Структуру нуклеиновых кислот впервые установили амер. биолог Джеймс Уотсон и англ. физик Френсис Крик с помощью англ. биофизика Мориса Уилкинса. Сделать это было не просто. А о том, как открытие свершилось, нам расскажет Наташа Трухина, которая, как будущий медик, интересуется материальными основами наследования.
Доклад « История открытия структуры ДНК»
В 1953 году в одном из номеров 171-го тома «Природы» было напечатано краткое,- как и все «письма к редактору», сообщение «О макромолекулярной структуре дезоксирибонуклеиновой кислоты». Под заметкой стояли два имени: Ф. Г. К. Крик и Дж. Д. Уотсон. Но именно благодаря этой небольшой — меньше страницы — статье оба имени сразу же стали известны всем ученым, интересовавшимся проблемами наследственности или нуклеиновыми кислотами.
Попытки расшифровать строение молекулы ДНК с помощью рентгеноструктурного анализа начались еще в первой половине 40-х годов, но снимки выходили столь невразумительными, что сделать по ним какие-либо определенные выводы было невозможно. Однако на сей раз англичанину Уилкинсу с группой сотрудников после долгих трудов удалось сделать отличнейшие фотографии. Но расшифровать их они не могли. Отличные специалисты по изготовлению рентгеноструктурных снимков, они не были большими авторитетами в их расшифровке. И не удивительно: такова степень специализации теперешней науки. Расшифровку снимков суждено было сделать Уотсону и Крику.
Как же выглядит, по их представлениям, молекула ДНК? Скорее всего ее можно сравнить с лестницей-стремянкой, закрученной в спираль. Мы уже говорили, что нуклеиновые кислоты построены из нуклеотидов, а каждый нуклеотид состоит из трех частей: сахара, фосфата и основания. Нуклеотиды соединены в длинные цепи таким образом, что основной хребет этой цепи состоит из чередующихся молекул сахара и фосфата, а основания торчат в стороны. Если продолжить наше сравнение с лестницей, то ее стойки представляют собой сахарофосфатные цепи, а основания двух цепей соединены друг с другом, образуя перекладины. Так в общих чертах построена молекула
ДНК.
Но самое интересное заключается в другом. Рентгеноструктурный анализ не только показал, что ДНК представляет собой двойную спираль, но дал также диаметр спирали, расстояние между ее витками — словом, все точные размеры. Между тем химики к тому времени уже хорошо знали, как отдельные атомы, входящие в ДНК, соединены друг с другом. Нужно было химические данные привести в соответствие с рентгеноструктурными.
Если бы они сошлись, это бы говорило, что строение ДНК описано верно; если были бы расхождения, это бы свидетельствовало, что модель не соответствует истине. А вогнать все атомы в «лесенку» — задача не такая простая. Атомы могут вступать в химическую связь, только находясь на вполне определенном расстоянии друг от друга, а химические связи должны образовывать вполне определенные углы. Таковы законы строения вещества. И природа требует выполнения своих законов. Расстояния и углы могут колебаться лишь в очень узких границах.
Крик и Уотсон -стали располагать атомы в своей «лесенке» в соответствии с законами природы. Вначале все шло нормально. В «стойки лестницы» все атомы вписывались хорошо, а вот когда дело дошло до «перекладин», получилась крупная загвоздка.
Здесь нам снова придется вернуться к химии. Как мы уже знаем, основания в ДНК четырех разных сортов. Формулы их довольно сложны, и подробно рассматривать их не обязательно. Важно то, что у этих оснований разные размеры. Два из них, тимин и цитозин (сокращенно их обозначают первыми буквами — Т и Ц), относятся к группе так называемых пиримидинов и отличаются сравнительно небольшой величиной. Два других — аденин (А) и гуанин (Г) относятся к пуринам и по размерам почти вдвое превосходят своих пиримидиновых собратьев.
В греческой мифологии существует страшный рассказ о разбойнике Дамасте по прозвищу Прокруст («Вытягиватель»), который жил возле большой дороги у переправы через реку Кефис. Он ловил путников и укладывал на свою кровать. Если ложе оказывалось слишком длинным для пленника, Прокруст растягивал его, ломая кости, а если оно было короче, чем его гость, то разбойник отрезал излишки. Как известно, справиться с ним удалось только славному сыну Посейдона и Этры знаменитому Тезею. До сих пор часто употребляют выражение «прокрустово ложе», когда говорят об искусственной подгонке под несоответствующую мерку.
