивне значення дляподальшого розвитку генетики.

В. Вальдейер в1888 р. запропонував термін хромосома. Роботи ботаніків ітваринників підготували грунт швидкого визнання законів Г. Менделя післяїх пере відкриття в 1900 р.

Відкриття Г. Менделем законів успадкування.

Честь відкриття кількісних закономірностей, які супроводжуютьформування гібридів, належить чеському ботаніку-любителю Іоганну
Грегору Менделя. У своїх роботах, що виконувалися в період з 1856 по 1863р.,він розкрив основи законів спадковості.

Перше його увагу було звернуто на вибір об'єкта. Для своїхдосліджень Мендель обрав горох. Підставою для такого вибору стало,по-перше, те, що горох - строгий самоопилітель, і це різко знижуваломожливість занесення небажаної пилку, по-друге, у той час там будостатню кількість сортів гороху, розрізнялися за кількома успадкованіознаками.

Мендель одержав від різних ферм 34 сорти гороху. Після двох річнийперевірки, чи зберігають вони свої ознаки незмінними при розмноженні безсхрещування, він відібрав для експериментів 22 сорти.

Мендель почав з дослідів зі схрещування сортів гороху, що розрізняються заодному ознакою (моногібрідное схрещування). У всіх дослідах з 7 парамисортів було підтверджено явище домінування в першому поколінні гібридів,виявлене Сажре і Ноденом. Мендель ввів поняття домінантного ірецесивним ознак, визначивши домінантними ознаки, які переходятьв гібридні рослини абсолютно незмінними або майже незмінними, арецесивними ті, які стають при гібридизації прихованими. Потім
Мендель вперше зумів дати кількісну оцінку частот появирецесивних форм серед загального числа нащадків при схрещувань.

Для подальшого аналізу природи спадковості, Мендель вивчив щекілька поколінні гібридів, схрещуються між собою. У результатіотримали міцне наукове обгрунтування наступні узагальнення фундаментальноїважливості:

1. Явище нерівнозначності спадкових ознак.

2. Явище розщеплення ознак гібридних організмів у результаті їхподальших схрещувань. Були встановлені кількісні закономірностірозщеплення.

3. Виявлення не тільки кількісних закономірностей розщеплення позовнішнім, морфологічними ознаками, а й визначення співвідношеннядомінантних і рецесивних задатків серед форм, з увазі не відмінних віддомінантних, але які є змішаними за своєю природою.

Таким чином, Мендель впритул підійшов до проблеми співвідношення міжспадковими задатками і обумовленими ними ознаками організму. За рахунокпере комбінації задатків (згодом ці задатки В. Іоганнсен назвавгенами.), при схрещуванні утворюються зиготи, що несуть нове поєднаннязадатків, чим і обумовлюються відмінності між індивідуумами. Це положеннялягло в основу фундаментального закону Менделя - закону чистоти гамет.

Експериментальні дослідження і теоретичний аналіз результатівсхрещувань, виконані Менделем, визначили розвиток науки більше ніж начверть століття.

Розвиток біометричних методів вивчення спадковості.

Індивідуальні відмінності навіть між близькородинними організмамизовсім не обов'язково пов'язані з відмінністю в генетичну структуру цихособин, вони можуть бути пов'язані з неоднаковими умовами життя. Томуробити висновки про генетичні відмінності можна тільки на підставіаналізу великого числа особин. Першим, хто привернув увагу доматематичним закономірностям в індивідуальній мінливості, бувбельгійський математик і антрополог А. Кетле. Він став одним із засновниківстатистики та теорії ймовірностей.

У той час важливий питання було про можливість передачі в спадщинуухилень від середньої кількісної характеристики ознаки, що спостерігаються уокремих індивідуумів. З'ясуванням цього питання зайнялися кількадослідників. За своєю значимістю виділилися роботи Гальтона, якийзібрав дані про спадкування росту у людини. Потім Гальтон вивчивспадкування величини віночка квітки у запашного горошку і прийшов до висновку,що потомству передається лише невелика частина відхилень, що спостерігаються убатьків. Гальтон спробував надати своєму спостереження математичневираз, поклавши початок великої серії робіт з математико-статистичнимиосновам спадкування.

