ДНК

ДНК

Молекула ДНК має форму подвійної спіралі, і його відтворення грунтується у тому, що кожна ланцюг подвійної спіралі служить матрицею для складання нових молекул.

Сегодня знаємо, що молекула ДНК є носієм коду, який управляє хімізмом всього живого (див. Центральна догма молекулярної біології), а подвійна спіраль молекули ДНК стала однією з відомих наукових символів. Відкриття ДНК, як і всі великі відкриття, був результатом роботи самотнього генія, а увінчала собою довгу ланцюг експериментальних робіт. Так, експеримент Херши—Чейз продемонстрував, що носієм генетичної інформацією клітинах є ДНК, а чи не білки. Ще 1920;ті роки американський біохімік родом із Росії Фибус Левін (Phoebus Levene) (1869−1940) встановив, основні цеглинки, у тому числі побудована ДНК, — це пятиатомный цукор дезоксирибоза (вона позначена буквою Д в слові ДНК), фосфатная група і чотири азотистих підстави — тимин, гуанін, цитозин і аденін (їх зазвичай позначають літерами Т, Р, Ц й О). У кінці 40-х років американський біохімік австрійського походження Ервін Чаргафф (Erwin Chargaff) (р. 1905) з’ясував, що у всіх ДНК міститься однакову підстав Т й О і, аналогічно, однакову підстав Р і Ц. Проте відносне зміст Т/А і Г/Ц в молекулі ДНК специфічно кожному за вида.

В початку 50-х років відомими дві нові факту, пролившие світло на природу ДНК: американський хімік Лайнус Полінг (Linus Pauling) (1901−94) показав, що у довгих молекулах, наприклад білках, можуть утворюватися зв’язку, закручивающие молекулу в спіраль, а лондонській лабораторії Моріс Вілкінс і Розалинда Франклін отримали дані рентгеноструктурного аналізу (засновані на удосконаленому застосуванні закону Брегга), які дозволяли припустити, що ДНК має спіральну структуру.

Как разів у цей час молодий американський біохімік Джеймс Вотсон вирушив у рік у Кембриджський університет до роботи з молодою англійським фізиком-теоретиком Френсісом Кріком. («Про мене дуже тоді мешкали практично хто б знав, — згадував згодом Крік, — а ідеї Вотсона вважали… занадто заумними».) Експериментуючи з металевими моделями, Крік і Вотсон намагалися об'єднати різні компоненти молекули в тривимірну модель ДНК.

Чтобы краще уявити отримані результати, уявіть довгу сходи. Вертикальні стійки цієї драбини складаються з молекул цукру, кисню і фосфору. Важливу функціональну інформацію в молекулі несуть сходинки драбини. Вони складаються з цих двох молекул, кожна з яких кріпиться до одної з вертикальних стійкий. Ці молекули — чотири азотистих підстави — є одиночні чи подвійні кільця, містять атоми вуглецю, азоту та кисню та найздібніші утворювати два чи три водневі зв’язку (див. Хімічні зв’язку) коїться з іншими підставами. Форма цих молекул дозволяє йому утворювати зв’язку — закінчені сходинки — лише певного типу: між Проте й Т й між Р і Ц. Інші зв’язку виникнути що неспроможні. Отже, кожна сходинка представлена або А—Т або Г—Ц. Тепер уявіть, що ви берете зібрану в такий спосіб сходи протягом двох кінця так і скручиваете — ви отримаєте знайому подвійну спіраль ДНК.

Считывая сходинки за однією ланцюга молекули ДНК, ви отримаєте послідовність підстав. Уявіть, що це повідомлення, написане з допомогою алфавіту лише з чотирьох літер. Саме ця повідомлення визначає хімічні перетворення, які у клітині, і, отже, характеристики живого організму, частиною якого є клітина. На інший ланцюга спіралі ніякої нову інформацію не міститься, бо коли ви знаєте підставу, що є в одній ланцюга, ви знаєте і те, якою повинна бути друга половина сходинки. У певному сенсі дві ланцюга подвійної спіралі ставляться одна одній як і, як фотографія і негатив.

Открыв двуспиральную структуру спіралі ДНК, Вотсон і Крік зрозуміли і той найпростіший спосіб, яким здійснюється відтворення молекули ДНК — як це має відбуватися при розподілі клітини. З їхнього словами, «від уваги не пройшов той факт, що постулированная нами специфічна парність азотистих підстав безпосередньо свідчить про можливий механізм копіювання генетичного материала».

