Структура ДНК

Нуклеиновые кислоты, подобно белкам, обладают первичной структурой (под которой подразумевается их нуклеотидная последовательность) и трехмерной структурой. Интерес к структуре ДНК усилился, когда в начале XX в. возникло предположение, что ДНК, возможно, представляет собой генетический материал. С данными, подтверждающими эту роль ДНК, мы познакомимся в гл. 23.

В начале пятидесятых годов американский химик лауреат Нобелевской премии Лайнус Полинг (Linus Pouling), уже изучивший к тому времени а-спиральную структуру, характерную для многих фибриллярных белков, обратился к исследованию структуры ДНК, которая, по имеющимся в то время сведениям, также представлялась фибриллярной молекулой. Одновременно в Королевском колледже в Лондоне Морис Уилкинс и Розалинда Франклин (Maurice Wilkins, Rosalind Franklin) пытались решить ту же проблему методом рентгеноструктурного анализа. Их исследования требовали долгой и трудоемкой работы по приготовлению чистых препаратов солей ДНК, для которых удавалось получать сложные дифракционные картины (рис. 3.41).

Структура ДНК

С помощью этих картин можно было, однако, выявить лишь общую структуру молекулы ДНК, не столь детализованную, как та, которую давали возможность получить чистые кристаллы белка. Тем временем Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик (James Watson, Francis Crick) в Кавендишской лаборатории Кембриджского университета избрали иной подход, который в конечном счете и обеспечил успешное решение проблемы.

Используя все физические и химические данные, какие оказались в их распоряжении, Уотсон и Крик стали строить пространственные модели ДНК в надежде на то, что рано или поздно им удастся получить достаточно убедительную структуру, согласующуюся со всеми этими данными. История их поисков увлекательно описана Уотсоном в его книге «Двойная спираль».

Два обстоятельства оказались для Уотсона и Крика решающими. Во-первых, они имели возможность регулярно знакомиться с результатами работ Уилкинса и, сопоставляя с его рентгенограммами свои модели, могли таким образом проверять эти модели. Рентгенограммы же Уилкинса убедительно свидетельствовали в пользу спиральной структуры (рис. 3.41) с периодичностью 0,34 нм вдоль оси.

Во-вторых, Уотсон и Крик отдавали себе отчет в важном значении закономерностей, касающихся соотношения различных оснований в ДНК. Обнаружил эти закономерности и сообщил о них в 1951 г. Эрвин Чаргафф (Erwin Chargaff). Это открытие, однако, при всей своей важности не привлекло к себе должного внимания. В табл. 3.10 мы приводим некоторые из данных Чаргаффа, дополнив их результатами более поздних исследований.

Структура ДНК
3.13. Ознакомьтесь с таблицей. Какой вывод она позволяет сделать о соотношении различных оснований в молекулах ДНК?

Уотсон и Крик задались целью проверить предположение, что молекула ДНК состоит из двух спиральных полинуклеотидных цепей, удерживаемых вместе благодаря спариванию оснований, принадлежащих соседним цепям. Основания удерживаются вместе водородными связями.

3.14. Если эта модель верна, можно ли на основе данных Чаргаффа предсказать, какие основания должны соединяться друг с другом в пары?

Как основания соединяются в пары с помощью водородных связей, показано на рис. 3.42.

Структура ДНК

Аденин спаривается с тимином, а гуанин — c цитозином; АТ-пара соединяется двумя водородными связями, а ГЦ-пара — тремя. Уотсон попытался представить себе такой порядок спаривания оснований и позже вспоминал об этом так: «От радости я почувствал себя на седьмом небе, ибо тут я уловил возможный ответ на мучившую нас загадку: почему число остатков пуринов в точности равно числу остатков пиримидинов?» Уотсон увидел, что при таком сочетании основания оказываются очень точно подогнанными друг к другу и что общий размер и форма двух этих пар оснований одинаковы, так как обе пары содержат по три кольца (рис. 3.42). Водородные связи при других сочетаниях оснований в принципе возможны, но они гораздо слабее. После того как все эти обстоятельства выяснились, можно было наконец приступить к созданию достоверной модели ДНК, той, которая изображена на рис. 3.43—3.45.

Структура ДНК
Структура ДНК
Структура ДНК

Литература. Биология : в 3 т. Т. 1 / Д. Тейлор, Н. Грин, У. Стаут ; под ред. Р. Сопера

AOF | 02.01.2021 19:07:45