【Издательство PEP】Биология для старших классов, обязательный курс, Часть 2: В поисках наследственного материала — господство и сомнения в ранней белковой теории

Представьте себе увесистуюКнигу жизни. В начале XX века Морган с помощью экспериментов на плодовых мушках нашёл для нас «страницы» — он доказал, что гены расположены в хромосомах линейно. Однако вопрос о том, какими «чернилами» написаны эти строки, завёл научное сообщество в заблуждение, длившееся полвека.

Парадокс сложности: почему DNA недооценивали?

В то время считалось, что разнообразие жизни должно обеспечиваться столь же сложным веществом. Белок состоит из20 аминокислот, чьи комбинации практически бесконечны; в то время как DNA состоит всего из4 типов оснований. Следуя этой логике, DNA ошибочно считали «инертным каркасом», служащим лишь для поддержания структуры хромосом.

Поворот в логике

Однако точная передача жизни из поколения в поколение указывала на другую возможность: наследственный материал должен обладать высокойстабильностьюиспособностью к точному копированию. Удвоение числа хромосом в мейозе и его восстановление при оплодотворении — этот высокоупорядоченный физический процесс в конечном счёте направил внимание учёных от сложных белков к, казалось бы, «простой» DNA.

Комментарий профессора

В процессе формирования зрелых половых клеток из первичных зародышевых клеток хромосомы реплицируются только один раз, тогда как клетка делится дважды, что приводит к уменьшению числа хромосом вдвое. Именно этот точный механизм в сочетании с доказанным Морганом линейным расположением генов указал нам путь к поиску сущности наследственности.

ВОПРОС 1

Супружеская пара: женщина страдает наследственным заболеванием из-за пары рецессивных патогенных генов на X-хромосоме, а мужчина фенотипически здоров. Женщина беременна, и пара хочет знать, унаследует ли плод этот патогенный ген. Помогите паре провести анализ.

Если плод мужского пола, он обязательно унаследует этот ген и заболеет; если женского — обязательно будет носителем гена, но фенотипически здоров.

Независимо от пола плода, существует 50% вероятность, что он не унаследует патогенный ген.

Поскольку мужчина здоров, плод любого пола не заболеет.

Невозможно определить носительство гена по полу.

ВОПРОС 2

1. Сколько цепей образует DNA? Какова её пространственная структура? 2. Из чего состоит и где находится основной остов DNA? 3. Как спариваются основания и где они расположены? Если известно, что доля аденина в DNA равна a, а доля гуанина — b, то какое из следующих утверждений верно?

A. b ≤ 0.5

B. b ≥ 0.5

C. Количество цитозина равно a(1/2b - 1)

D. Количество цитозина равно b(1/2a - 1)

ВОПРОС 3

Какова была основная причина, по которой учёные в начале XX века в целом считали белок наследственным материалом?

Белок составляет наибольшую часть хромосом

Белок состоит из 20 аминокислот, чьи комбинации обладают гораздо большим разнообразием, чем 4 основания DNA

Эксперименты Моргана доказали, что гены — это белок

DNA нестабильна в метаболизме и легко разрушается

ВОПРОС 4

Какое из следующих утверждений о скрещивании плодовых мушек, проведённом Морганом, является верным?

Доказал, что DNA является наследственным материалом

Доказал линейное расположение генов в хромосомах

Выяснил, что химическая природа гена — нуклеотид

Опроверг законы наследственности Менделя

ВОПРОС 5

Какой физиологический процесс поддерживает постоянство числа хромосом у вида при половом размножении?

Мейоз и митоз

Мейоз и оплодотворение

Амитоз и оплодотворение

Репликация DNA и синтез белка

Кейс-анализ: от «физической карты» к «химической сущности»

Осмысление скачка в научном мышлении в истории науки

В 1910 году Морган с помощью экспериментов на плодовых мушках с красными и белыми глазами установил положение генов в хромосомах. В то время уже было известно, что хромосомы состоят из DNA и белка. Вплоть до 1940-х годов в академической среде преобладала «белковая теория».

1. Почему открытие Моргана считается важным «краеугольным камнем» в поиске наследственного материала?

Ответ:
Потому что Морган доказал, что хромосомы являются носителями генов, и установил линейное расположение генов в хромосомах. Это сузило область поиска, сфокусировав внимание на химической природе наследственного материала в компонентах хромосомы (белке или DNA).

2. Кратко опишите, в чём заключался логический недостаток широко принятой «белковой теории».

Ответ:
Эта теория основывалась лишь на поверхностном умозаключении о «разнообразии», игнорируя необходимые биологические свойства наследственного материала — химическую стабильность и точность репликации. Это было предвзятым эмпирическим суждением, лишённым прямых экспериментальных доказательств трансформации.