Двойная спираль оказалась поистине прокрустовым ложем для пуринов и пиримидинов. Каждую «перекладину лесенки» нужно было соорудить из пары оснований, соединенных друг с другом. Но оказалось, что почти ни одна из пар не подходила для этой цели. Два пурина («черные масти») не влезали внутрь спирали, а два пиримидина («красные») оказывались так далеко друг от друга, что между ними не могла образоваться химическая связь. Только если брали один пурин и один пиримидин, то размеры их в точности соответствовали диаметру спирали. Но и здесь в половине случаев те атомы, которые должны были соединиться, оказывались на разных концах молекулы и не могли образовать химическую связь. Только две пары удовлетворяли всем требованиям: А и Т («пики» и «черви») и Г и Ц («трефы» и «бубны»). Это могло бы показаться неправдоподобным, если бы не совпадало с данными химиков. В опытах Андрея Николаевича Белозерского и Э. Чаргафа, о которых мы уже рассказывали, было установлено, что во всех образцах ДНК А ровно столько же, сколько Т, а Г столько же, сколько Ц. Несмотря на трудности, все сошлось. Крик и Уотсон убедились в том, что они правы.
Слово учителя.
Модель строения молекулы ДНК, предложенная У. и К. , полностью
подтвердилась экспериментально.
Благодаря своей спиральной структуре молекулы ДНК компактны. Если бы размотать всю ДНК, содержащуюся в ядре клетки млекопитающего, мы получили бы нить длинной – 2 метра.
Спираль – самая распространенная форма во Вселенной, от атомов до галактик, т.к. обеспечивает компактную упаковку.
В эукариотических клетках ДНК находится в ядре, митохондриях и пластидах.
3. Репликация ДНК.
Молекула ДНК обладает уникальной способностью к самовоспроизведению (к удвоению). Удвоение ДНК – репликация. Под влиянием ферментов водородные связи между азотистыми основаниями рвутся и молекула « расплетается». Две цепи расходятся и вдоль каждой образуются новые, согласно принципу
комплементарности. В результате из одной молекулы ДНК получаются две абсолютно идентичные, только дочерние состоят из одной старой цепи и одной новой.
Таким образом, ДНК передает, хранящуюся в ней информацию о структуре белковых молекул.
4. РНК – рибонуклеиновая кислота.
РНК, так же, как и ДНК, представляет собой полимер, мономерами которого являются нуклеотиды, близкие к нуклеотидам ДНК.
Схема строения нуклеотида РНК
О
Работа уч-ся
у доски
РНК в отличие от ДНК является одноцепочечной, и немного короче.
В клетке РНК находится в ядре, в цитоплазме, в пластидах, митохондриях, рибосомах.
РНК переносит информацию о последовательности аминокислот в белках, т.е. о структуре белков от хромосом к месту их синтеза, и участвует в синтезе белков.
5. Виды РНК
0,5-1% Информационная РНК (и – РНК)
или матричная РНК (м – РНК)
10% от - переносит информацию о структуре белка от ДНК к месту синтеза белка в РНК рибосомах
Транспортная РНК (т – РНК)
- молекулы самые короткие (80 – 100 нуклеотидов)
Переносит аминокислоты к месту синтеза белка.
≈90% Рибосомная РНК (р – РНК)
3-5 тыс. - составляют существенную часть рибосомы и участвует в синтезе белка.
нукл. Все виды РНК синтезируются на ДНК, которая служит матрицей.
Подробнее с функционированием ДНК и РНК мы поговорим немного позже, при изучении биосинтеза белка.
4 этап. Закрепление.
1. Заполните таблицу:
Сравнительная характеристика РНК и ДНК
| Признаки сравнения | ДНК | РНК |
| 1. количество цепей | ||
| 2. азотистые основания в нуклеотидах | ||
| 3. моносахариды в нуклеотидах | ||
| 4. местонахождение в клетке | ||
| 5. функции |
2. Тест с самоконтролем
Нуклеиновые кислоты
Для названного вещества выберите соответствующие характеристики:
1в. ДНК 2 в. РНК
1. Количество цепей в молекуле.
А. Одноцепочечная молекула.
Б. Двухцепочечная молекула.
2. Азотистые основания, входящие в состав нуклеиновой кислоты.
А. Содержит аденин, урацил, гуанин, цитозин.
Б. Содержит аденин, тимин, гуанин, цитозин.
3. Углевод, входящий в состав нуклеиновой кислоты.
А. В состав нуклеиновой кислоты входит рибоза.
Б. В состав нуклеиновой кислоты входит дезоксирибоза.
4. Местонахождение в клетке.
А. Содержится в ядре, хлоропластах, митохондриях, центриолях, рибосомах, цитоплазме. Б. Содержится в ядре, митохондриях, хлоропластах.
5. Функции нуклеиновых кислот.
А. Участвует в хранении, воспроизведении и передаче наследственной информации. Б. Участвует в передаче наследственной информации.
Ответы.
1 в. 2 в.
1. б 1. а
2. б 2. а
3. б 3. а
4. б 4. а
5. а 5. б