ХРОМОСОМЫ ПРОКАРИОТОВ
В. Тарабанко
Научная революция ХХ века начала своё шествие с открытия в биологии. В 1900 году была установлена (переоткрыта) дискретность наследственных факторов-генов и родилась новая наука – генетика.
Начавшийся затем экспериментальный штурм решения проблемы гена не увенчался успехом и в 1929 году Н.Дубинин констатирует: «несмотря на обильный фактический материал генетика очень мало может сказать о внутреннем строении гена»(1). И до сих пор тайна его строения так и остаётся главной проблемой генетики: «В концепции гена сфокусированы результаты примерно ста лет работы, потребовавшейся для того, чтобы разгадать основу наследственности. Проведённые исследования были столь многоплановы, что нельзя однозначно и удовлетворительно ответить на вопрос: что такое ген?»(2).
Одновременно проводились исследования на хромосомном уровне и, к сожалению, с тем же неутешительным результатом: « Несмотря на огромное число исследований, посвящённых хромосомам, изучение их структурной и функциональной организации продолжает оставаться одним из самых актуальных направлений современной биологии. Хромосомы выполняют в клетке сложнейшие функции и имеют весьма сложную организацию, трудно поддающуюся изучению»(3).
В процессе становления любой науки подобные трудности естественны. В нашем
случае они коренятся в методологической инфантильности генетической теории.
Основоположники генетики объявили её экспериментальной наукой. Если на
классическом этапе её становления это было закономерно и неизбежно, то в последующем абсолютизация эмпиризма и игнорирование теории ни могло не привести к негативным последствиям, ибо «Доказанное примерами никогда нельзя считать полностью доказанным» (Лейбниц); « Не доверяйте наблюдениям пока они не подтверждены теорией(Эддингтон).
Итак, генетика по прежнему не имеет объективной модели строения гена или
хромосомы. В настоящей статье, опираясь на нашу концепцию развития биосферы
Земли (Биологическая теория развития), мы намерены показать, что, только диалектический анализ накопленных к настоящему времени эмпирических наблюдений позволяет преодолеть это незнание и создать структурно-функциональную модель хромосомы.
МОДЕЛЬ ХРОМОСОМЫ ПРОКАРИОТОВ
Наши представления о хромосомах базируются на стереохимическом строении двухцепочечной молекулы ДНК (Д.Уотсон, Ф.Крик, 1953 т.). Эта сравнительно удачная
модель знаменовала начало структурной революции в познании основ наследственности, однако она не получила развития, так как без теоретической поддержки авторы не были застрахованы от неизбежных логических просчетов, что и подтвердили последующие экспериментальные наблюдения: «Химический анализ хромосом выявил наличие в них, кроме ДНК, ещё трёх типов макромолекул: это РНК, белок гистон и более сложный белок, называемый остаточным белком. Ещё не совсем понятно, каким образом эти
четыре типа макромолекул соединяются между собой, образуя хромосому. Поэтому хромосома, удовлетворяющая требованиям генетики, проще по структуре, чем та, которую непосредственно наблюдает цитолог»(4). Кроме того в 1957 г. американские
учёные А.Рич, Г.Фелзенфелд, Д.Дейвис обнаружили полинуклеотидные фрагменты в продуктах очистки ДНК от так называемых хромосомных примесей(5).
А в результате: «Микромолекулярная структура ДНК, предложенная Уотсоном и
Криком, сейчас является общепринятой и широкоизвестной…Однако общая организация хромосом, их макроструктура, до сих пор остаётся совершенно не ясной,
и ни одна из предложенных моделей не может быть окончательно принята»(6).
Что же мешает превращению модели ДНК в полноценную модель хромосомы?
Чтобы преодолеть это затруднение воспользуемся объективной логикой, которая сформировалась в процессе решения проблемы атома.
