О природе живого: механизмы и смысл - Ичас М.
ISBN 5-03-002805-6
Скачать (прямая ссылка):
Еще в 1890 г. некоторые ученые высказали гипотезу о том, что ДНК может быть веществом наследственности, однако первые веские данные в пользу этого были получены только в 1928 г. Ф, Гриффит, английский ученый, показал, что можно изменять свойства бактерий, помещая их на короткое время в среду, содер-
жащую некий “трансформирующий фактор”. Вскоре выяснилось, что это была чужеродная ДНК.
Как известно, существует несколько разновидностей (штаммов) бактерий-пневмококков, вызывающих пневмонию. Клетки тех штаммов, которые могут вызывать болезнь, окружены оболочкой (капсулой) из полисахарида (полимерного сахара), ограждающей их от воздействия защитных сил организма. Это так называемые “гладкие” штаммы (S), называемые Так по виду колоний, которые они образуют при росте на агаре. У других штаммов полисахаридной капсулы нет, и они не способны вызывать болезнь. Это “шероховатые” штаммы (R).
Гриффит обнаружил, что среда, в которой выращивался штамм S, содержит какой-то “трансформирующий фактор”. Когда эту среду добавляли к культуре штамма R, часть его клеток превращалась в клетки типа S. Это изменение передавалось по наследству: потомство трансформированных бактерий тоже обладало свойствами клеток S. В дальнейшем Р. Эйвери из Рокфеллеровского института показал, что трансформирующий фактор представляет собой ДНК.
Итак, ДНК из штамма S, добавленная к штамму R, превращает штамм R в штамм S.
К тому времени химический состав ДНК был уже известен, но еще оставалось выяснить, каково пространственное расположение атомов, образующих ее молекулы. Дж. Д. Уотсон и Ф. Крик попытались узнать это путем изучения картин, получаемых при дифракции рентгеновских лучей на препаратах ДИК. Этот метод позволяет определять положение атомов в молекулах, хотя это и нелегкая задача, если молекула очень велика. Так или иначе им это удалось, и в 1953 г. они опубликовали свою знаменитую короткую статью в научном журнале “Nature”, где описали спиральную структуру молекул ДНК. Описание включало гипотезу о том, каким образом ДИК могла бы воспроизводить самое себя.
Уотсон и Крик в существенной мере использовали данные и выводы специалиста в области рентгеноструктурного анализа Розалинды Фрэнклин, которая работала в то время в лаборатории У ил-кинза в Лондоне и сама была очень близка к расшифровке структуры ДНК. Помощь ее была, однако, недобровольной: Уилкинз познакомил Уотсона и Крика с полученными ею результатами без ее ведома и согласия. Ссылок на ее работу ни в упомянутой статье, ни в последующих публикациях Уотсона и Крика не было. Когда эта некрасивая история выплыла на свет, это произвело нехорошее впечатление, и не только на феминисток.
Старая Старая
цепь цепь
цепь цепь цепь цепь
Г
Рис. 6-1. А. Одиночная цепь молекулы ДНК образована из комплексов основания с сахаром, соединенных между собой фосфатными группами. Г. Две цепи закручены одна вокруг другой и образуют двойную спираль ДНК. Они соединены между собой водородными связями между комплементарными основаниями — аденииом и тимином (А-Т) и гуанином и цитозином (G-С). Б и В. Здесь пунктиром показаны водородные связи; они образуются только тогда, когда основания “хорошо подходят” друг к другу, поэтому в двойной спирали против каждого Т одной цепи всегда стоит А, а против С — G. Поэтому и цепи в целом комплементарны друг другу. При раскручивании цепей (Г, внизу) на каждой из них может быть построена новая комплементарная цепь. В результате происходит удвоение молекулы.
Строение ДНК
Так же как и белки, ДНК является линейным полимером (рис. 6-1), но построенным из мономеров иного типа. Осевую цепь молекулы образуют чередующиеся остатки фосфорной кислоты и несколько необычного пятиуглеродного сахара. К каждому остатку сахара присоединено довольно сложное азотистое основание, и структура целиком выглядит так:
Основа- Основание 2 ние 3
-Сахар — Фосфат — Сахар
Комплекс, содержащий сахар, фосфорную кислоту (фосфат) и основание, называется нуклеотидом (на схеме он обведен пунктиром). Нуклеотиды — это те мономеры, которые используются при синтезе нуклеиновых кислот, последовательно присоединяясь к цепи.
В составе ДНК встречаются четыре разных азотистых основания: аденин (А), тимин (Т), гуанин (G) и цитозин (С). Их структурные формулы приведены на рис. 6-1, Б и В. В дальнейшем изложении мы будем использовать их буквенные обозначения.
Уотсон и Крик показали, что молекула ДНК состоит из двух цепей, спирально закрученных одна вокруг другой (рис. 6-1, Г). Эти две цепи соединены по принципу комплементарности (взаимодо-полнительиости): если в одной из них где-то находится А (большее по размерам основание), то против него в другой цепи всегда стоит Т (меньшее основание); а против большего основания G всегда стоит меньшее С. Это попарное соответствие А-Т и С-G носит название “правила комплементарности”. Таким образом, две спиральные цепи, выпрямленные для удобства их изображения, могут обладать, например, такой структурой:
