Концепции современного естествознания

Мы приходим, таким образом, к мысли, что элемент наследственной информации, ответственный за данный признак взрослого организма, располагается в определенном участке определенной хромосомы. Такой элемент информации называется геном; если угодно, мы можем рассматривать хромосому просто как цепочку генов. Как же ген контролирует появление соответствующего признака? Мы знаем, что свойства клетки определяются природой ферментов и других белков, входящих в ее состав. Поэтому нам уже не покажется удивительным, что всем известным фактам лучше других соответствует гипотеза, согласно которой гены выполняют свои функции, контролируя синтез ферментов и других белков. Если по какой-то причине изменится ген, то должен измениться и белок, синтезом которого он управляет. Это знаменитая гипотеза «один ген — один фермент». Она утверждает, что каждый ген управляет синтезом одного определенного фермента, а контроль генотипа над фенотипом осуществляется через контроль структуры ферментов со стороны отдельных генов.

До сих пор, обсуждая генетические проблемы, мы говорили о структурах, которые видны в микроскоп. Для молекулярной биологии это не годится — мы ведь стремимся к тому, чтобы понять поведение живых организмов на молекулярном уровне. Поэтому теперь мы должны задать себе такой вопрос: а что же представляет собой ген на молекулярном уровне?

Если гены действительно составлены из молекул, то можно предсказать, какими свойствами должны обладать эти молекулы. Во-первых, они должны обладать способностью к самовоспроизведению, причем необычайно точному. Впрочем, точность эта не должна быть абсолютной, поскольку мы считаем, что изменчивость растений и животных, лежащая в основе происхождения новых видов, объясняется как раз случайными ошибками в самовоспроизведении гена — так называемыми мутациями. Во-вторых, интересующие нас молекулы должны играть роль хранителей информации. В-третьих, они должны обладать способностью использовать эту информацию для прямого или косвенного управления синтезом ферментов. Иными словами, здесь должно быть что-то вроде телеграфной ленты, которая поступает в телетайп и превращается в письменное сообщение. Итак, у молекул, которые мы ищем, оказывается много вполне четких примет.

Поскольку гены являются частью хромосом, то для начала не мешало бы разузнать, что известно насчет химического состава хромосом. Как показали химики, хромосомы состоят главным образом из белков и нуклеиновых кислот. Очевидно, среди этих соединений и следует искать кандидатов на роль способных к самовоспроизведению хранителей информации. Химию белков мы уже обсуждали, а вот о нуклеиновых кислотах речи пока что не было. Давайте теперь и им посвятим немного времени.

Прежде всего, нуклеиновые кислоты, подобно белкам, имеют очень большие молекулы, часто они намного больше молекул белков. Во-вторых, молекулы нуклеиновых кислот, как и молекулы белков, имеют вид длинных цепей. Но на этом сходство кончается, поскольку в цепях нуклеиновых кислот роль элементарных звеньев выполняют не аминокислоты, а так называемые нуклеотиды, совсем на аминокислоты не похожие. Каждый нуклеотид состоит из трех частей: из молекулы сахара, фосфатной группы и еще одной довольно сложной группы, которую химики называют азотистым основанием. Эти основания бывают двух сортов — пуриновые и пиримидиновые. Существует несколько видов нуклеиновых кислот, нам же нужна та, которая входит в состав хромосом. Ее полное химическое наименование звучит несколько громоздко — дезоксирибонуклеиновая кислота. Поэтому гораздо легче привилось сокращенное название ДНК. Фосфатная и сахарная группы, чередуясь, образуют главную цепь, от которой в разные стороны отходят пуриновые или пиримидиновые основания. Пуриновые основания могут быть двух сортов — либо аденин, либо гуанин; точно так же имеется два сорта пиримидиновых оснований — цитозин и тимин. Запоминать эти названия совсем не обязательно. Нужно только знать, что всего существует четыре сорта оснований, которые можно обозначить просто начальными буквами их названий — А (аденин), Г (гуанин), Ц (цитозин) и Т (тимин). Относительно структуры оснований заметим только, что пурины (А и Г) больше по размеру — их молекулы содержат две кольцевые группы атомов, пиримидины (Ц и Т) меньше и содержат только по одному кольцу.