Атомистическое мировоззрение, позволило познать человечеству первое фундаменталь- ное свойство материи – её дискретность. Но лишь более двух тысячелетий спустя было экспериментально открыто второе фундаментальное свойство – её внутренняя противо- речивость. Оказалось, что представления о дискретности атома было явно недостаточно для познания его внутреннего строения, что наряду с дискретностью обязательным условием является обнаружение его внутренней противоречивости, «отражающий сущность закона единства и борьбы противоположностей» (атом состоит из положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов).
Возвращаясь с этим к модели Д.Уотсона и Ф.Крика мы находим, что внешне их стереохимическая модель молекулы ДНК выглядит оптимальной и даже противоречивой, поскольку её противоположности организованы в полинуклеотидные цепи, которые антипараллельны друг другу, то есть идут в противоположных направлениях. Однако, при моделировании, в этом удачном предположении авторы не увидели главного – внутренней противоречивости молекулы ДНК, без чего, по аналогии с атомом, не возможно понять её строение. Это стало неодолимой преградой для дальнейшего развития начатой ими структурной революции и потому модель ДНК так не стала моделью хромосомы. Кроме теоретического есть и эмпирический аргумент, подтверждающий объективность этой аналогии. Д.Уотсон и Ф.Крик предположили, что две полинуклеотидные цепи в ДНК не связаны ковалентно, а соединяются водородными связями, что позволяет им разделяться. Однако, без учёта внутренней противоречивости это, казалось бы логически приемлемое допущение, оказалось контрпродуктивным, так как оно фактически лишило цепи-противоположности функциональной активности. Дело в том, что водородные связи между их азотистыми основаниями, по канонам химии, обусловлены проявлением валентно насыщенными атомами водорода дополнительной, побочной валентности и, после разрыва водородных связей, их расплетающиеся цепи так и остаются валентно насыщенными, то есть функционально пассивными или электронейтральными. По законам диалектики, если функционально пассивны обе цепи (модель ДНК) или даже одна цепь (кодирующая), то это не противоположности и молекулу ДНК нельзя признать противоречивой, ибо суть её противоречивости заключается именно во взаимодействии транскрипционно активных, противоположно заряженных и равноправных цепей-противоположностей, совместно осуществляющих синтез биосоединений.
Пока же генетика по данному вопросу находится в плену заблуждения и только его
преодоление позволит понять истинную внутреннюю противоречивость молекулы ДНК, что практически равносильно познанию принципа структурно-функциональной организации и ДНК и хромосомы в целом.
Начнём с генетической аксиомы (к счастью есть такая). Центральная догма
молекулярной генетики, которую сокращают до формулы ДНК – РНК – БЕЛОК, гласит, что генетическая информация хранится в последовательности ДНК, затем она переносится на мРНК и с неё транслируется в аминокислотные последовательности белков. Известно так же, что синтез белка предворяет появление наряду с мРНК ещё тРНК и ферментов, однако последним посредникам до сих пор суждено прозябать в незаконнорожденных. Генетика пока очень туманно обозначает местонахождение их кодов в хромосомах генома. Вот характерная цитата: «Все типы РНК имеют общее происхождение, а именно транскрибируются с ДНК. В случае с мРНК продукт транскрипции является посредником, предназначенным для трансляции, тРНК и рРНК-транскрипты представляют собой активные молекулы»(7). Из дальнейших пояснений мы узнаём, что мРНК транскрибируется с антикодирующей цепи ДНК, а вот кодов тРНК и ферментов там не обнаружено. Это заставляет нас думать, что они кодируются где-то в другом месте. Однако, представить такое трудно даже для эукариотов (нужно придумать какой-то особый регуляторный механизм синхронизации синтеза посредников), а для прокариотов такое допущение вообще немыслимо, так как у них нет другого места кроме одной ленточной или кольцевой хромосомы. С другой стороны, логика подсказывает, что абсолютная синхронность появления посредников по времени и специфике достижима только тогда, когда они (мРНК, тРНК и ферменты) кодируются в своих генах и транскрибируются с них.
