В вашей корзине: 0 тов.
оформить | очистить
Отдел сбыта: +7 (8453) 76-35-48
+7 (8453) 76-35-49
Не определен

Модель молекулы ДНК

Над расшифровкой структуры ДНК работал ряд крупных лабораторий в Америке, Англии и других странах. Успех пришел к двум ученым: американскому биологу Дж. Уотсону и английскому химику Ф. Крику, объединившим свои усилия и создавшим знаменитую модель двойной спирали ДНК.

Успехом своей работы они в значительной степени обязаны результатам предшествующих исследований Э. Чаргаффа и Р. Франклинд. Используя метод хромотографии, Чаргаф еще в 1945 г. дал количественную оценку содержания в ДНК разных компонентов. Он проанализировал образцы ДНК из разных организмов и показал, что количественный состав оснований в различных ДНК разный и зависит от ее источника. Таким образом, ДНК обладает выраженной видовой специфичностью. Им были установлены следующие закономерности химического состава ДНК, так называемые правила Чаргаффа:

1) количество пуриновых оснований в молекуле ДНК равно количеству пиримидиновых, т.е. А + G = Т + C;  
2) количество аденина равно количеству тимина (А = Т), а количество гуанина равно количеству цитозина (G = C), и поэтому:  

A + G = 1
T + C

Вместе с тем, несмотря на строгие количественные  соответствия, ДНК разных видов отличаются по соотношению А-Т и G-C  пар оснований. ДНК, выделенная из клеток млекопитающих, была, в целом, богаче А и Т, чем бактериальная, где преобладали G и C.

Рентгенограммы молекулы ДНК, полученные Розалинд Франклинд, которая изучала ДНК методом рентгеноструктурного анализа, дали основания предположить, что молекула закручена в виде спирали.

Опираясь на эти сведения, Уотсон и Крик создали модель молекулы ДНК. Согласно этой модели, ДНК является биополимером и состоит из двух полинуклеотидных цепей, закрученных в форме двойной спирали. Каждая цепь представляет собой последовательное соединение мономеров — нуклеотидов.

Дж. Уотсон и Ф. Крик Химическая формула нуклеотидов

Химическая формула нуклеотидов

В состав нуклеотида ДНК входит пятиуглеродный сахар — дезоксирибоза, остаток фосфорной кислоты и одно из четырех азотистых оснований. Правила Чаргаффа подсказали Уотсону и Крику, что в молекуле ДНК должно быть специфическое спаривание оснований — аденина с тимином, а гуанина с цитозином. Тем самым Уотсон и Крик впервые сформулировали важнейший принцип комплементарности, согласно которому одна цепь молекулы ДНК дополняет другую, т.е. последовательность оснований в одной цепи ДНК однозначно определяет последовательность оснований в другой (комплементарной) цепи.

В каждой цепи атом в 5' положении  одного пентозного кольца через фосфатную группу соединяется с атомом в 3' положении следующего пентозного кольца. Сбоку к пентозному кольцу присоединяется одно из четырех оснований. Цепи соединены друг с другом с помощью водородных связей между их основаниями, при этом аденин всегда соединяется двойной водородной связью с тимином (А-Т пары), а гуанин — тройной связью с цитозином (G-C пары).

Цепи антипараллельны: против 5'(фосфатного)-конца одной цепи находится 3'(ОН)-конец другой цепи. Последовательность нуклеотидов в ДНК принято писать в направлении от 5' к 3' концу.

В нуклеотидах цепи РНК вместо основания тимина присутствует урацил, а в качестве углеводного компонента — пятиуглеродный сахар рибоза.

Правильность модели Уотсона и Крика была подтверждена многочисленными исследованиями ее структуры у самых различных объектов. Однако, наряду с обычными основаниями, в составе ДНК были обнаружены дополнительные, так называемые “минорные” основания, которые возникают в результате метилирования аденина и цитозина.

В течение 25 лет модель Уотсона и Крика рассматривалась как единственно возможная структура ДНК. Однако позже было установлено, что молекула ДНК может принимать разную форму в зависимости от уровня влажности. Основной формой ДНК является В-форма (или Уотсон-Криковская спираль). Ее параметры: каждый виток спирали содержит 10 пар нуклеотидов, длина одного витка — 3,4 нм, диаметр молекулы — 2 нм. В-форма является правозакрученной спиралью. Иная правозакрученная форма ДНК (А-ДНК) была открыта Р. Франклин. Она возникает в условиях пониженной влажности. Ее параметры: 11 пар оснований на виток, угол наклона оснований — 70°, d — около 2 нм. А-ДНК отличается от В-ДНК тем, что пары оснований сильно отодвинуты к периферии молекулы, поэтому сверху она выглядит как труба. Установлено, что если в РНК возникают двойные участки, то они имеют вид А-формы даже при 100% влажности.

Двойная спираль ДНК

Двойная спираль ДНК

В конце 70-х гг. группе американского ученого А. Рича удалось получить короткие фрагменты ДНК, представляющие левозакрученную двойную спираль. В этой спирали сахаро-фосфатный остов отличается характерной зигзагообразной формой, откуда пошло название Z-ДНК. Появление этой фракции ДНК в профазе мейоза послужило основанием для предположения об участии этой формы в осуществлении макрогенетических процессов: коньюгации и кроссинговера.

Z-форма ДНК

Z-форма ДНК

В дальнейшем было показано, что при сохранении общего структурного принципа локальная структура участков молекулы ДНК сильно варьирует в зависимости от нуклеотидного состава и уровня влажности. Эти различия могут узнаваться веществами, взаимодействующими с ДНК, в первую очередь ферментами. Существование различных форм ДНК полностью опровергает раннее представление о консервативности этой молекулы.

 


Читайте также другие статьи темы 6 "Молекулярные основы наследственности":

 Вопросы и задания по теме "Молекулярные основы наследственности"

Перейти к чтению других тем книги "Генетика и селекция. Теория. Задания. Ответы":