Послідовник Гальтона К. Пірсон продовжив цю роботу в більш широкихмасштабах. Найбільш серйозне і що стало класичним дослідження питань,піднімалися Гальтон і Пірсоном і їх послідовників, було виконано в
1903 -1909 рр.. В. Іоганнсеном, який звернув головну увагу на вивченнягенетично однорідного матеріалу. Виходячи з отриманих аналізів,
Іоганнсеном дав точне визначення генотипу і фенотипу і заклав основисучасного розуміння ролі індивідуальної мінливості.

Цитологічні основи генетики

У 70 - 80-х роках XIX ст. були описані мітоз і поведінку хромосом учас поділу клітини, що наштовхнуло на думку, що ці структури відповідальніза передачу спадкових потенцій від материнської клітини дочірнім. Поділматеріалу хромосом на дві рівні частки свідчило на користьгіпотези, що саме в хромосомах зосереджена генетична пам'ять.
Вивчення хромосом у тварин і рослин призвело до висновку, що кожен видтварин істот характеризується строго певним числом хромосом.

Відкритий Е. ван Бенедоном (1883) факт, що число хромосом у клітинахтіла вдвічі більше, ніж в статевих клітинах, можна пояснити: оскільки призаплідненні ядра статевих клітин зливаються і оскільки число хромосом всоматичних клітинах залишається константним, то постійного подвоєння числахромосом при послідовних запліднення має протистояти процес,що приводить до скорочення їх числа в гаметах рівно вдвічі.

У 1900 р. незалежно один від одного К. Корренс в Німеччині, Г. де Фриз в
Голландії і Е. Чермак у Австрії виявили в своїх дослідах відкриті ранішезакономірності і, натрапивши на його роботу, знову опублікували її у 1901р. Ця публікація викликала глибокий інтерес до кількісних закономірностямспадковості. Цитологи виявили матеріальні структури, роль іповедінка яких могли бути однозначно пов'язані з менделевськоїзакономірностями. Такий зв'язок угледів в 1903 р. В. Сеттон - молодийспівробітник відомого американського цитологи Е. Вільсона. Гіпотетичніуявлення про спадкових факторів, про наявність одинарного наборуфакторів у гаметах, та подвійного - у зигота отримали обгрунтування вдослідженнях хромосом. Т. Бовері (1902) представив доказів на користьучасті хромосом у процесі спадкової передачі, показав, щонормальний розвиток морського їжака можливо тільки за наявності всіх хромосом.

Встановленням того факту, що саме хромосоми несуть спадковуінформацію, Сеттом і Бровері поклали початок новому напрямку генетики --хромосомної теорії спадковості.

Обгрунтування хромосомної теорії спадковості

Після пере відкриття менделєєвськая закономірностей розгорнулосявивчення цих закономірностей у різних видів тварин і рослин.

У 1909 р. до детального вивчення цього питання приступив Т. Г. Морган.
Перш за все він чітко сформулював вихідну гіпотезу. На питання, чи завждибудуть виконуватися чисельні закономірності, встановлені Менделем, Мендельабсолютно справедливо вважав, що такі закономірності вірні тільки тоді,коли досліджувані фактори будуть комбінуватися при утворенні зиготнезалежно один від одного. Але так як число хромосом у порівнянні зкількістю генів невелика, то слід було очікувати, що гени, розташовані водній хромосомі, будуть переходити з гамет в зиготи спільно.
Отже, відповідні ознаки будуть успадковуватися групами.

Перевірку це припущення здійснив Морган і його співробітники К.
Бріджес і А. Стертевант в дослідженнях з дрозофіли. Вибір цього об'єктаз багатьох причин можна вважати великою удачею, тому що дрозофіла маєневеликий період розвиненийия, має високу плодовитістю і має всьогочотири пари хромосом.

