История исследования нуклеиновых кислот

Нуклеиновые кислоты (НК) входят в состав клеток всех живых организмов. Они играют главную роль в хранении, передаче наследственной информации и ее реализации в процесса синтеза белков.

НК были обнаружены были обнаружены в XIX веке щвейцарским врачом Иоганом Фридрихом Мишером.

В 1868-69 гг. он выделил из лейкоцитов неизвестное высокомолекулярное вещество, которые было названо нуклеином.

В 1879-88 гг. немецкий ученый Альбрехт Коссель   и Эмиль Фишер нашли в составе нуклеина пиримидиновые и пуриновые азотистые основания. Тогда же немецкий ученый Рихард Альтман впервые ввел термин «Нуклеиновая кислота» и разработал удобный способ выделения этих веществ.

В 1909 г. Фибус Левин предположил, что НК состоят из мономеров – нуклеотидов. А в 1930 г. установил различия нуклеотидов по типу углеводной компоненты. НК, содержащие рибозу – РНК, дезоксирибозу – ДНК. 

В 1934 г. Торбьёрн Оскар Касперссон вместе с Эйнаром Хаммерстеном показали, что НК — это гетерополимеры, мономерами которых  являются нуклеотидные звенья.

Одновременно с изучением структуры нуклеиновых кислот проводились исследования, направленные на установление их биологической роли.

В 1881 г. Эдуард Захариас доказал, что нуклеин содержится в хромосомах, которые уже тогда считались ответственными за наследственные признаки. Однако идея о том, что нуклеиновые кислоты являются материальной основой наследственности, в науке не утвердилась. Так, советский биолог Н.К. Кольцов считал, что за передачу наследственности отвечает белковая компонента хромосом. Считалось также, что РНК встречается только у растений, а ДНК – у животных.

И только в 1936 г. благодаря работам Ж. Браше и Дж. Дэвидсона, а также А.Н. Белозерского стало ясно, что оба вида нуклеиновых кислот присуще как для животных, так и для растений.

Ф. Гриффит (1928 г.), О. Эвери (1944 г.), А. Херши (1952 г.) опытным путем доказали, что нуклеиновые кислоты обеспечивают хранение, передачу и реализацию наследственной информации в процессе синтеза белка в клетке. Они пометили ДНК и капсид радиоактивным фосфором. Заразили вирусом кишечную палочку и пришли к выводу, что внутрь клетки попадает ДНК, а капсид остается в питательной среде. Таким образом, было доказано, что ДНК является носителем наследственной информации.

В 1950-е г. Э. Чаргафф установил строгие количественные соотношения азотистых оснований в молекулах ДНК, при помощи бумажной хроматографии которые получили название правил Чаргаффа.

Важнейшие сведения были получены благодаря рентгеноструктурным исследованиям биомолекул. Л. Полинг продемонстрировал возможность спирализации белковых молекул. Первые рентгенограммы молекул ДНК, полученные английскими биофизиками М.Уилкинсом и Р. Франклин свидетельствовали о наличии в их пространственной структуре элементов периодичности.

Основываясь на этих открытиях, в 1953 г. американский генетик Джеймс Уотсон и английский физик Френсис Крик сформулировали основные представления о структуре двойной спирали ДНК. Модель ДНК Уотсона-Крика позволила объяснить многие фундаментальные биологические феномены, такие как структурная организация молекул ДНК, способ  хранения и точного копирования генетической информации, возможность изменения структуры генов в процессе эволюции.

В 1957 г. Ф.Крик сформулировал центральную догму молекулярной биологии (рис.1), согласно которой наследственная информация ( генетическая) информация реализуется однонаправленно. Заключенная в последовательностях нуклеотидов ДНК информация о первичной структуре белка сначала переписывается на молекулу РНК (процесс транскрипции), а затем в процессе биосинтеза белка реализуется в последовательности аминокислотных остатков полипептидной цепи (процесс трансляции).  Согласно этой концепции, ДНК является хранилищем информации о структуре белка. Посредником между ними является РНК, реализующая генетическую информацию, заключенную. в ДНК, в структуру белка.