НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ

Присущее всем живым существам свойство быть похожим на своих родителей. Однако особи каждого вида, будучи в целом схожими, все же различны и имеют свои, индивидуальные особенности (признаки). Но и эти признаки наследуются — передаются от родителей к детям. Генетические основы наследственности и есть предмет настоящей статьи.

НОСИТЕЛИ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ

ДНК. Многоклеточные организмы, как здания, сложены из миллионов кирпичиков — клеток. Основным "строительным" материалом клетки являются белки. У каждого типа белка — своя функция: одни входят в состав клеточной оболочки, другие — создают защитный "чехол" для ДНК, третьи передают "инструкции" о том, как производить белки, четвертые регулируют работу клеток и органов, и т.д. Каждая молекула белка представляет собой цепочку из многих десятков, даже сотен звеньев — аминокислот; такую цепь называют полипептидной. Сложные белки могут состоять из нескольких полипептидных цепей. В процессе жизнедеятельности белки расходуются, и потому регулярно воспроизводятся в клетке. Их полипептидные цепи строятся последовательно — звено за звеном, и эта последовательность закодирована в ДНК. ДНК — длинная двухцепочечная молекула; состоит из отдельных звеньев — нуклеотидов. Всего имеется четыре типа нуклеотидов, обозначаемых как А (аденин), Г (гуанин), Т (тимин), Ц (цитозин). Тройка нуклеотидов (триплет) кодирует одну аминокислоту согласно т.н. генетическому коду. ДНК хранится в ядре клетки в виде нескольких "упаковок" — хромосом.

Гены. Участок ДНК, в котором закодирована определенная полипептидная цепь, называется геном. Скажем, его фрагмент "TЦT ТГГ" кодирует аминокислотное звено: "серин-триптофан". Основная функция генов — поддержание жизнедеятельности организма путем производства белков в клетке, координация деления и взаимодействия клеток между собой. Гены у разных индивидов даже одного вида могут различаться — в пределах, не нарушающих их функцию. Каждый ген может быть представлен одной или большим числом форм, называемых аллелями. Все клетки организма, кроме половых клеток, содержат по два аллеля каждого гена; такие клетки называют диплоидными. Если два аллеля идентичны, то организм называют гомозиготным по этому гену; если аллели разные, то — гетерозиготным. Аллели эволюционно возникли и возникают как мутации — сбои в передаче ДНК от родителей к детям. Например, если бы в указанной выше нуклеотидной последовательности "TЦT ТГГ" третий нуклеотид, Т, ошибочно передался бы ребенку как Ц, то вместо родительского "серин-триптофан" он бы имел фрагмент белка "аланин-триптофан", поскольку триплет TЦЦ кодирует аминокислоту аланин. Аллели, прошедшие апробацию отбором

(см. ПОПУЛЯЦИОННАЯ ГЕНЕТИКА), и образуют то наследственное разнообразие, которое мы сейчас наблюдаем, — от цвета кожи, глаз и волос до физиологических и эмоциональных реакций.

Хромосомы. ДНК защищена от внешних воздействий "упаковкой" из белков и организована в хромосомы, находящиеся в ядре клетки. В хромосоме регулируется активность генов, их восстановление при радиационном, химическом или ином типе повреждений, а также их репликация (копирование) в ходе клеточных делений — митоза и мейоза (см. КЛЕТКА). Каждый вид растений и животных имеет определенное число хромосом. У диплоидных организмов оно парное, две хромосомы каждой пары называются гомологичными. Среди них различают половые (см. ниже) и неполовые хромосомы, или аутосомы. Человек имеет 46 хромосом: 22 пары аутосом и одну пару половых хромосом; при этом одна из хромосом каждой пары приходит от матери, а другая — от отца. Число хромосом у разных видов неодинаково. Например, у классического генетического объекта — плодовой мушки дрозофилы — их четыре пары. У некоторых видов хромосомные наборы состоят из сотен пар хромосом; однако количество хромосом в наборе не имеет прямой связи ни со сложностью строения организма, ни с его эволюционным положением. Помимо ядра, ДНК содержится в митохондриях, а у растений — еще и в хлоропластах. Поэтому те гены, которые находятся в ядерной ДНК, называют ядерными, а внеядерные, соответственно, митохондриальными и хлоропластными. Внеядерные гены контролируют часть энергетической системы клеток: гены митохондрий отвечают в основном за синтез ферментов реакций окисления, а гены хлоропластов — реакций фотосинтеза. Все остальные многочисленные функции и признаки организма определяются генами, находящимися в хромосомах.

Передача генов потомству. Виды поддерживают свое существование сменой одних поколений другими. При этом возможны различные формы размножения: простое деление, как у одноклеточных организмов, вегетативное воспроизводство, как у многих растений, половое размножение, свойственное высшим животным и растениям (см. РАЗМНОЖЕНИЕ). Половое размножение осуществляется с помощью половых клеток — гамет (сперматозоидов и яйцеклеток). Каждая гамета несет одинарный, или гаплоидный, набор хромосом, содержащий только по одному гомологу; у человека это 23 хромосомы. Соответственно, каждая гамета содержит только один аллель каждого гена. Половина гамет, производимых особью, несет один аллель, а половина — другой. При слиянии яйцеклетки со сперматозоидом — оплодотворении, — образуется одна диплоидная клетка, называемая зиготой. Из клеток, получающихся в результате митотических делений зиготы в процессе индивидуального развития (онтогенезе), формируется новый организм. В зависимости от того, какие аллели несет данная особь, у нее развиваются те или иные признаки. Отметим, что равновероятное распределение аллелей по гаметам было открыто Грегором Менделем в 1865 и известно как Первое правило Менделя. См. далее

НАСЛЕДОВАНИЕ АУТОСОМНЫХ ПРИЗНАКОВ