Незабаром у дрозофіли було виявлено велику кількість різноманітнихмутації, тобто форм, що характеризуються різними спадковимиознаками. Це дозволило Моргану приступити до генетичних дослідів. Віндовів, що гени, що знаходяться в одній хромосомі, передаються присхрещуванні спільно. Одна група зчеплення генів розташована у хромосомі.
Вагоме підтвердження гіпотези про зчепленні генів в хромосомах Морган отримавпри вивченні так званого зчепленого з підлогою спадщини.

Завдяки цітолого-генетичним експериментам (А. Стертевант, К.
Бріджес, Г. ДЖ. Меллер, 1910) вдалося встановить участь деяких хромосому визначенні статі. Статеві хромосоми виявилися двох типів: Х-хромосоми, Y-хромосоми. Поєднання двох X-хромосом призводить до формування жіночогостаті, а однією X-хромосоми і Y-хромосоми дає початок чоловічої особи, такепоєднання притаманне більшості ссавців (у тому числі осіб),амфібіям, рослин, риб. Прослідкувавши за поведінкою генів у потомствопевних самців і самок, Морган отримав переконливе підтвердженняприпущення про зчепленні генів.

Таким чином, у розвитку генетики виділяються два важливі етапи. Першийетап, що базується на гібрідологіческіх дослідженнях, пов'язаний з відкриттям
Менделя. Другий, пов'язаний з успіхами цитологічних досліджень,завершився доказом того, що носіями спадкових факторівє хромосоми. Морган сформулював і експериментально довівположення про зчепленні генів в хромосомах.

Штучне отримання мутацій. Класифікація мутацій.

Найбільшим досягненням експериментальної генетики було виявленняможливості штучно викликати мутації за допомогою різноманітнихфізичних і хімічних агентів. Г. А. Надсон і Г. С. Філіппов (1925)отримали мутації у дріжджів під дією радію і рінгенних променів; Г.
Меллер (1927), (за вивчення явищ зчеплення і Кросинговер, а такожвідкриття штучного мутагенезу йому була присуджена в 1946 р.
Нобелівська премія.) - За допомогою рентгенових променів у дрозофіли, а Л.
Стадлер (1928) - за допомогою впливу цими променями в кукурудзи.

У середині 30-х років була сформульована теорія, що описуєкінетичні залежності ні активуючого і мутагенних ефектівіонізуючих випромінювань - так звана "теорія мішені". Найважливішіексперименти, які стали основою цієї теорії, були проведені в період 1931 -
1937 рр.. Н.В. Тимофєєвим-Ресовський, М. Дельбрюк, Р Цімером та іншимидослідниками.

Найважливішим досягненням на шляху до штучного отримання мутаціїз'явилися роботи В.В. Сахарова (1932,1938) і М.Є. Лобашева (1934, 1935) захімічного мутагенезу. Новий етап вивчення ролі хімічних чинників упроцесі мутації був відкритий І.А. Рапопоротом (1943,46,47) і Ш. Ауербах
(1943), що вказали на потужне мутагенну дію деяких хімічнихречовин.

Великий матеріал, що накопичився в галузі вивчення мінливості,дозволив створити класифікацію типів мутацій. Було встановленоіснування трьох видів мутації - генних, хромосомних і геномних. Допершого класу належать зміни. зачіпають лише один ген. У цьомувипадку або повністю порушується робота гена і, організм втрачає однуфункцію, або змінюється його функція. Хромосомні мутації - зміна вструктурі хромосом, діляться не кілька типів: дуплікацію називаютьмутації, при яких крім транслокації, може відбутися подвоєння, потроєнняокремих ділянок хромосоми; інверсією називаються мутації при якихвідірвався шматок хромосоми може залишитися в тій же хромосомі, але виявитьсяв перевернутому вигляді, при цьому порядок розташування ген в хромосомізмінюється; якщо втрачається ділянка хромосоми, говорять про делеції, абобраку. Всі ці типи хромосомних перебудов об'єднують під загальним терміном
- Хромосомні аберації. Наступний вид мутацій, при якому змінюєтьсячисла хромосом іменую геномних.

