Дезоксирибонуклеиновая кислота. Модель Крика и Уотсона

Видео: Открытие структуры ДНК — Максим Франк-Каменецкий

Первые сведения о химических свойствах дезоксирибонуклеиновой кислоты датируются 1868 годом. В 20 веке, к началу сороковых годов, было доказано, что молекула представляет собой линейный полимер. В качестве мономерных единиц выступают нуклеотиды, которые состоят из азотистого основания, фосфатной группы и пентозы (пятиуглеродного сахара).

Видео: Открытие ДНК - Ранок - Інтер

Дезоксирибонуклеиновая кислота может иметь основание двух типов: пиримидиновое (тимин (Т) и цитозин (С)) и пуриновое (аденин (А) и гуанин(G)). Соединение нуклеотидов осуществляется при помощи фосфодиэфирных связей.

Биологи Крик и Уотсон в 1953 году, взяв за основу рентгеноструктурный анализ ДНК кристаллов, пришли к выводу, что нативная молекула состоит из пары полимерных цепей, формирующих двойную спираль. Полинуклеотидные цепи, навитые друг на друга, вместе удерживаются при помощи водородных связей, которые формируются между комплементарными (взаимно соответствующими) основаниями в противоположных цепях. При этом пары формируются только следующим образом: аденин-тимин, гуанин-цитозин. Стабилизация первой осуществляется двумя, а второй пары – тремя водородными связями.

Двухцепочечная дезоксирибонуклеиновая кислота имеет длину, исчисляемую количеством пар взаимно соответствующих нуклеотидов (п.н.). Для тех молекул, которые состоят из миллионов и тысяч пар, приняты единицы м.н.п. и т.н.п., соответственно. Так, дезоксирибонуклеиновая кислота хромосомы человека представлена одной двойной спиралью. Ее длина 263 м.п.н.

Денатурация ДНК (плавление) является процессом, при котором регулярная двойная спираль линейной молекулы переходит в клубкообразное состояние. При плавлении двухспиральная молекула разделяется на самостоятельные цепи. Та температура, при которой половина Дезоксирибонуклеиновой кислоты расплавлена, является температурой плавления. Она зависит от качественного молекулярного состава.

Видео: О.Н. Код ДНК Джеймса Уотсона)(Split2).wmv

Как уже было сказано выше, пары G-С стабилизированы тремя, а пары А-Т – двумя водородными связями. Соответственно, чем выше доля первых пар, тем более стабильной будет молекула. При денатурации с длиной волны 260 нм повышается поглощение света. Этот гиперхромный эффект дает возможность обеспечивать контроль над состоянием вторичной молекулярной структуры. Если медленно охлаждать раствор расплавленной кислоты, то между комплементарными цепями снова могут сформироваться слабые связи, может возникнуть структура спирали, идентичная нативной (исходной). На этой способности ДНК к ренатурации и денатурации основывается метод гибридизации молекул. Его используют при изучении строения нуклеиновых кислот.

Двухспиральная молекула, являясь носителем генетических данных, должна соответствовать двум главным требованиям. Во-первых, она должна реплицироваться (воспроизводиться) с высокой точностью, а во-вторых, кодировать синтез молекул белка. Дезоксирибонуклеиновая кислота, модель которой была описана Криком и Уотсоном, соответствует полностью этим требованиям. Установлено, что в соответствии с принципом комплементарности, каждая цепь в молекуле может являться матрицей для формирования новой взаимно соответствующие цепи. В результате одного этапа репликации, таким образом, возникает пара дочерних молекул, имеющих нуклеотидную последовательность, идентичную той, что в исходной молекуле ДНК. Кроме того, эта цепь структурного гена в кодируемом белке задает аминокислотную последовательность.

С того момента, как было обнародовано открытие ДНК и принцип комплементарности, установлены процессы, которые отвечают за расшифровку наследственных данных и регуляцию в синтезе генных веществ. Кроме того, получила развитие и теория рекомбинантных молекул.