Исторические этапы изучения структуры и функций ДНК. Роль ДНК в клетке и ее молекулярная пространственное строение оставались тайной для нескольких поколений ученых и только в середине XX в. эти загадки удалось разгадать.
ДНК – хранитель генетической информации. Вопрос о веществе, из которого построены гены, оставалось незьясованпм до 40- х годов XX в. К тому считали, что роль речовинп -носителя наследственности играют какие-то особые белки, содержащиеся в ядре. Ведь среди биологических молекул именно белки, как никакие другие, имеют разнообразную строение, а потому, как кажется на первый взгляд, могут обеспечить наследование огромного количества признаков и функций, присущих любому организму. ДНК, как тогда считалось, не могла иметь к этим механизмам непосредственного отношения, поскольку ее строение слишком однообразна, а потому ей была отведена роль хранителя фосфора в клетке.
Строение и функция ДНК
Первые исследования, доказали генетическую значимость ДНК, были проведены на простейших организмах – бактериях и заключались в обработке безопасных для мышей бактерий раствором ДНК, выделенной из колоний болезнетворных. В результате безвредные микроорганизмы становились патогенными и начинали вызывать у подопытных животных болезни, которые ранее не были им присущи. Причем эта новообразованная особенность микроорганизмов стала передаваться из поколения в поколение, то есть оказалась наследственно закрепленной. Эти исследования были проведены в 1944 г. американским ученым А. Эй- вери (1877-1956) с коллегами. Позже изменения генетических свойств клеток путем введения в них чужеродной ДНК, получившего название генетическая траснформация (от лат. Трансформации – превращение), были получены сначала у животных, а впоследствии – у растений. Таким образом было доказано, что ДНК – это биополимер, предназначенный для хранения и передачи наследственной информации.
Необычные растения можно получить, если, например, семена тыквы вымочить в растворе ДНК, выделенной из семян арбуза. С таких семян вырастут гибридные растения, которые дадут потомков с различными признаками и удивительными свойствами: огромные плоды – зеленые и полосатые, как арбуз, с мякотью, как у тыквы, с косточками такими же черными, как у арбуза, и большими, как у тыквы.
2. Правила Чаргаффа. Исследования нуклеотидного состава ДНК разных видов организмов, а также поиск количественных закономерностей в соотношениях разных нуклеотидов были начаты в 1949-1951 pp. группой исследователей, возглавляемых Э. Чаргаффа (1905-2002), которые работали в США. Они позволили выявить правила, подобные которым не удавалось сформулировать для одного биополимера, в том числе и для молекул РНК. Количественные соотношения между различными типами нитроге – новмисних оснований в ДНК, установленные учеными, получили название правил Чаргаффа, по которым в молекулах ДНК:
• количество аденина равно количеству тимина (А = Т), а количество гуанина – количеству цитозина (Г = Ц);
• количество пуринов равно количеству пиримидинов: А + Г = Т + Ц или (А + Г / Т + Ц = 1);
• количество основ с шестью аминогруппами равно количеству оснований с шестью кетогруппы:
А + Ц = Г + Т (А + Ц / Г + Т = 1).
Попытка же установить константу в соотношении (А + Т) / (Г + Ц) не увенчалась успехом. Оказалось, что соотношение числа пар нуклеотидов AT с одной стороны и ГЦ с другой изменяется в зависимости от вида организма. Позже, в 1962 г. российский биохимик А.Н. Белозерский (1905-1972) доказал, что это соотношение является специфическим для различных систематических групп. Так, ДНК животных и растений всегда содержит больше AT основ, чем ГЦ, тогда как у бактерий могут быть различные варианты. Эти закономерности свидетельствовали о том, что молекулы ДНК имеют двойную структуру.
3. Открытие двойной спирали. Фактами, способствовавших раскрытию тайны пространственной структуры ДНК, были не только данные о соотношении нуклеотид -ных основ, но и данные рентгеноструктурного анализа кристаллов натриевой соли ДНК. На этих рентгенограммах, полученных английскими физиками М. Уилкинс (1916-2004) и Р. Франклин (1921-1958), можно было увидеть, что ДНК имеет спиральную структуру. Однако честь открытия структуры ДНК принадлежит двум другим английским ученым – Д. Уотсону и Ф. Крике. Они смогли первыми создать достоверную модель ДНК и опубликовали ее в журнале « Nature » в 1952 г. Сейчас ее принято называть модель двойной спирали (139). Эта модель удачно сочетала в себе две обнаружены в то время особенности: спиральную форму молекулы и ее двойную строение.
Главные принципы модели: • молекула ДНК состоит из двух параллельных цепочек и напоминает собой длинную лестницу; • основы цепочек образованные переплетенными углевод – фосфатнпмп цепями, а азотсодержащих основания расположены внутри и образуют ступеньки этой «лестницы » • эта « лестница» по форме является спиралью.
Расшифровка структуры ДНК стало одним из поворотных моментов в истории биологии. За открытие « молекулярной структуры нуклеиновых кислот и их значения для передачи информации в живых системах » трое исследователей – Д. Уотсон, Ф. Крик и М. Уилкинс в 1962 году были удостоены Нобелевской премии. Еще один фактический первооткрыватель молекулярной структуры ДНК – Розалинда Франклин, получившая при проведении исследований высокие дозы рентгеновского облучения, умерла за четыре года до признания.
(No Ratings Yet)
Загрузка...