В даний час відомо велика кількість речовин, що підсилюютьмутаційний процес. Розроблено теорію дії мутагенних сполук наспадкові структури, інтенсивно розробляються проблеми специфічностідії мутагенів.

Вивчення генетичних основ еволюції.

У 1904 р. К. Пірсон обгрунтував так званий закон стабілізуючогосхрещування, згідно з яким в умовах вільного схрещування при будь-якомувихідному співвідношенні чисельності гомозиготних і гетерозиготних батьківськихформ в результаті першого ж схрещування всередині спільноти встановлюєтьсястан рівноваги. У 1908 р. англійський математик Г. Харді прийшов довисновку, що в необмежено великих популяціях при наявності вільногосхрещування, за відсутності тиску мутацій, міграція та відбірвідносна чисельність гомозиготних (як домінантних, так і рецесивних)і гетерозиготних особин буде збережуться постійної за умови рівностітвори числа гомозиготних (як домінантних, так і рецесивних) особинквадрату половини числа гетерозиготних форм. Ці закономірності тривалийчас не були визнані біологами-еволюціоністами.

Лише в 1926 р. С.С Четверикова була опублікована велика робота,привернула увагу до загально біологічних значенням викладок Пірсона і Харді.
Четвериков докладно розглянув біолого-генетичні основи еволюції ізаклав основи нової наукової дисципліни-популяційної генетики. Подальшерозвиток популяційної генетики пов'язано з роботами С. Райта, Р. Фішера,
Н. П. Дубиніним та ін

Четвериков та його учні Н.К. Бєляєв, С.М. Гершензон. П.Ф. Рокицький і
Д.Д. Ромашов вперше здійснили експериментально-генетичний аналізприродних популяцій дрозофіли, повністю підтвердив їх насиченістьрецесивними мутаціями. Було також встановлено, що збереження ірозповсюдження мутацій в популяції визначається генетико-автоматичнимипроцесами. Детальний аналіз цих процесів був проведений Ромашова (1931),
Дубиніним (1931) і Райтом (1921, 1931). Останній назвав їх "явище дрейфугенів в популяції ", а Четвериков -" генетико-стохастичними ", підкреслившиїх ймовірносно-статистичну природу. Статистичний аналіз, показав, щов результаті генетико-автоматичних процесів знищуються безлічвиникли мутації і лише деякі доводяться до рівня помітнихконцентрацій. У силу ймовірнісної природи генетико-автоматічекіх процесіввони можуть раз усувати окремі мутації, то піднімати їх чисельність,дозволяючи відбору здійснювати механізм "проб і помилок". Генетико -автоматичні процеси постійно виносять рідкісні мутації до рівня діївідбору і цим допомагають останньому швидко "переглянути" нові варіантимутантів. Таким чином генетико-автоматічекіе процеси прискорюють еволюціюнових мутацій за рахунок скорочення ранніх етапів розмноження знову виниклимутації

Детальне вивчення генетичних структур природних популяцій ішвидкості розповсюдження мутацій у природі перетворилося зараз в областьбіології, активно розробляється на основі математичних методів.

Проблема роздрібнюванню гена.

До початку 30-х років XX ст. склалися основи теорії гена. Вже першідосягнення гібрідологіческого аналізу поставили проблему дискретностіспадкового матеріалу. Вважалося, що ген відповідає за розвиток одногоознаки і передається при схрещуванні як неподільне ціле. Відкриттямутації і Кросинговер (порушення зчеплення генів у результаті обмінуділянками між хромосомами, назване так Морганом.) підтверджувалинеподільність генів. У результаті узагальнення всіх даних визначення генаотримало наступне формулювання: ген - це елементарна одиницяспадковості, що характеризується цілком певною функцією,мутируется під час Кросинговер як ціле. Інакше кажучи, ген - одиницягенетичної функції, мутації і Кросинговер.

