Сельскохозяйственная биотехнология - Шевелуха Е.А.
Скачать (прямая ссылка):
Две группы фактов легли в основу модели ДНК. Первая связана с успешным использованием рентгеноструктурного анализа для изучения биологических макромолекул. Одним из первых исследователей, высказавших соображения о трехмерной структуре ДНК, был Астбюри (именно он ввел в 1940 г. термин «молекулярная биология»), который предположил, что полимер ДНК представляет собой стопку уложенных один над другим нуклеотидов. Его измерения показали также, что нуклеотидные остатки, ориентированные перпендикулярно длинной оси молекулы, располагаются вдоль оси через каждые 3,4 А (1 ангстрем = 10 м). Группа исследователей, продолжившая
рентгеноструктурные исследования ДНК, начатые Астбюри, и работавшая под руководством Уилкинса, достигла важного методического решения: им удалось приготовить высокоориентированные нити ДНК, на основе которых получили рентгенограмму, показывающую множество ранее не проявлявшихся деталей.
Уотсон и Крик к тому времени рассмотрели несколько возможных вариантов структуры ДНК, однако из-за плохого качества рентгенограмм им не удалось прийти к каким-либо определенным выводам. Рентгенограмма, полученная Розалиной Франклин, сотрудницей Уилкинса, помогла узнать недостающие детали, и в течение нескольких недель вопрос о структуре ДНК был решен.
Определяющую роль в установлении структуры ДНК сыграли факты, полученные Чаргаффом при анализе нуклеотидного состава ДНК различных организмов. В его докладе, сделанном в 1950 г., можно найти следующее утверждение: «Полученные результаты служат опровержением тетрануклеотидной гипотезы. Следует, однако, отметить — хотя трудно еще сказать, не является ли это чистой случайностью,— что во всех изученных до сих пор дезоксирибонуклеиновых кислотах молярные отношения пуринов к пиримидинам в целом, а также аде-нина к тимину и гуанина к цитозину близки к 1". В этом утверждении впервые была сформулирована важная структурная особенность ДНК, подтвержденная последующими анализами: несмотря на довольно широкое разнообразие в составе (у бактерий молярная доза Г + Ц варьирует от 26 до 74%), проявляемое различными типами ДНК, молярное содержание тимина равно молярному содержанию аденина, так же как содержание гуанина равно содержанию цитозина.
В апреле 1953 г. Уотсон и Крик опубликовали небольшую статью, в которой постулировали структуры ДНК (рис. 2.2). В том же выпуске Уилкинс с сотр. опубликовали данные рентгеноструктурного анализа, подтверждающие правильность предложенной модели. Характерные особенности этой модели сводятся к следующему.
1. Две спиральные полинуклеотидные цепи имеют форму правильной правой спирали и закручены вокруг общей оси. Цепи имеют противоположную ориентацию (5’->3’ и 3’—>5’, соответственно), т. е. антипараллельны. Следовательно, если повернуть спираль на 180°, то ее внешний вид не изменится.
2. Пуриновые и пиримидиновые основания расположены внутри спирали, а остатки фосфата и дезоксирибозы (сахарофосфатный остов) — снаружи. Плоскости оснований перпендикулярны оси спирали. Плоскости остатков сахара расположены почти под прямым углом к основаниям.
3. Диаметр спирали — 20 А. Расстояние между соседними основаниями вдоль спирали 3,4 А, они повернуты друг относительно друга на 36°. Таким образом, на один виток спирали каждой из' цепей приходится 10 нуклеотидов, что соответствует 34 А.
Комплементарные пары оснований., расположены под прямым углом
Шаг спирали 3,4 нм
Расстояние
между
парами оснований 0,34 нм
Айв— пурины
4. Две цепи удерживаются при помощи водородных связей между парами оснований. Аденин всегда спаривается с тими-ном, а гуанин с цитозином. Спаривание происходит таким и только таким образом; два пурина занимали бы слишком много места, а два пиримидина, наоборот,— слишком мало, так что регулярная спираль образоваться бы не могла.
5. На последовательность оснований в полинуклеотидной цепи не накладывается никаких ограничений. Определенная последовательность оснований несет конкретную генетическую информацию.
Важнейшее свойство двойной спирали — специфичность связывания оснований. Только при указанном порядке взаимодействия могут образоваться водородные связи и в то же самое время сохранится постоянный диаметр двойной спирали. Обязательное спаривание комплементарных нуклеотидов, с одной стороны, дает объяснение ранее загадочному правилу эквивалентности Чаргаффа, а с другой стороны, получает неожиданное подтверждение от него.
Однако основное значение открытия правил спаривания оснований для последующего развития молекулярной генетики лежит не в объяснении этих любопытных данных, а в признании того, что полная молекула ДНК является самокомплемен-тарной: если наследственная информация записана в полинуклеотидной цепи в виде специфической последовательности четырех оснований, то каждая молекула ДНК несет два полных набора такой информации, хотя и написанной комплементарными буквами. Комментируя этот факт, авторы двойной спирали замечают: «От нашего внимания не ускользнул тот факт, что специфическое спаривание, которое мы постулировали, позволяет предполагать возможный копирующий механизм для генетического материала». Таким образом, информация, необходимая для воспроизведения ДНК, заложена в ее структуре.
