Основы биохимии - А. А. Анисимов 1986

Нуклеиновые кислоты
Открытие нуклеиновых кислот и их биологическая роль

В 1868 г. швейцарский исследователь Ф. Мишер впервые выделил из ядер лейкоцитов человека соединения нового типа, ранее неизвестные, которые он назвал нуклеинами (от лат. nucleus — ядро). Вскоре сотрудники лаборатории Ф. Гоппе-Зейлера, в которой работал Ф. Мишер, в том числе и наш соотечественник Н. Любавин, выделили нуклеины из эритроцитов птиц, рептилий, из дрожжевых клеток и ряда других объектов. Позднее Ф. Мишер установил, что нуклеин — это сложное соединение, состоящее из кислого компонента с высоким содержанием фосфора (в 1889 г. этот компонент назвали нуклеиновой кислотой) и белкового компонента. Так были открыты нуклеиновые кислоты и новая группа сложных белков, содержащая их, — нуклеопротеины. Долгое время считали, что белковые компоненты нуклеопротеинов представлены только белками основного характера — гистонами и протаминами. В 1936 г. одним из основателей молекулярной биологии в нашей стране акад. А. Н. Белозерским и его сотрудниками в растительных нуклеопротеинах были обнаружены кислые белки типа альбуминов и глобулинов.

К середине 80-х годов XIX в. нуклеин был найден в составе хромосом, в связи с чем сформировались первые представления о его важной роли в передаче наследственных свойств. Однако позднее эти представления не получили развития, передачу наследственных свойств стали связывать с молекулами белка. Только в 40— 50-х годах XX в. были получены экспериментальные доказательства важнейшей роли дезоксирибонуклеиновой кислоты — ДНК в явлениях наследственности у микроорганизмов. Первое доказательство принадлежит О. Эвери, К. Мак-Леоду и М. Мак-Карти, определившим в 1944 г. химическую природу трансформирующего агента.

Явление генетической трансформации было открыто Ф. Гриффитсом в 1928 г. Он сумел перенести свойство патогенности от одного штамма пневмококка Diplococcus pneumoniae другому штамму, заражая мышей смесью живых клеток непатогенного штамма и убитых клеток патогенного штамма. О. Эвери и его сотрудники показали, что свойство патогенности можно передать, используя ДНК, выделенную из убитых клеток. В настоящее время явление трансформации широко используют для генетического анализа у бактерий. Установлено, что можно осуществить также трансформацию клеток высших организмов.

Вторым важным доказательством генетической роли ДНК было выяснение механизма размножения бактериофага Т2 в клетках Е. coli. В 1952 г. А. Херши и М. Чейз показали, что ДНК бактериофага проникает внутрь бактериальной клетки и вводит туда «программу» для синтеза новых фаговых частиц. Подавляющая часть белка бактериофага остается на поверхности бактериальной клетки. Таким образом, именно ДНК, а не белок отвечает за передачу наследственной информации у бактерий и бактериофагов.

Свидетельства генетической роли ДНК Для клеток высших организмов привели в 1949 г. Г. Рис и А. Мирский. Они установили, что количество ДНК в клетке данного организма всегда постоянно в расчете на гаплоидный хромосомный набор и изменяется строго пропорционально изменениям плоидности.

Таким образом было доказано, что нуклеиновые кислоты — это важнейший компонент всех живых организмов, всех живых клеток. С участием нуклеиновых кислот происходит образование белков, являющихся материальной основой всех жизненных процессов. Каждый живой организм содержит свои специфические белки, которыми он отличается от других организмов. Информация, определяющая особенности структуры белков, «записана» в ДНК и передается в ряду поколений молекулами ДНК.

Нуклеиновые кислоты другого типа — рибонуклеиновые кислоты (РНК) — являются обязательными и первостепенными участниками самого механизма биосинтеза белков. В связи с этим организм содержит РНК особенно много в тех тканях, в которых интенсивно образуются белки. Активное участие РНК в биосинтезе белков определяет их важное значение в процессе морфогенеза, поскольку без интенсивного синтеза белков немыслимо появление любого органа. В процессе эмбрионального развития до стадии гаструляции прирост содержания РНК у эмбриона идет медленно. Начало морфогенеза совпадает с резким повышением количества РНК особенно в тех участках, где образуются органы. Самым высоким содержанием РНК характеризуется дорсальная губа бластопора — «организатор» морфогенеза. Первостепенная роль РНК в биосинтезе белков объясняет и ее большое значение в процессе регенерации тканей и органов, для которого прежде всего необходимо новообразование белков.

Важность изучения нуклеиновых кислот и нуклеопротеинов определяется также тем, что вирусы являются почти чистыми нуклеопротеинами. Борьба с многочисленными вирусными заболеваниями невозможна без глубокого знания строения и свойств нуклеиновых кислот. Особый интерес представляет выяснение причин заболевания раком и методов лечения этой болезни, в основе которой лежит нарушение нормального функционирования нуклеиновых кислот и белков клетки, что очень часто связано с воздействием вирусов.

Следует, наконец, иметь в виду, что мономерные звенья нуклеиновых кислот — нуклеотиды — играют самостоятельную важную роль в метаболизме: некоторые из них — коферменты, другие — аккумуляторы энергии в клетке, третьи — циклические нуклеотиды-регуляторы обмена веществ.