Такой «можливий механізм копіювання» визначено структурою ДНК. Коли клітина вдається до діленню і необхідне додаткове ДНК для дочірніх клітин, ферменти (див. Каталізатори і ферменти) починають «розстібати» сходи ДНК, як застежку-«молнию», оголюючи індивідуальні підстави. Інші ферменти приєднують відповідні підстави, перебувають у оточуючої рідкої середовищі, до парним «обнажившимся» підставах — А до Т, Р до Ц тощо. буд. У результаті кожної з цих двох розпаленілих ланцюгів ДНК добудовується відповідна їй ланцюг з компонентів довкілля, і вихідна молекула дає початок двом подвійним спиралям.

Точно як і, як кожне велике відкриття грунтується на роботі попередників, воно дає початок новим плідним дослідженням, оскільки вчені використовують одержану інформацію для просування. Можна сміливо сказати, що відкриття подвійний спіралі дало поштовх наступному півстолітньому розвитку молекулярної біології, завершившемуся успішним здійсненням проекту «Геном человека».

***

Эксперимент Мезельсона—Сталя

После того як Вотсон і Крік висловив припущення про двуспиральной структурі ДНК, це припущення минуло експериментальну перевірку, як приміром із будь-який наукової гіпотезою. Два молекулярних біолога — Метью Мезельсон (Matthew Meselson) (р. 1930) і Франклін Сталь (Franklin Stahl) (р. 1910) — провели в 1957 року у Каліфорнійському технологічному інституті серію експериментів. Використана ними методика дозволяла розрізняти маси дуже схожих молекул. Спочатку вони вирощували бактерії серед, де із єдиним джерелом азоту був ізотоп 15N (звичайний атом азоту, 14N, кілька легше). За кілька поколінь весь азот в бактеріальної ДНК був лише «важким» азотом. Потім бактерії переносили у середу, де весь азот був у формі 14N (азот входить у склад підстав ДНК і тому поглинається будь-яким організмом, синтезуючим нові ланцюга молекули). Після одного циклу клітинного розподілу вагу бактеріальної ДНК був проміжним між вагою ДНК з 15N і вагою ДНК з 14N. Після двох циклів клітинного розподілу один із чотирьох ланцюгів ДНК була «важкої» ДНК і т. буд. Цим дотепним експериментом Мезельсон і Сталь підтвердили, що у результаті кожного розподілу клітини комплементарные ланцюга ДНК містять половину старої («важкої») ДНК пройшли й половини нової («легкої») ДНК — точному відповідність з гіпотезою Вотсона і Крика.

***

Фрэнсис Гаррі Комптон КРИК.

Francis Harry Compton Crick, 1916−2004.

Английский молекулярний біолог (на фото справа). Народився Нортгемптоне у ній взуттєвого фабриканта. У 1938 року здобув диплом фізика в Університетському коледжі в Лондоні. Під час війни займався розробкою акустичних і магнітних хв. Згодом вирішив досліджувати «таємницю життя». У 1951 року, коли Крік вивчав структуру білків з нового підрозділі, створеному Медичним дослідницьким радою в Кавендишської лабораторії Кембриджа, студент Джеймс Вотсон припустив, що з розуміння функції молекули ДНК необхідно з’ясувати її структуру. Успішні пошуки у цьому напрямі принесли Вотсону і Крику в 1962 року Нобелівської премії у сфері фізіології та східної медицини. Пізніші роботи Кріка пов’язані із розробкою центральної догми молекулярної біології. У 1977 року Крік перейшов у інститут Солка в Сан-Дієго, де продовжив пошуки «таємниці життя», переключившись на вивчення сознания.

Джеймс Дьюї ВОТСОН.

James Dewey Watson, р. 1928.

Американский біохімік. Народився Чикаго, штат Іллінойс. У віці 15 років вступив у університет Чикаго, який закінчив чотирма роками пізніше. 1950;го отримали докторську ступінь доктора в університеті штату Індіана за вивчення вірусів. Його відвідання Кавендишської лабораторії 1951 року призвело до у співпраці з Френсісом Кріком, яке увінчалося відкриттям структури ДНК. Крік і Вотсон поділили Нобелівської премії у сфері фізіології та східної медицини з Морісом Вілкінсом (Maurice Wilkins) (р. 1916), чиї експерименти з дифракцией рентгенівських променів вдалося розпізнати двуспиральную структуру спіралі ДНК. Розалинда Франклін (Rosalind Franklin) (1920−58), чий внесок у відкриття структури ДНК, на думку багатьох, був дуже вагомим, була визнана гідною Нобелівської премії, бо дожила доти времени.

Список литературы

Для підготовки даної праці були використані матеріали із сайту internet.