У 1928 р. в лабораторії А.С. Серебровського в біологічному інститутіім. К.А. Тімірязєва Н.П. Дубінін почав досліджувати дію рентгеновихпроменів на дрозофіл і виявив незвичайну мутацію. Освіта щетинок нателе мухи контролюється особливим геном scute. Мутація гена scute, впершевиявлена американським генетиком Пейном (1920), не раз виникала векспериментах, і при її появі придушувалося розвиток дев'яти щетинок.
Виявлена Дубиніним мутація, пригнічувала розвиток всього чотирьох щетинок.
Після подальших експериментів стало ясно, що ген не є неподільноюгенетичної структурою, являє собою область хромосоми, окремідільниці якої можуть мутувати незалежно один від одного. Це явище
Серебровський ступінчастим аллеломорфізмом.

Одним з великих переваг робіт з вивчення східчастих аллеломорфовбув кількісний метод обліку мутантів. Розробивши систему, що дозволяєкількісно оцінювати результат кожної мутації, Серебровський, Дубінін іінші автори тоді ж розкрили явище додатки одного мутантного генаіншим. Це явище було згодом перевідкриття на мікроорганізмах іотримало назву комплементаціі. За цикл робіт з хромосомної теоріїспадковості і теорії мутацій Дубінін був удостоєний в 1966 р. Ленінськоїпремії.

Показавши мутаційні роздрібнюванню гена, Серебровський і інші співробітникийого лабораторії, тим не менше, довгий час не могли підтвердити роздрібнюваннюгена за допомогою Кросинговер. Щоб виявити розрив гена, що було потрібноперевірити величезну кількість мух. Організувати такий експеримент вдалося тількив 1938 р., коли Дубінін, М.М. Соколов і Г.Г. Тиняков змогли розірвати генscute і перевірити свій результат цитологічних на гігантських хромосомахслинних залоз дрозофіли. Остаточне вирішення питання, ділимо чи ген нетільки мутаційної, але і механічно, було досягнуто в роботах М.
Гріна (1949), Е. Льюїса (1951) і Г. Понтекорво (1952). Було остаточновстановлено, що вважати ген неподільним неправильно. Далі було потрібнорозробити нову теорію гена, визначивши конкретні фізичні структури,відповідальні за реалізацію різних генетичних функцій. Вирішити цепитання, на багатоклітинних організмах, було неможливо. На допомогу прийшлимікроорганізми.

Перехід до генетичних досліджень на мікроорганізмах з'явивсянайбільшим кроком вперед у вивченні генетичних проблем. З розвиткомекспериментів на мікроорганізмах генетика перейшла на молекулярний рівеньдосліджень.

Молекулярна генетика.

Тонка структура. Функціональна структура генів. Генетичний код.

Одне з найбільш істотних досягнень молекулярної генетикиполягає у встановленні мінімальних розмірів ділянки гена, що передаютьсяпри Кросинговер (в молекулярної генетики замість терміна "Кросинговер»прийнятий термін "рекомбінація", який все ще починають використовувати і вгенетики вищих істот), що піддаються мутації і здійснюють однуфункцію. Оцінки цих величин були отримані в 50-ті роки С. Бензером.

Серед різних внутрігенних мутацій Бензер виділив два класи: точковімутації (мутації мінімальної протяжності) і делеції (мутації, що займаютьдосить широку область гена). Встановивши факт існування точковихмутацій, Бензер задався метою визначити мінімальну довжину ділянки ДНК,передається при рекомбінації. Виявилося, що ця величина складає небільше декількох нуклеотидів. Бензер назвав цю величину рекон.

Наступним етапом було встановлення мінімальної довжини ділянки,зміни якого достатньо для виникнення мутації (мутона). На думку
Бензера, ця величина дорівнює декільком нуклеотиду. Однак у подальшихретельних визначеннями було виявлено, що довжина одного мутона НЕперевищує розмір одного нуклеотиду.

