Материалы


ДНК - двойная спираль

Ученые еще до 1950-х гг. знали, что единица наследственной информации - это ген, входящий в состав хромосомы. Также было известно, что хромосомы состоят из дезоксирибонуклеиновой кислоты (АНК) и белков.

Рентгенодифракционное изображение ДНК. Рентген о дифракционный метод используют химики для изучения структуры кристаллических веществ. Отметив характерное расположение пятен, Уотсон и Крик поняли, что ДНК имеет форму спирали.

Уотсон (слева) так описал мгновение, когда они с Криком сделали свое открытие: «Когда мы поняли ответ, нам пришлось щипать друг друга. Мы поняли, что модель не может быть ошибочной - ведь она так красива!»

В 1951 г. американский химик Лайнус Полинг разработал методику определения химической структуры сложных биологических молекул. Он описал класс белков, молекулы которых имеют трехмерную структуру. Решив, что следующим этапом должен стать анализ генов, Полинг переключился на изучение ДНК.

Для выпускника биологического факультета Кембриджского университета Фрэнсиса Крика структура ДНК была чем-то вроде навязчивой идеи. Поначалу предполагалось, что он будет исследовать гемоглобин. Но интерес к ДНК пересилил академическую рутину. Крик нашел себе сподвижника в лице Джеймса Уотсона, американского биофизика, приехавшего в Кембридж в 1951 г. Они старались не афишировать свою работу, так как над проблемой бились несколько групп крупнейших научных учреждений, а в Англии расшифровка структуры ДНК была поручена коллективу из лондонского Кингз-колледжа. Там уроженец Новой Зеландии биофизик Морис Уилкинс и англичанка физико-химик Розалинда Франклин пытались I определить структуру ДНК с использованием рентгено-дифракционного метода. Франклин, в отличие от Уотсона и Крика, готова была отвергнуть гипотезу о спиральном строении ДНК. Когда в 1951 г. была предложена модель ДНК в виде тройной спирали, Франклин первая выступила с возражениями - структура не соответствовала ее рентгенограммам. Уотсон и Крик согласились, что где-то допустили ошибку, и вернулись к чертежным доскам. В 1952 г. свою модель представил Лайнус Полинг. У него молекула также представлялась в виде спирали из трех переплетенных нитей, На сей раз Полинг ошибся, и другие ученые не преминули указать ему на это.

На самом деле молекула ДНК состоит из двух полинуклеотидных цепочек, в которых азотистые основания расположены друг против друга и соединены водородными связями, Понимание того, что основания образуют пары в определенном порядке, навело Уотсона и Крика на верный путь. Узнав из работы исследователя Колумбийского университета (США) Эрвина Чаргаффа, что аденин всегда соединяется с тиамином, а гуанин - с цитозином, они наконец-то поняли не только структуру ДНК, но и механизм ее самовоспроизведения (ре-

I пликации). Свои результаты они опубликовали в журнале «Нейчур» (апрель 1953), а в 1962 г. получили Нобелевскую премию по физиологии и медицине (совместно с Морисом Уилкин-сом). В конце 1940-х и начале 1950-х гг. генетики Джошуа Ледерберг из США и Уильям Хейс из Ирландии, а также немецкий биохимик Макс Дельбрюк совершили важные открытия, касающиеся бактериальных плазмид. Плазмиды -это не принадлежащие хромосомам крошечные кусочки ДНК, плавающие в цитоплазме бактерий. Плазмиды легко выделить, подвергнуть манипуляциям и пересадить в клетку в измененном виде, поэтому они стали одним из важнейших инструментов современной генетики. В1968 г. в Женеве швейцарский биофизик Вер-нер Арбер и американец Стюарт Линн обнаружили класс белков, получивших название ре-стрикционные ферменты, которые «режут» ДНК в определенных местах. Образовавшиеся концы или воссоединяются в прежнем порядке, или присоединяются к другим отрезкам ДНК. В 1969 г. американский генетик Джонатан Бекуит выделил единичный ген, ответственный за метаболизм сахара у бактерий Escherichia coli. Все эти достижения теоретически обосновали возможность удалять гены или, напротив, добавлять их в последовательность ДНК; практическое осуществление этих действий оставалось делом времени. В 1973 г. американские биологи Стэнли Коэн, Герберт Бойер и Пол Берг удалили фрагмент ДНК из плазмиды Е. coli и заменили его геном другой бактерии. Так был создан первый генетически модифицированный организм (ГМО). Родилась новая, многообещающая, но спорная отрасль науки. Генетическая инженерия позволяет заменять нежелательные гены организмов на более подходящие, полученные от других. Например, ген, запускающий выработку человеческого инсулина, был успешно внедрен в бактерию Е. coli, что позволило принципиально упростить получение лекарства, необходимого для многих миллионов больных диабетом. Подобные методы используют для повышения выносливости и урожайности растений и животных в сельском хозяйстве, для медицинских исследований. Однако во всем мире продолжаются дискуссии о допустимости методов генной инженерии, к тому же многие не верят в безвредность продуктов из генетически модифицированных организмов для человека и окружающей среды. Надежды на то, что генноинженерными методами удастся лечить наследственные болезни, пока не оправдались, но работы в этом направлении продолжаются.


22.11.2017




сколько весит боевая выкладка
обзор штыков второй мировой войны
закон притяжения ньютона для детей
кто изобрел колесо