А теперь внимание! Чтобы вернуть утерянную при моделировании функциональную
электроактивность цепей-противоположностей достаточно восстановить в двойной спирали ДНК лишь точный адрес полинуклеотидных фрагментов, обнаруженных в продуктах её очистки.
Вот этот адрес вместе с функцией: обе полинуклеотидные цепи ДНК не оканчиваются основаниями («азотистые основания торчат из сахарофосфатного остова») (7), а в пределах любого гена к каждому триплёту-кодону его оснований ковалентно присоединена своим антикодоном соответствующая «ДНК-клеверный лист»(по аналогии с формой тРНК).
Эти «ДНК- клеверный лист» антикодирующей цепи обозначим «ДНК-Р» (код тРНК), а комплементарные коды ферментов кодирующей цепи – «ДНК-Ф» (код тФ). Разноимённо заряженные ДНК-Р и ДНК-Ф соединяются друг с другом не напрямую, а с помощью гистона. В таком состоянии молекула ДНК транскрипционно (функционально) нейтральна (в спорах прокариотов).
Процесс транскрипции посредников и трансляции белка осуществляется следующим образом. Когда цепи ДНК разъединяются и, в результате удаления гистона они становятся транскрипционно активными, с их стартовой точки начинается синтез РНК-посредников. С антикодирующей цепи транскрибируется мРНК с соответствующими тРНК на каждом триплёте-кодоне. На кодирующей цепи синтезируется матрица ферментативной последовательности (мФ) с гомологичными ферментами (тФ) на каждом триплёте-кодоне. По ходу транскрипции формируется единый комплекс посредников, в котором цепи мРНК и мФ соеденены между собой комплементарными и противоположно заряженными тРНК и тФ напрямую (без гистона), после чего данный комплекс первого гена, отделившись от ДНК, запускает в цитоплазме рибосомный конвейр. Когда рибосома садится на лидерные концы матриц и, продвигаясь, упирается своей передней стенкой в первую кодирующую группу комплекса посредников, от него отделяется пара тРНК-тФ, допустим априори, что их взаимосвязь сильнее связи с матрицами. Разрыв электрических кодон-антикодоновых связей с матрицами превращает пару тРНК-тФ в
свободную активную группу, которая находит и соединяется с соответствующей аминокислотой. А когда первые кодирующие триплёты матриц появляются в участках рибосомы (соответственно в А – мРНК , в Р –мФ) пара тРНК-тФ с аминокислотой присоединяется к ним (каждая к своей матрице). И так далее. Таким образом обеспечивается необходимая пространственная ориентация аминокислот, исключающая ошибки в их присоединении к растущей цепи синтезируемого биосоединения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
1.Данная реконструкция молекулы ДНК позволяет обосновать внутреннюю противоречивость структурно-функциональной организации хромосомы, состоящей
из разноимённо заряженных полинуклеотидных цепей-противоположностей.
В гаплоидных хромосомах прокариотов (ленточных и кольцевых) функционируют обе цепи. Они постоянно расплетены, то есть постоянно активны (кроме спор). Каждая цепь прикреплена к специфическому участку клеточной мембраны на расстоянии обеспечивающим, во-первых, их функциональное взаимодействие; во-вторых, надёжный способ последующего распределения их по дочерним клеткам при делении.
2. Экспериментально установлено, что при делении (размножении) наследуются
хромосомы, а не отдельные гены. Поэтому единицей наследственности видимо следует считать хромосому, а гены в таком случае будут её элементарными частицами.
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Дубинин Н.П. Природа строения гена. Ж. Естествознание и марксизм №1. 1929 г.
2. Льюин Б. Гены. М. 1987 г.
3. Киквидзе И.И. БСЭ. 3 изд.
4. СоунсонК., Мерц Т., Янг У. Цитогенетика. М. 1969 г.
5. Сойфер В.Н. Ж. «Наука и жизнь» № 2. 2002 г.
6. Нейфах А.А. Общая генетика (глава «Ген и признак»). М.1965 г.
7. Льюин Б. Гены. М. 1987 г.
- Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