Наступним важливим етапом у вивченні генетичного матеріалу булопідрозділ всіх генів на два типи: регуляторний гени, що дають інформа-ціюпро будову регуляторних білків і структурниегени, що кодують будоваінших поліліпіпедних ланцюгів. Ця ідея і експериментальне доказ було розроблено дослідниками Ф. Жакобом і Ж. Моно (1961).

З'ясування основної функції гена як зберігача інформації про будовупевної поліпептидного ланцюга поставило перед молекулярною генетикоюпитання: яким чином здійснюється перенесення інформації від генетичнихструктур (ДНК) до морфологічних структурам, іншими словами, яким чиномзаписано генетичну інформацію і як вона реалізується в клітці.

Згідно з моделлю Уотсона - Крику, генетичну інформацію в ДНК несепослідовність розташування підстав. Таким чином, в ДНК укладенічотири елементи генетичної інформації. У той же час в білках буловиявлено 20 основних амінокислот. Необхідно було з'ясувати, як мовачотирибуквене записи в ДНК може бути переведений на мову двадцятибуквеної записи в беках. Вирішальний внесок у розробку цього механізму буввнесений Г. Гамовим (1954,1957). Він припустив, що для кодування однієїамінокислоти. використовується поєднання з трьох нуклеотидів ДНК (нуклеотидівназивають з'єднання, що складається з цукру (дізоксорібоза), фосфату іпідстави і утворює елементарний мономер ДНК). Ця елементарна одиницяспадкового матеріалу, кодує одну амінокислоту, отримала назвукодону.

Припущення Гамова про трехнуклеотідном складі кодону виглядалологічно, довести його експериментально довгий час не вдавалося. Тількив кінці 1961 р., коли багатьом стало здаватися, що це питання не будутьвирішено, була опублікована робота кембріджської групою дослідників (Ф.
Крик, Л. Барнет, С. Берннер і Р. Ваттс - Тобін), які з'ясували тип коду тащо встановили його загальну природу. Важливим у їх роботі було те, що вони зсамого початку суворо поставили питання про роль початкової, стартової точки вгені. Вони довели, що в кожному гені є строго фіксована початковаточка, з якої фермент, що синтезує РНК, починає "прочитання" гена,причому читає його в одному напрямку і безперервно. Автори також довели.що розмір кодону дійсно дорівнює трьом нуклеотидів та що спадковаінформація, записана в ДНК, читається від початкової точки гена "без комі проміжків ".

Реплікація ДНК

Уотсона і Крику запропонували гіпотезу будови ДНК, згідно з якою,послідовність основ в одній нитки ДНК однозначно задавалапослідовність основ іншої нитки. Далі вони припустили, що двінитки ДНК розкручуються і на кожній з них у відповідності з правиламикомпліментарності синтезуються дочірніх нитки. Таким чином, кожна новамолекула ДНК повинна містити одну батьківську і одну дочірню. Цей тип
(полуконсерватівний) реплікації до кінця 50 років був експериментальнообгрунтували в дослідах на бактеріях. Досліди на вищих організмах також побічноговорили про правильність цього висновку. В цей же час О. Корнберг виділивфермент, який, як він вважав, здійснює синтез білка. Для роботиферменту було необхідна наявність затворочной ДНК і всіх чотирьохпопередників ДНК (дезоксорібонукеозідтріфосфатов). У подальшомудесятилітті біохіміки отримали величезну кількість фактів про характерпротіканні Реплікаційний процесу. Було виділено і охарактеризованокілька типів ферментів, що здійснюють реплекцію (ДНК-полімерази).

Генетичний контроль синтезу білків.

Найважливішим досягненням молекулярної генетики було з'ясування ланцюга реакцій,що забезпечують передачу інформації від ДНК до білка. Цитохімічних булодоведено, що ДНК локалізована головним чином в ядрі клітин. Синтезбілків, як показали дослідження початку 50-х років. відбувається в основномув цитоплазмі. Відразу виникло питання: яким чином ядро може здійснюватиконтроль за синтезом білка в цитоплазмі?

У 30-х роках XX ст. було встановлено. що в клітинах поряд з ДНКміститься другий клас нуклеїнових кислот-РНК (РНК).
На відміну від ДНК в РНК замість цукру дізоксірібози міститься також п'яти -членний вуглевод - рибоза, а одне з піримідинових підстав - Тимін --замінено на урацил. Крім того було показано, що РНК, як правило, недвуспіральная, а однонитчатим.

В (1942) Брашов і Кедровський (1951), а потім у великих дослідах булопоказано, що інтенсивний синтез білка відбувається в тих ділянках, дезосереджено багато РНК. Було припущено, що саме РНК переноситьінформацію з ДНК на білок, але тільки в 1961 році було втілено в чіткугіпотезу Ф. Жакобом і Ж. Моно. Вони назвали таку РНК - "інформаційної
РНК "..

Основне ускладнення врозумінні механізму передачі генетичної інформації з ДНК до білкаполягало в тому, що прямий синтез білка на РНК був неможливий черезчисто стеріотіческіх НЕ співвідносячишеній: молекули амінокислот не збігаються зрозмірами кодонів. Ф. Крик в 1954 р. запропонував так звану адаптернихгіпотезу, відповідно до якої функції перекладу мови нуклеїнових кислот намова білків повинні виконувати адаптерних РНК. Це припущенняпідтвердилося. Було виділено понад 20 низькомолекулярних РНК, якіспочатку були названі розчинними, а потім перейменовано в транспортні РНК
(тРНК).

Мутації і генетичний код.

Слід згадати про встановлення двох моментів, пов'язаних згенетичним кодом. Перше - вроджена коду, що означає, що однаамінокислота може кодуватися кількома кодонами, тобто однієї і тієї жамінокислоті нерідко відповідає кілька кодонів. Цю важливуобставина дозволяє мати різних організмів трохи розрізняються
"діалекти". Дійсно, перекодування повідомлень, записаних мовоюнуклеотидів в ДНК в мову амінокислотних послідовностей у білках,відбувається в рибосомах за участю РНК. Відсутність тРНК, дізнаєтеся деякіз кодонів однієї і тієї ж амінокислоти, призведе до того, що ці кодони НЕбудуть розкриті і залишаться безглуздими в цій клітці. Мабуть, цеймеханізм діє при розмноженні ряду вірусів, активно розмножуються водних видах організмів і не здатних до розмноження в інших.

Другий цікавий момент - універсальність генетичного коду.
Аналіз природи різних мутацій привів до висновку, що всі точкові мутаціїможна розділити на три основні класи:
1. Міссенс-мутації - мутації, при яких змінюється зміст кодону; в цьомувипадку проти нього встає невірна амінокислота, і властивості синтезованогобілка змінюються.
2. Нонсенс-мутації - мутації, при яких виникає нонсенс-кодон, некодує ніяких амінокислот, і на ньому обривається читання іРНК врибосомах.
3. Мутації із зсувом читання. Ці мутації, що вивчаються, криком, що дозволилидовести трьохбуквені генетичного коду. Мутації зсуву читаннявиникають після того, як одне або кілька підстав випадуть з молекули
ДНК або впроваджуючи в неї. Цікаво й те, що зрушення читання найчастішепризводить до того, в якійсь точці він закінчується нонсенс-кодоном і на ньомучитання обривається взагалі.

З'ясування природи, будови і функціонування генетичного кодустало величезним досягненням сучасної біології. Останні успіхи вштучному синтезі білка, нуклеїнових кислот, особливо тих, якімають здатність до програмування живих вірусних частинок (роботи
А. Корнберга в США), дають можливість сподіватися, що одна з основних проблемсучасної біології - штучний синтез живого з потрібними людинівластивостями - буде в кінці кінців дозволена.

Регуляція генної активності.

Функціональна нерівнозначності клітин і пов'язана з нею репресія іактивація генів давно привертали увагу генетиків.

Перша спроба пояснити регуляторну активність генів були пов'язані звивченням гістони білків.століття отримали перші чіткі результати про відмінності в хім